研究背景：

心房顫動(dòng)（AF）是臨床最常見的持續(xù)性心律失常，其全球患病率持續(xù)上升，造成重大公共衛(wèi)生負(fù)擔(dān)。影響房顫發(fā)生和維持的諸多因素中，肥胖被視為房顫的顯著獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素。近期研究提示線粒體損傷（如mtROS增加、線粒體鈣穩(wěn)態(tài)失衡）可能是肥胖相關(guān)房顫的基礎(chǔ)，但線粒體損傷介導(dǎo)的具體信號(hào)通路在肥胖相關(guān)房顫中的作用尚不明確。

干擾素基因刺激蛋白（STING）是一種駐留于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的銜接蛋白。近期研究表明，STING在線粒體損傷引發(fā)的無菌性炎癥中起關(guān)鍵作用。在肥胖背景下，線粒體DNA(mtDNA)經(jīng)受損線粒體逃逸至細(xì)胞質(zhì)，作為損傷相關(guān)分子模式激活細(xì)胞質(zhì)DNA傳感器-環(huán)鳥苷酸-腺苷酸合成酶（cGAS）。這一激活促使STING在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)活化并轉(zhuǎn)位至高爾基體，驅(qū)動(dòng)下游炎癥級(jí)聯(lián)并觸發(fā)炎癥成分的轉(zhuǎn)錄。因此，STING被認(rèn)為是線粒體損傷與無菌性炎癥級(jí)聯(lián)的核心樞紐。

眾所周知，無菌性炎癥是肥胖與房顫共有的常見病理特征，且越來越多的證據(jù)表明STING與心血管及代謝性疾病密切相關(guān)。此外，有證據(jù)顯示房顫患者血液中循環(huán)mtDNA水平升高，房顫患者的心房肌中也觀察到mtDNA的氧化損傷。因此，研究mtDNA介導(dǎo)的STING炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)在肥胖及其他房顫相關(guān)模型中的作用具有重要意義。

基于此，武漢大學(xué)人民醫(yī)院趙慶彥教授團(tuán)隊(duì)近期在Europace雜志上發(fā)表“Mitochondrial damage mediates STING activation driving obesity-mediated atrial fibrillation”相關(guān)文章。在本研究中，作者探討了 “STING驅(qū)動(dòng)肥胖介導(dǎo)的房顫” 這一假設(shè)，并對(duì)其潛在機(jī)制進(jìn)行了研究。

研究結(jié)果：

1. 肥胖大鼠的心房組織中STING的表達(dá)上調(diào)
本研究通過高脂飲食誘導(dǎo)大鼠形成飲食誘導(dǎo)肥胖（DIO）模型，發(fā)現(xiàn)從第6周起DIO大鼠體重與對(duì)照組出現(xiàn)差異，第12周時(shí)體重及總膽固醇、甘油三酯水平顯著高于對(duì)照組；透射電鏡觀察顯示DIO組心房線粒體腫脹、嵴結(jié)構(gòu)破壞、鈣沉積且mtDNA泄漏到細(xì)胞質(zhì)；進(jìn)一步檢測發(fā)現(xiàn)肥胖顯著增加心房中cGAS及其下游靶點(diǎn)STING的表達(dá)，體外實(shí)驗(yàn)用棕櫚酸處理HL-1心房肌細(xì)胞也證實(shí)會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙并激活STING/TBK1/IRF3信號(hào)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，這提示線粒體損傷相關(guān)的STING信號(hào)傳導(dǎo)與肥胖介導(dǎo)的心房重構(gòu)之間存在潛在關(guān)聯(lián)。

圖1 肥胖大鼠心房組織中STING表達(dá)上調(diào)

2. STING介導(dǎo)與肥胖相關(guān)的房性炎癥和損傷
研究者進(jìn)一步構(gòu)建心肌STING敲低（KD）大鼠模型，發(fā)現(xiàn)STING敲低雖不影響肥胖大鼠的體重和血脂水平，但可抑制心房中STING/TBK1/IRF3炎癥級(jí)聯(lián)反應(yīng)，降低NLRP3炎癥小體相關(guān)蛋白（NLRP3、caspase-1、IL-1β 等）的表達(dá)，同時(shí)顯著改善肥胖誘導(dǎo)的心房細(xì)胞凋亡、肌纖維結(jié)構(gòu)紊亂及線粒體損傷，體外實(shí)驗(yàn)也證實(shí)STING敲低能減輕棕櫚酸誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞線粒體功能障礙，提示STING在肥胖介導(dǎo)的心房重構(gòu)中通過調(diào)控炎癥反應(yīng)和細(xì)胞損傷發(fā)揮關(guān)鍵作用。

