心脏病的线粒体动力学

摘要

概述

心脏病学家喜欢指出，心脏是人体中最难工作的器官。据广泛报道，人类心脏每天消耗30公斤ATP，为基础代谢和正常收缩提供能量，而正常收缩对维持全身和肺动脉血压至关重要[1]. 显然，一个每天消耗100倍于其重量的约300克ATP的心脏并不是依靠储存的储备来实现的，而是必须不断地生成ATP。几乎所有的ATP都是在心肌细胞线粒体中生成的，少量的ATP是在细胞溶质中生成的。因此，心室心肌中充满了线粒体，线粒体约占心肌细胞体积的35%[2]. 哺乳动物心肌中的线粒体比单个肌节多（~2:1）(图1)。

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图1

正常成年心肌细胞线粒体的亚细胞排列

正常8周龄小鼠心肌的透射电镜照片。注意纤维间线粒体在单个肌原纤维和围绕细胞核的线粒体簇之间的排列（在右边被一分为二）。这种“罐装沙丁鱼”的安排似乎加强了微生物之间的接触，不允许有意义的细胞内线粒体运输。

线粒体ATP的生成受到严格调控，以满足心脏工作中每分钟（或β-搏动）变化引起的不同代谢需求。虽然氧化磷酸化和电子传递链的组成部分已被充分了解，但其调控途径的分子细节仍有争议。已经提出了两种主要机制：ADP和无机磷酸盐（Pi）对ATP水解产物的调节，以及细胞溶质钙（[Ca²⁺]_c（c）)这是从SR释放出来的，由线粒体感应，以响应增加工作的刺激。前经典假说[三]Balaban和他的同事们对此提出了质疑，他们发现心脏做功和ATP消耗的巨大变化与ADP/Pi水平的可测量变化无关[4,5]而后一种假说则得到了奥鲁克及其同事们优雅研究的信任[6,7]. ATP/ADP/Pi和[Ca似乎都可能存在调节功能²⁺]_c（c）前者在调节线粒体氧化磷酸化方面发挥更大作用，而后者主要影响Krebs循环脱氢酶[8].

心脏独特的生物能量需求不仅决定了它能产生并维持体内任何器官中最大比例密度的线粒体，还决定了线粒体以高度结构化和稳定的方式组织在整个心肌细胞中。顾名思义，在平行于心肌细胞长轴排列的肌原纤维之间，有重复的带状纤维间线粒体簇。在整个心肌细胞中，线粒体与肌节的紧密联系为肌动蛋白收缩机制的所有成分提供了随时持续的ATP供应。类似地，心肌细胞质膜（肌膜）的深T管状内陷在肌原纤维元件和线粒体簇中间隔很近。电去极化心肌细胞内钙离子进入的同步性对于和谐地启动和终止正常的兴奋-压缩耦合至关重要[9]. T小管促进协调钙（Ca²⁺)心肌细胞各部分同时进出口。

第三种细胞器结构，肌浆网，同样形成一个连续的网络，包围并渗透肌原纤维，并与线粒体簇密切相关。肌浆网（SR）是心肌细胞的主要钙储存和释放细胞器，也是绝大多数游离胞浆钙的来源²⁺促使肌肉收缩[9]. SR钙²⁺释放是一个被动的过程。相反，为SR-Ca提供燃料需要大量ATP²⁺通过SR-Ca再摄取²⁺ATP酶（SERCA）与少量心肌细胞钙通过Na/Ca交换器（NCX[10])和血浆Ca²⁺ATP酶（PMCA[11,12])，终止收缩[13]. 心肌细胞线粒体和SR之间的物理接近性与单个沙丁鱼在罐子中的接近性相同，它们被限制在高度有序的致密结构中。这种安排确保了线粒体ATP的充足供应，为SR钙再摄取泵提供动力，并可能提供一种途径，使线粒体感觉到SR钙释放增加，预示着心脏收缩增加。线粒体对胞质钙的感应²⁺SR的释放刺激了ATP产量的预期增加，从而为即将到来的更大工作量提供了燃料，从而避免了ATP消耗急剧增加后可能出现的能源短缺[14].

