Circ Res:靶向Wnt-ß-Catenin-FOSL信号通路可改善右心室重构

肺动脉高压（PAH）是一种进行性的和致命的疾病，其中肺血管的结构和功能变化导致肺血管阻力和肺动脉压力增加。尽管该疾病始于肺血管，但PAH患者的预后取决于右心室（RV）代偿慢性后负荷过载的能力。在PAH患者面临后负荷增加的挑战时，RV最初会做出代偿性肥大的反应，然而，这往往会迅速出现失代偿的变化，导致右心失调和衰竭，这是PH（肺心病）的最终死亡原因。尽管在控制疾病的发展方面取得了重大进展，但对决定RV从代偿性重塑到失代偿的转变以及发展到心力衰竭的细胞和分子变化的理解还很不充分。在失代偿的心脏重塑的发病机制和进展中，细胞外的压力被转化，激活了许多细胞信号传导途径。在这些途径中，Wnt（wingless/int-1）信号通路最近成为一个主要的研究焦点。Wnt信号在发育过程中调节着细胞的增殖和分化，尤其是在第二心区，即RV的起源地。Wnt信号通路在RV的发育中起着重要作用，也可能与成人心脏重塑有关。在正常情况下，它在成年心脏中通常是静止的。然而，有几个小组报告了Wnt途径在不同类型的癌症以及左心室（LV）重塑中的过度激活情况。同样，对压力或容量过载导致的小鼠RV衰竭进行转录组分析，发现Wnt信号传导是在RV代偿状态向失代偿状态过渡时明显改变的一种途径。本研究证据表明，由于Wnt通路在RV中通过细胞外信号和细胞表面受体对机械线索作出反应而被激活，因此在病理性RV重塑中调节Wnt信号可以改善PAH患者的治疗和预后。 

Wnt信号在IPAH患者和动物模型中显著上调，促进RV重塑和增殖。经典Wnt通路分子的免疫染色显示增加，而非经典通路分子的表达无明显差异，证实Wnt/β-catenin通路在IPAH的发病中发挥重要作用。

图 1. 肺动脉高压 (PAH) 患者人右心室 (RV) 的 Wnt (wingless/int-1) 信号激活增加。

图 2. 肺动脉高压 (PAH) 动物模型右心室 (RV) 中 Wnt (wingless/int-1) 信号激活增加。

随后，研究讨论了激活Wnt/β-连环蛋白信号通路对成纤维细胞（CF）表型的影响。使用WNT3A刺激CF后，Wnt/β-catenin信号激活导致它们的增殖和胶原蛋白分泌增加。刺激还导致一些基因和蛋白质表达上调，如β-catenin、MYC、CCND1、POSTN、CTGF和COL3A1。敲低CTNNB1可显著降低这些基因和蛋白质的表达，并减少胶原蛋白分泌。这些结果表明，Wnt/β-连环蛋白信号通路在ECM调节中发挥作用。在细胞因子（CF）中，Wnt/β-catenin信号的激活会导致FOSL1和FOSL2基因的表达显著增加，并且通过敲低CTNNB1基因表达，可以降低FOSL1和FOSL2的表达水平。研究还发现，敲低FOSL1和FOSL2的表达会显著降低WNT3A刺激下CF的增殖，以及POSTN和成纤维细胞至肌成纤维细胞分化标志物的表达。因此，结果表明，Wnt/β-连环蛋白信号通过FOSL1/2的转录激活导致增殖和肌成纤维细胞表型诱导。

图 3. WNT3A 介导的 Wnt（wingless/int-1）通路激活并转化为肌成纤维细胞需要人心脏成纤维细胞 (CF) 中的β-catenin-FOSL1/2轴。

为了了解 CTNNB1 和 FOSL1/2 是否直接或间接调节增殖和分化基因。研究人员进行了真核启动子数据库中进行了 TF 基序分析，并发现POSTN基因启动子没有CTNNB1和FOSL1/2的基序，而CTGF基因启动子仅有FOSL1/2的基序。通过ChIP-qPCR实验发现，β-连环蛋白在增殖基因的启动子上富集，但在分化基因上没有。而FOSL1/2并未在任何增殖和分化基因中富集。此外，对WNT3A刺激的RNA进行测序分析，发现与整合素、p53、TGF-β、PDGF和Ras通路相关的基因发生了改变，其中与ECM重塑、p53、FoxO、整合素、内皮素和PDGF相关的通路通常受β-连环蛋白和FOSL2调节。