圖2 STING介導(dǎo)與肥胖相關(guān)的房性炎癥和損傷

3. STING KD減少肥胖引起的房性電重構(gòu)
本研究通過電生理檢測發(fā)現(xiàn)，肥胖（DIO 模型）可導(dǎo)致大鼠心房有效不應(yīng)期（AERP）縮短、房顫誘發(fā)率及持續(xù)時(shí)間顯著增加，電沖動(dòng)呈轉(zhuǎn)子樣折返傳導(dǎo)，且出現(xiàn)動(dòng)作電位交替現(xiàn)象，表明肥胖促進(jìn)心房電活動(dòng)不穩(wěn)定及折返基質(zhì)形成，增加房顫易感性；而STING敲低可延長AERP、降低房顫發(fā)生率和持續(xù)時(shí)間，改善傳導(dǎo)異質(zhì)性并延長動(dòng)作電位時(shí)程（APD90）。機(jī)制上，肥胖上調(diào)心房Kv1.5鉀通道、下調(diào)Cav1.2鈣通道表達(dá)，STING KD可逆轉(zhuǎn)這一趨勢。研究證實(shí)STING在肥胖誘導(dǎo)的心房電生理異常和折返基質(zhì)形成中起關(guān)鍵作用，抑制STING可有效預(yù)防肥胖相關(guān)的房顫易感性。

圖3 STING KD降低肥胖相關(guān)房顫易感性

圖4 STING KD可阻止肥胖誘導(dǎo)的折返基質(zhì)形成

4. STING KD減輕肥胖引起的心房結(jié)構(gòu)重塑
本研究發(fā)現(xiàn)心肌纖維化和連接蛋白異常可導(dǎo)致心肌組織局部傳導(dǎo)減慢和電異質(zhì)性增加，而DIO組大鼠心房中纖維化相關(guān)蛋白表達(dá)顯著升高、纖維化面積增加，STING敲低則顯著減少肥胖大鼠心房組織中的膠原沉積和纖維化相關(guān)蛋白表達(dá)，且DIO組心房中CX40表達(dá)下調(diào)并出現(xiàn)空間定位側(cè)偏，這些變化可被STING敲低逆轉(zhuǎn)；雖然DIO組左心房直徑有擴(kuò)大趨勢但無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，且各組左心室功能指標(biāo)和血壓均無顯著差異，表明本實(shí)驗(yàn)中肥胖對(duì)心房重構(gòu)和房顫誘導(dǎo)的影響?yīng)毩⒂谛氖夜δ芎脱獕阂蛩兀琒TING通過調(diào)控心房纖維化和CX40連接蛋白表達(dá)參與肥胖誘導(dǎo)的心房電傳導(dǎo)異常和折返基質(zhì)形成，抑制STING可改善相關(guān)病理變化。

圖5 STING KD減輕肥胖引起的心房結(jié)構(gòu)重塑

5. STING與心房鈣調(diào)控異常相關(guān)
本研究發(fā)現(xiàn)，在預(yù)定起搏方案下僅DIO大鼠出現(xiàn)心房鈣瞬變交替現(xiàn)象，鈣成像結(jié)果顯示雖然四組間鈣瞬變達(dá)峰時(shí)間和CaTD90無顯著差異，但DIO大鼠心房鈣瞬變幅度顯著低于對(duì)照組。此外DIO大鼠心房肌L型鈣電流密度在-10 mV 至+40 mV測試電位下顯著降低，STING敲低可部分改善這一情況，推測鈣瞬變幅度降低與L型鈣通道功能障礙有關(guān)；同時(shí)，DIO組心房線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)距離縮短、鈣沉積顆粒增多，IP3R1和VDAC1表達(dá)顯著上調(diào)，體外實(shí)驗(yàn)顯示棕櫚酸處理使HL-1細(xì)胞線粒體鈣濃度升高、VDAC1與IP3R1共定位增加，而體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)中STING敲低均逆轉(zhuǎn)了這些變化。這些結(jié)果表明STING與肥胖心房中L型鈣通道功能異常及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體鈣轉(zhuǎn)移過度激活相關(guān)。

圖6 STING與心房鈣調(diào)控異常相關(guān)


圖7 STING與鈣離子從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)到線粒體的轉(zhuǎn)移相關(guān)