《Pathophysiology》：Hypertension and Diabetes Cooperatively Drive HSP90 Activation, HSP70 Suppression, and Left Ventricular Interstitial Expansion: Relevance to Maladaptive Myocardial Remodeling
Anastasia P. Sklifasovskaya,
Mikhail L. Blagonravov,
Madina M. Azova,
Sergey V. Kurevlev,
Vyacheslav A. Goryachev,
Sergey P. Syatkin,
Tatyana Yu. Zotova and
Daniil Yu. Prokofiev
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本研究揭示了在动脉高血压（AH）与胰岛素依赖性糖尿病（DM）共病状态下，心肌细胞核心热休克蛋白HSP90与HSP70的表达谱发生特异性改变：HSP90显著协同上调，而HSP70表达被显著抑制。这种失衡与左心室间质（主要为胶原等基质）的明显扩张和心肌结构重塑加重密切相关，提示其是导致心功能恶化、心力衰竭的潜在关键分子机制。该发现为理解心血管代谢共病的加速性心肌损伤提供了新的病理生理学视角。
1. 引言
心肌细胞的蛋白质量控制对维持心脏的正常收缩和代谢功能至关重要。分子伴侣，特别是热休克蛋白（Heat Shock Proteins, HSPs），在修复错误折叠的蛋白质、维持心肌细胞（Cardiomyocytes, CMCs）稳态和防止心衰中扮演核心角色。其中，HSP70和HSP90家族是关键的ATP依赖性分子伴侣。HSP70主要负责新生蛋白的正确折叠、介导伴侣自噬并参与蛋白酶体组装。HSP90则负责数百种“客户蛋白”的正确折叠、激活、稳定和降解，在应对细胞应激中发挥核心作用。动脉高血压（Arterial Hypertension, AH）和胰岛素依赖性糖尿病（Diabetes Mellitus, DM）是导致加速性心肌损伤的主要共病风险因素。尽管已知两者单独存在时会影响HSP表达，但在两者共存的协同压力下，HSP70和HSP90的表达谱及其与心肌结构重塑（特别是间质成分扩张）的关系尚不明确。本研究旨在阐明在单独及共存的AH和DM条件下，左心室CMCs中HSP70和HSP90的表达模式，并评估其与结构重塑的关联。
2. 材料与方法
研究使用25只雄性大鼠，分为5组（n=5）：对照组（38周龄Wistar–Kyoto, WKY大鼠）、AH组（38周龄自发性高血压大鼠, SHR）、长期AH组（57周龄SHR）、DM组（38周龄WKY大鼠，经链脲佐菌素Streptozotocin, STZ诱导胰岛素依赖性DM）以及AH+DM共病组（38周龄SHR，经STZ诱导DM）。糖尿病模型通过单次腹腔注射STZ（65 mg/kg）建立，持续30天。通过遥测技术评估心血管功能参数。实验终点收集左心室组织，进行以下分析：1) 苏木精-伊红（Hematoxylin and Eosin, H&E）染色进行形态计量学分析，量化间质基质体积分数以评估间质扩张；2) 免疫组织化学（Immunohistochemistry, IHC）检测CMCs中HSP70和HSP90的蛋白表达（阳性染色面积百分比）；3) 逆转录定量聚合酶链反应（Reverse Transcription Quantitative Polymerase Chain Reaction, RT-qPCR）分析HSP70和HSP90的mRNA表达水平，以GAPDH为内参基因。
3. 结果
3.1. 血流动力学与形态学特征