随后，研究讨论了Wnt/β-catenin 信号在体外CF病理表型转换中的作用，以及LGK-974药物对此的药理学抑制作用。实验发现，LGK-974抑制了Wnt/β-连环蛋白信号通路的活性，显著下调了其靶基因和转录因子的表达，降低了CF的增殖并促进细胞凋亡。同时，该药物主要通过规范的Wnt信号调节CF表型转换。另外，实验还发现，基质的硬度会影响Wnt/β-连环蛋白信号通路的活性，对CF的纤维化和心肌细胞的肥大也有影响。在LGK-974处理后，CF中的纤维化标记物发生了改变，而心肌细胞中的肥大标记物也有所减少。但血管生成/血管生成标志物在内皮细胞中没有改变。

图 4. LGK-974 抑制人心脏成纤维细胞 (CF) 转分化为肌成纤维细胞以响应 Wnt (wingless/int-1) 激活。

在RV后负荷过载的情况下，Wnt/β-catenin信号通路的体内激活情况。通过对表达β-半乳糖苷酶/LacZ的BAT-Gal报告小鼠进行实验发现，PAB（肺动脉狭窄）小鼠的RV组织中β-半乳糖苷酶阳性细胞的百分比显著增加，但在PAB的LV（左心室）心脏中没有增加。免疫荧光染色显示，PAB小鼠的RV心肌细胞横截面积增加，毛细血管密度降低。aCTNNB1与波形蛋白抗体的共定位染色显示，PAB的RV的CFs中aCTNNB1的免疫反应性和共定位信号增加，因此表明RV中的压力超载确实激活了Wnt通路。

图5. LGK-974的药理抑制作用削弱了Wnt(wingless/int-1)通路由刚性基质引起的上调。

图 6. 肺动脉带在小鼠右心室 (RV) 中诱导 Wnt (wingless/int-1)/β-catenin通路激活。

Wnt信号通路的药物LGK-974来抑制小鼠心脏在PAB和野百合碱刺激下产生的肥大和纤维化的研究。通过对小鼠进行随机分组，给予安慰剂或LGK-974治疗，发现使用LGK-974治疗小鼠后，RV容积减少，射血分数和心脏功能明显改善。此外，使用LGK-974也可以减少小鼠心脏肥大和纤维化标志物的表达。通过使用野百合碱刺激大鼠的模型，也证实了LGK-974的治疗效果。研究表明，Wnt信号通路的药物抑制可以改善小鼠在PAB和野百合碱刺激下心脏的功能。

图 7. 肺动脉环带 (PAB) 小鼠中异常上调的 Wnt (wingless/int-1) 信号的药理学抑制可改善右心室 (RV) 功能。

图 8. LGK-974 降低肺动脉缩窄术(PAB) 小鼠肥大、促纤维化标记基因的表达并减轻右心室重塑。

本研究了RV在后负荷压力下代偿的分子途径与PAH治疗策略的关系。研究发现Wnt/β-catenin信号传导在RV成纤维细胞中增加，并展示了PAH中的相关通路。使用基础研究和转化方法，研究人员证明Wnt/β-catenin信号通路在小鼠、大鼠和野百合碱大鼠模型中得到了激活。对接受肺动脉束缚（PAB）的小鼠进行的分析表明，RV中的Wnt/β-catenin信号增加。遗传抑制和药理学抑制也可以调节心脏成纤维细胞中的胶原蛋白合成和其他重塑基因。最终，使用PORCN抑制剂LGK-974对Wnt的药理学抑制减轻了RV超载的肺动脉带和百合碱模型中的RV功能。这些研究结果表明Wnt信号在RV重塑中的作用，以及Wnt抑制对PAH患者提供的潜在治疗策略。

该研究证明了Wnt信号抑制剂LGK-974通过调节Wnt/β-catenin和FOSL信号轴改善RV功能，从而抑制RV中的促病理性重塑基因。这项研究是为数不多强调Wnt信号在 RV 衰竭中的作用的研究之一，因此，它的抑制可能为右心功能恶化的 PAH 患者提供潜在的治疗策略。

Nayakanti SR, Friedrich A, Sarode P, Jafari L, Maroli G, Boehm M, Bourgeois A, Grobs Y, Khassafi F, Kuenne C, Guenther S, Dabral S, Wilhelm J, Weiss A, Wietelmann A, Kojonazarov B, Janssen W, Looso M, de Man F, Provencher S, Tello K, Seeger W, Bonnet S, Savai R, Schermuly RT, Pullamsett SS. Targeting Wnt-ß-Catenin-FOSL Signaling Ameliorates Right Ventricular Remodeling. Circ Res. 2023 Apr 12. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.122.321725. Epub ahead of print. PMID: 37042252.