电生理技术助力MYOM1缺乏通过破坏肌浆网稳态导致扩张型心肌病研究
2026-02-28 来源:本站 点击次数:97扩张型心肌病（DCM）是常见的原发性心肌病，以左心室扩张伴收缩功能障碍为特征，是心力衰竭的重要诱因。在射血分数降低的心力衰竭（HFrEF）中，约半数由DCM引发，该病病死率较高。遗传突变是DCM的关键病因之一，目前已发现多个相关易感基因。肌联蛋白基因家族编码的MYOM1是心肌M带核心结构蛋白，可介导肌球蛋白、肌联蛋白等分子的交联。其杂合突变与心肌病、心源性猝死相关，突变失活还可能导致胚胎致死。但现有研究对MYOM1突变的致病机制的探究有限，仅发现基因敲除会引发心肌细胞萎缩，具体分子机制尚未明确。
基于此，浙江大学医学院附属儿童医院舒强教授团队联合温州医科大学第二附属医院郭晓令教授团队在Redox Biology（IF11.9) 杂志发表题为“MYOM1 deficiency leads to dilated cardiomyopathy by disrupting the homeostasis of sarcoplasmic reticulum”的研究论文。
本研究围绕MYOM1缺乏与扩张型心肌病的关联展开，综合运用测序分析、动物模型构建、功能检测、分子生物学实验、电生理分析等多类技术手段，方法体系全面且层层递进，从临床队列验证到机制探究形成完整研究链条，核心研究方法总结如下：
一、测序与生物信息学分析
●单核RNA测序（snRNA-Seq）：分析GEO数据库样本，鉴定心脏细胞类型，明确MYOM1在心肌细胞中特异性高表达且心衰时下调。
●全外显子测序（WES）与关联分析：借助UK Biobank数据，探究MYOM1罕见变异与扩张型心肌病的关联性。
●转录组测序：对小鼠心脏组织测序，分析差异表达基因及相关富集通路。
二、动物模型构建
●心肌细胞特异性Myom1敲除小鼠模型：运用CASAAV技术，构建心肌细胞特异性Myom1敲除小鼠模型。
三、心脏功能与形态学检测
●超声心动图与心电图：检测小鼠心脏功能、心腔结构及心电节律是否异常。
●组织形态学检测：通过苏木精 - 伊红（H&E）和麦胚凝集素（WGA）染色，观察心肌形态与细胞大小变化。
●透射电镜（TEM）：观察心肌肌节、M带结构及线粒体超微结构。
四、分子生物学实验
●原代心肌细胞分离：采用胶原酶灌注法分离小鼠原代心肌细胞并培养。
●荧光成像与染色：经特异性染色，观察蛋白定位、线粒体数量及形态特征。
●PCR与实时荧光定量PCR（RT-qPCR）：检测基因敲除效率及目标基因mRNA表达水平。
●蛋白质印迹（Western blot）：检测心肌组织中目标蛋白的表达量。
五、心脏电生理与钙信号分析
●离体心脏Langendorff灌流：取4周龄小鼠心脏进行体外灌流，维持恒温恒氧环境，加入blebbistatin降低心脏自主活动，为后续光学标测做准备。
●光学标测技术（Optical Mapping System/MappingLab）：通过灌流加载Rh237和Rhod2-AM荧光染料，同时记录心肌细胞膜电位和钙信号，利用OMapScope软件分析动作电位传导速度、APD90、钙传导速度、CTD90等指标，探究电生理与钙瞬变异常。
六、统计学分析
●用GraphPad Prism，采用t检验、ANOVA等分析实验数据。
研究结果：
1. MYOM1在心肌细胞特异性下调，其罕见变异与DCM发病风险显著相关