血流动力学数据证实SHR组收缩压和舒张压均显著高于WKY对照组。糖尿病诱导并未显著改变血压，但共病（AH+DM）组心率显著增加，提示交感神经张力增高或自主神经调节受损。H&E染色显示，与对照组相比，所有病理组均出现不同程度的心肌结构改变。AH组表现为CMCs肥大，细胞核数量减少。DM组可见明显的胶原沉积增加。在AH+DM共病组，结构损伤最为严重，表现为CMCs肥大、空间排列紊乱、肌原纤维横向断裂、细胞核数量大幅减少（降至对照组一半），以及间质基质体积分数（stromal volume）的极显著增加（9.43% vs. 对照组4.81%，p≤ 0.05），表明间质纤维化加剧。
3.2. HSP90的表达显著上调
IHC定量分析显示，HSP90蛋白在所有病理组中均显著上调。上调最显著的是孤立DM组，HSP90阳性面积是对照组的4.0倍（21.80% vs. 5.45%）。AH+DM组的蛋白表达也显著升高，是对照组的3.7倍。RT-qPCR结果显示，HSP90的mRNA水平在DM组上调1.82倍，而在AH+DM组出现了惊人的25.93倍极端上调，表明在共病状态下存在转录水平的协同激活。蛋白与mRNA表达趋势基本一致。
3.3. HSP70的表达在共病时被抑制
与HSP90不同，HSP70的表达模式复杂。IHC显示，仅在38周AH（短期高血压）组中，HSP70蛋白表达显著高于对照组（27.68% vs. 19.70%）。在孤立DM组，其表达与对照组持平（19.50%）。而在AH+DM共病组，HSP70蛋白表达被显著抑制，降至14.71%（p≤ 0.05）。mRNA水平分析显示，DM组有1.64倍的适度上调，但AH+DM组的mRNA水平却显著下调至对照组的0.67倍。这表明在共病状态下，HSP70在转录和翻译水平均受到抑制，且存在转录后调控机制的参与。
3.4. HSP70与HSP90表达的对比与关联
综合比较发现，HSP90与HSP70的表达在共病状态下呈现“剪刀差”式的失衡：HSP90极度上调，而HSP70被抑制。这种分子失衡与最严重的心肌间质扩张（纤维化）在AH+DM组同步发生，提示HSP90/HSP70比例失调可能是驱动不良心肌重塑的关键分子事件。
4. 讨论
研究结果表明，在AH和DM共病时，心肌细胞的应激反应从适应性转向了适应不良性。HSP90的显著上调可能通过核因子κB（NF-κB）、信号转导和转录激活因子3（STAT3）以及未折叠蛋白反应（Unfolded Protein Response, UPR）等炎症和应激反应通路被激活。HSP90的过度表达可能通过调节白细胞介素-6（IL-6）等细胞因子，促进心脏成纤维细胞活化，从而加剧细胞外基质重塑。相反，HSP70的表达受损。HSP70的表达主要受热休克因子1（Heat Shock Factor 1, HSF1）调控。在慢性高血糖、衰老和持续内质网应激条件下，HSF1的活性可能因氧化失活、被错误折叠蛋白“扣押”或受到糖原合酶激酶-3β（GSK-3β）等激酶的抑制性磷酸化而减弱。此外，高血糖诱导的特定微小RNA（microRNAs）也可能靶向降解HSP70的mRNA。因此，HSP70诱导的失灵反映了细胞在应对协同、慢性压力时，核心保护机制已不堪重负。HSP90的上调或可视为一种试图维持部分蛋白稳态的“代偿”努力，但缺乏HSP70的协同作用，这种努力可能不足以防止错误折叠蛋白的积累和细胞损伤，最终导致间质纤维化加剧和心功能恶化。年龄因素（比较38周与57周SHR）也影响着HSP的表达，提示在衰老心脏中，应激反应能力进一步衰退。
5. 结论
动脉高血压与胰岛素依赖性糖尿病共病会协同诱发心肌细胞HSP90的显著上调，同时导致HSP70表达被显著抑制。这种HSP90/HSP70的失衡标志着细胞应激反应从适应性向适应不良性的转变。该分子失衡与左心室间质成分的加速扩张密切相关，可能是心血管代谢共病导致心肌结构及功能加速恶化的一个关键分子机制。这一发现为未来开发针对特定热休克蛋白通路的治疗策略，以干预共病状态下的心肌不良重塑，提供了新的理论依据。
