PRR33通过调控心肌细胞骨架重塑保护心脏免受病理性肥厚

《Journal of Advanced Research》：PRR33 protects against cardiac hypertrophy by regulating myocyte cytoskeleton remodeling

　　

研究人员克隆了心脏中PRR33（proline-rich protein 33，富含脯氨酸蛋白33）的全长转录本，并构建了心肌特异性PRR33敲除小鼠（Prr33cKO）。通过体外分离心肌细胞、离体及体内模型（AAV9-ShPrr33注射小鼠和Prr33cKO小鼠），结合超声心动图和组学分析，发现PRR33是一种心脏富集型转录因子，对抑制心肌肥厚至关重要。PRR33缺失会加剧心肌细胞肥大和心室功能障碍，而过表达则减轻肥厚反应。机制研究表明，PRR33通过稳定LDB3-MYOZ2-钙调磷酸酶（calcineurin）复合体，抑制NFAT（nuclear factor of activated T-cells，活化T细胞核因子）激活，从而保护心肌免于病理性肥厚。该研究揭示了肌节信号传导的新调控层，并提示PRR33是预防不良心脏重构和心力衰竭进展的潜在治疗靶点。

本研究针对心肌肥厚这一心血管疾病的重要病理特征展开，旨在解析新型肌节相关蛋白PRR33的功能及其在心肌肥厚中的作用机制。心肌肥厚是多种心血管疾病的共同病理过程，长期持续会导致心功能下降和心力衰竭，但目前缺乏有效逆转已发生心肌重构的治疗手段。已有研究表明，细胞骨架尤其是Z盘（Z-disc）是整合机械稳定性与肥厚信号的关键枢纽，但其调控网络中仍有大量未表征的分子机制。PRR33是近年来发现的骨骼肌和心肌富集蛋白，在肌肉分化中发挥重要作用，但其在心脏中的生理病理功能尚未明确。因此，研究人员假设PRR33可能通过与细胞骨架组分相互作用，影响肥厚信号输出和心脏功能。

为验证这一假说，研究人员首先通过RACE（rapid amplification of cDNA ends，cDNA末端快速扩增）技术克隆了心脏特异性PRR33亚型（Prr33-C），并利用心肌特异性Prr33^cKO小鼠、AAV9介导的基因敲低/过表达模型，结合TAC（transverse aortic constriction，主动脉弓缩窄）和Ang II（血管紧张素II）诱导的心肌肥厚模型，系统评估了PRR33在生理和病理条件下的作用。关键技术方法包括：①构建心肌特异性Prr33^cKO小鼠模型（C57BL/6J背景）；②建立TAC和Ang II两种心肌肥厚动物模型；③采用超声心动图评估心功能；④利用Turbo-ID（邻近标记技术）结合质谱鉴定PRR33互作蛋白；⑤通过双分子荧光互补（BiFC）和免疫共沉淀（Co-IP）验证蛋白相互作用；⑥通过RNA测序分析差异基因表达。

研究结果分为以下几个部分：

Prr33-C在心脏组织中富集且在哺乳动物中保守

研究人员通过RACE技术首次克隆了心脏特异性PRR33亚型Prr33-C，该亚型与骨骼肌中的Prr33-N相比N端截短，且在哺乳动物中高度保守。qPCR分析显示Prr33-C在心肌细胞中特异性高表达，其表达水平在心脏发育过程中逐渐升高，并与成熟心肌标志物（如Tnnt2、Myl2）正相关，而与肥厚相关基因（如Myh7）负相关。在TAC模型和PMA处理的hiPSC-CMs（人诱导多能干细胞来源心肌细胞）中，Prr33表达显著下调，提示其可能参与心肌肥厚的调控。

Prr33在体外调控心肌细胞肥厚

在体外培养的乳鼠心肌细胞（NMCMs）中，siRNA敲低Prr33导致细胞面积增大，肥厚标志物（Nppa、Nppb、Myh7、Rcan1.4）表达上调；而腺病毒介导的Prr33过表达则显著抑制苯肾上腺素（PE）诱导的心肌细胞肥大，降低细胞面积和标志物表达。

Prr33缺失损害心功能并加重病理性心肌肥厚

体内实验显示，AAV9-ShPrr33敲低Prr33导致小鼠心脏扩大、心肌细胞横截面积增加、心功能下降（射血分数EF和短轴缩短率FS降低），并伴随肥厚标志物表达上调。Prr33^cKO小鼠自发出现心肌肥厚和心功能障碍，且在TAC和Ang II诱导的病理模型中，Prr33缺失进一步加剧肥厚表型和纤维化程度，加速心力衰竭进展。

Prr33过表达改善压力负荷小鼠的心肌肥厚和心功能

在TAC模型中，AAV9介导的Prr33过表达显著减小心脏体积，降低心肌细胞横截面积和HW/BW（心脏重量/体重比），改善EF和FS，减少纤维化和肥厚标志物表达，证实Prr33过表达可阻断病理性心肌肥厚的发展。

Prr33缺失导致细胞骨架和心肌肥厚相关基因失调

RNA测序分析显示，Prr33缺失的心肌组织中差异表达基因主要富集于扩张型心肌病（DCM）、肥厚型心肌病（HCM）和心肌收缩通路，且下调基因多与细胞骨架超分子纤维组织和肌节结构相关，提示PRR33通过调控细胞骨架重塑影响心肌肥厚。

PRR33与LDB3相互作用调控心肌肥厚

Turbo-ID-MS和蛋白质互作分析发现，PRR33与Z盘核心蛋白LDB3（LIM domain binding 3，LIM域结合蛋白3）直接结合，且该相互作用依赖于LDB3的LIM结构域。免疫荧光显示PRR33与LDB3共定位于Z盘。功能实验表明，Prr33过表达无法挽救Ldb3敲低引起的心肌肥厚，证实PRR33的保护作用依赖于LDB3。

PRR33调控LDB3-MYOZ2-钙调磷酸酶复合体

BiFC和Co-IP实验显示，PRR33通过竞争结合LDB3的LIM结构域，调节LDB3与MYOZ2（myozenin 2，肌动蛋白结合蛋白2）的相互作用：PRR33缺失时，LIM结构域暴露，增强MYOZ2与LDB3的结合，导致钙调磷酸酶从Z盘释放，激活NFAT信号通路；而PRR33过表达则占据LIM结构域，抑制MYOZ2-LDB3相互作用，将钙调磷酸酶锚定于Z盘，抑制NFAT核转位和肥厚基因表达。NFAT荧光素酶报告实验和钙调磷酸酶抑制剂CsA处理进一步验证了这一机制。

讨论部分指出，本研究首次揭示了PRR33作为肌节信号网络的新调控因子，通过稳定LDB3-MYOZ2-钙调磷酸酶复合体，抑制NFAT过度激活，从而维持心肌结构和功能稳态。这一发现不仅拓展了Z盘信号整合的机制认知，还为心肌肥厚的靶向治疗提供了新思路——通过AAV介导的PRR33过表达或小分子稳定PRR33-LDB3相互作用，可能成为干预病理性心脏重构的潜在策略。研究同时指出，未来需进一步明确PRR33在人类心肌病中的临床意义，并探索其结构基础以实现精准药物设计。

结论部分总结，PRR33是关键的细胞骨架关联调控因子，通过整合Z盘的结构与生化信号，抑制NFAT激活，保护心肌免于病理性肥厚。该研究揭示了细胞骨架信号网络的新调控机制，确立了PRR33作为心肌肥厚和心力衰竭治疗的潜在靶点。