关键词：PCSK5；心肌梗死；血管生成

PCSK5对于心脏发育至关重要，然而其在心肌梗死（MI）中的作用尚未得到探索。近日，复旦大学基础医学院孟丹教授团队联合复旦大学附属中山医院姜红、王利新、李军主任医师团队在Nature Communications(IF 18.1)上发表文章“PCSK5 promotes angiogenesis and cardiac repair after myocardial infarction”，研究确定了PCSK5是由内皮细胞（EC）分泌的促血管生成因子，具有成为缺血性疾病治疗靶点的潜力。

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基因信息：PCSK5，前蛋白转化酶枯草溶菌素/kexin 5型

实验动物：6至8周龄的雄性C57BL/6J小鼠

病毒产品：AAV9-control、AAV9-CMV-Pcsk5

注射方式：尾静脉注射

病毒用量：5×10^11 vg in 150μL per mouse

qPCR实验证明Pcsk5成功过表达

结果展示

1、内皮特异性PCSK5促进心肌梗死后的心脏修复

作者发现急性心肌梗死患者血浆PCSK5水平升高，并与心脏功能相关，为探究PCSK5在MI后心脏修复中的作用，作者构建了内皮细胞特异性Pcsk5敲除小鼠（Pcsk5ECKO）。MI第28天后，与Pcsk5WT小鼠相比，Pcsk5ECKO小鼠表现出显著受损的心脏收缩功能，梗死边缘区的TUNEL阳性心肌细胞比例显著升高。作者进一步使用CMV启动子驱动的AAV-Pcsk5实现小鼠心脏整体Pcsk5过表达，随后进行MI手术，发现AAV-Pcsk5感染可改善心脏收缩功能并缩小梗死面积，减少梗死边缘区域TUNEL阳性心肌细胞数量。为探究EC中PCSK5过表达的特异性影响，作者使用AAV-Icam2-Pcsk5在内皮细胞中特异性过表达Pcsk5，发现AAV- Icam2-Pcsk5感染可改善心脏收缩功能，减小梗死面积并减少TUNEL阳性心肌细胞数量。这些结果表明内皮特异性过表达PCSK5可促进心肌梗死后的心脏修复并改善心脏收缩功能。

图1 内皮细胞特异性PCSK5促进心肌梗死后心脏修复

2、PCSK5促进心肌梗死后心脏中的VEGFA信号通路

生信分析和血管免疫染色结果表明PCSK5促进心肌梗死后的血管生成。为探究PCSK5促进血管生成的机制，作者采用CellChat软件预测细胞间潜在通讯网络，发现AAV-Pcsk5小鼠心脏组织中血管生成相关信号通路（如VEGF和血管生成素信号通路）显著增强，并促进了VEGFA-VEGFR2的信号传导，表明PCSK5可能在心肌梗死后调节心脏中的VEGFA信号通路。随后，作者在心肌梗死小鼠中探讨了PCSK5对VEGFA信号通路的影响，发现MI后Pcsk5ECKO小鼠血浆中VEGFA的浓度显著降低；而在AAV-Pcsk5小鼠中血浆VEGFA浓度明显升高。Western blot分析显示，AAV-Pcsk5的小鼠心脏中，磷酸化ERK1/2与总ERK1/2的比值显著增加，而小鼠内皮细胞中PCSK5的缺失显著降低了心脏中这些蛋白的表达水平。此外，急性心肌梗死患者中血浆PCSK5水平与VEGFA水平之间存在显著的正相关关系。这些结果表明PCSK5在心肌梗死后的心脏组织中调控VEGFA信号通路。进一步体外生化机制研究证实，PCSK5直接裂解VEGFA，激活其信号传导并促进血管生成。

图2 PCSK5促进心肌梗死后心脏中的VEGFA信号通路

3、司美格鲁肽通过上调PCSK5的表达来促进血管生成

作者探究了司美格鲁肽对HUVECs中PCSK5表达及EC转录程序的影响，RNA-seq分析显示，司美格鲁肽处理后PCSK5表达显著上调，与血管生成和ERK信号通路相关的基因表达上调。机制研究发现司美格鲁肽促进了ETS1的磷酸化，且司美格鲁肽诱导的HUVECs中PCSK5水平升高在ETS1敲低后显著减弱，ETS1结合位点突变消除了司美格鲁肽对PCSK5启动子激活的作用。这些结果表明司美格鲁肽通过ETS1依赖性途径促进PCSK5表达。RNA测序分析显示，司美格鲁肽处理后一系列与血管生成相关的基因显著上调，而PCSK5敲低可部分减弱该效应。体外实验证实司美格鲁肽处理显著增强了内皮细胞的管形成、迁移及增殖能力，但PCSK5敲低可减弱这些效应。体内实验发现司美格鲁肽处理可改善Pcsk5WT小鼠的心脏收缩功能并缩小梗死面积。然而在Pcsk5ECKO小鼠中，司美格鲁肽的心脏保护作用部分减弱。此外司美格鲁肽处理显著增加了Pcsk5WT小鼠梗死边缘区域的毛细血管和动脉密度，但在Pcsk5ECKO小鼠中无此效应。这些结果表明司美格鲁肽可部分通过PCSK5促进MI后的血管生成及组织修复。

图3 司美格鲁肽通过PCSK5促进血管生成

实验结论

本研究确定PCSK5是血管内皮细胞在缺血损伤反应中分泌的一种促血管生成因子，对心脏修复具有促进作用。PCSK5在改善心肌梗死后的心脏功能以及促进小鼠模型的肢体缺血恢复方面显示出潜力。此外，司美格鲁肽通过PCSK5的作用在一定程度上增强了血管生成和心脏修复。PCSK5作为心血管缺血性疾病的潜在治疗靶点显现出了良好的前景。