通过单核RNA测序分析心衰与非衰竭心脏样本，发现MYOM1在心肌细胞中特异性高表达，且在心衰患者心肌细胞中表达显著下调。结合UK Biobank大样本全外显子测序数据，经质控筛选出MYOM1潜在有害罕见变异携带者，生存分析证实这类携带者的扩张型心肌病累积发病风险更高，明确了MYOM1罕见变异与扩张型心肌病的密切关联。
2. Myom1敲除小鼠呈现剂量依赖性DCM伴射血分数降低的心力衰竭（HFrEF）表型
利用CASAAV技术构建小鼠心肌细胞特异性Myom1敲除模型，实现心脏特异性敲除且效率呈剂量依赖性。通过超声心动图、心电检测和形态学观察发现，敲除组小鼠左心室收缩功能下降、心腔扩张，伴心电异常及心脏增大，证实Myom1缺乏会导致小鼠出现典型的扩张型心肌病伴射血分数降低的心力衰竭表型。
图2 不同处理组小鼠的心脏功能与形态学评估
针对Myom1高剂量敲除组进行分子检测，发现扩张型心肌病相关核心生物标志物表达显著上调，肌节相关基因和Cx43表达显著下调，蛋白水平检测也验证了这一趋势。同时心肌T 管标志物表达降低，Akt磷酸化水平升高为代偿机制。对幼龄敲除小鼠的检测显示，心肌功能和分子标志物的异常在疾病早期即同步发生，说明Myom1缺乏会引发心肌病理性重构，且重构启动较早。
图3 MYOM1基因缺陷诱导心肌病理性重构
4. Myom1缺乏导致心肌肌节结构紊乱，线粒体出现数量与形态的双重异常
细胞结构层面检测显示，Myom1高剂量敲除组心肌特异性蛋白及 MYOM1表达大幅减少。透射电镜观察发现其肌节和M带结构被破坏，Z盘间肌节间距增加，心肌细胞体积增大，肌节完整性受损。同时，透射电镜和荧光染色证实敲除组小鼠心肌线粒体数量减少、面积缩小，线粒体嵴出现畸形改变，相关基因检测显示线粒体稳态失衡，表明Myom1缺乏同时造成肌节结构破坏和线粒体结构、功能异常。
图4 4周龄小鼠心肌肌节结构与线粒体的特征分析
采用离体心脏光学标测技术分析发现，Myom1高剂量敲除组小鼠在窦律状态下出现心室动作电位传导减慢，复极化和去极化时程延长的电生理异常，且该异常结果在心脏心尖部给予8Hz刺激时，可得到一致结果。钙信号检测显示，敲除组小鼠钙传导速度减慢，钙瞬变恢复时程延长，细胞内钙释放效率降低，肌浆网钙处理功能受损。心律失常诱导实验发现，敲除组小鼠心室有效不应期延长，诱发心律失常所需刺激电流升高，还出现动作电位交替，提示Myom1缺乏引发电生理紊乱和钙稳态失衡，显著增加致心律失常风险。
图5 离体心脏自主节律下动作电位与钙瞬变的光学标测分析
通过蛋白印迹实验检测线粒体和肌浆网关键蛋白表达，发现Myom1高剂量敲除组小鼠的线粒体氧化磷酸化关键亚基和苹果酸 - 天冬氨酸穿梭核心蛋白表达显著下调，能量代谢功能障碍。肌浆网钙循环相关蛋白表达均显著降低，从而导致钙稳态失衡。同时钙调节相关的PLN磷酸化和CaMKII激活水平上调，为心肌细胞的代偿性调节，但无法逆转钙稳态失衡。
图6 MYOM1基因缺陷诱导线粒体和肌浆网功能异常
结论：
整合所有实验结果，明确了MYOM1缺乏导致扩张型心肌病的完整分子通路：MYOM1缺失首先破坏心肌细胞M带结构完整性，引发肌节功能异常和解体；进而导致肌浆网钙循环关键蛋白表达下调，造成细胞内钙稳态失衡与心肌兴奋 - 收缩耦联障碍；同时继发线粒体结构和功能异常，引发能量代谢障碍。肌节功能异常与线粒体能量代谢障碍共同作用，导致心肌收缩力生成和传递缺陷，进而引发左心室收缩功能障碍和心腔扩张，最终形成伴射血分数降低的扩张型心肌病。
图7 MYOM1基因缺陷导致扩张型心肌病的作用机制图