上述范式与静态心肌细胞亚细胞结构相一致，其中细胞器的相互作用由物理邻近性决定，即“罐装沙丁鱼”模型(图1). 肌角肌丝贯穿心肌细胞的长度，其间散布着线粒体带状物，肌角肌丝网作为一个夹层网络存在于肌丝和线粒体状鱼网袜周围。这个模型与神经元的模型形成了对比，神经元中单个线粒体广泛分布，并沿着轴突从细胞体运输到突触，也许还会再运输回来[15]. 在轴突运动过程中，神经元线粒体与其他线粒体短暂连接并融合，形成栓系、融合和分裂循环，通过线粒体内部内容物的交换促进细胞器再生[16]. 事实上，线粒体融合和分裂的分子和生物物理机制已在神经元、成纤维细胞和其他细胞类型中详细阐明，如本纲要中的其他文章所述。然而，直到最近（当操纵小鼠和果蝇心脏中线粒体融合蛋白的研究结果表明情况并非如此时，参见下文)一般认为，成人心肌细胞独特的亚细胞结构和明显缺乏线粒体活动性，或者排除了线粒体系留、融合和分裂的需要[17]. 在这里，我们回顾了一些新的发现，这些发现改变了人们对心脏线粒体是静态的认识，探索了线粒体动力学在正常和疾病心脏中的证据和作用。

线粒体融合/裂变机制

线粒体惊人的形态多样性已经被认识了一个多世纪。事实上，“线粒体”一词被广泛报道是指这种形态上的异质性，因为它来源于希腊语单词“mitos”（螺纹）和“khondros”（颗粒或颗粒），这两个单词似乎代表了观察到的不同细胞器形状[18]. 然而，在医学术语中，“软骨”主要指软骨，“线粒体”一词最早由Carl Benda于1898年使用，他假设通过光学显微镜检测到的许多微观细胞内结构就像柱子或柱子一样，支撑和维持细胞的整体大小和形状。因此，他将这些假定的细胞骨架结构称为线粒体或“软骨线”。随后在光学和生物化学方面的进展以及活细胞显微镜的发展，使人们认识到线粒体是细胞的电源，从而纠正了这种功能误解。1914年，刘易斯和刘易斯发现了线粒体动力学，描述了不同培养鸡胚组织中线粒体融合和分裂的周期[19]“我们发现，在活细胞中，（线粒体）可以融合成杆状或链状，这些杆状或链状延伸成线，线又相互吻合，并可能结合成一个复杂的网络，反过来又可能分解成线、杆状、环状和环状。”，此后，几乎所有物种（从酵母到人类）和细胞类型都观察到了融合和裂变成人心肌细胞除外线粒体分裂见于新生儿心肌细胞和各种凋亡的永生化心肌细胞样细胞[20——24]. 然而，与成人心肌细胞相比，培养的新生儿心肌细胞的内部结构要少得多，这与上述高度组织化的“沙丁鱼罐头”设计完全不同。事实上，还没有发表过线粒体融合或分裂的直接观察结果正常的成年心肌细胞。使用活细胞共聚焦检查检测成年心肌细胞线粒体融合的具体尝试尚未取得成果：“线粒体融合或分裂仅见于NB HL-1细胞，但未见于成年心肌细胞”[23]. 然而，在过去的一年里，已经有令人信服的遗传证据发表，不仅间接支持成年无脊椎动物和哺乳动物心脏线粒体融合/裂变的发生，而且支持线粒体融合/分裂的必要性[25,26]. 在这方面，我将简要回顾在非心脏系统中阐明的线粒体动力学的分子机制，以便很容易理解以下对心脏线粒体融合和裂变因子的各种遗传和药理学质疑的讨论。

线粒体融合/分裂对正常心脏至关重要的实验证据

如上所述，线粒体融合和分裂从未在成年心肌细胞中直接观察到。事实上，作者没有意识到在正常骨骼肌中观察到线粒体融合和分裂，正常骨骼肌与心肌具有高度有序的线粒体和肌丝亚细胞结构，线粒体含量高，代谢需求高。然而，线粒体融合和分裂不仅发生在骨骼肌中，而且是维持正常线粒体形态计量和功能的关键再生过程，对肌肉内环境稳定至关重要。这些结论主要来自组织特异性操作的结果果蝇属和小鼠线粒体融合基因：果蝇属线粒体融合蛋白MARF/dMfn和Opa1可以通过RNAi以组织特异性的方式有效抑制，诱导骨骼（翼）肌线粒体断裂[57]. 随后，Mfn1和Mfn2基因联合消融术在小鼠骨骼肌中诱导了与肌无力、肌肉萎缩和过早死亡相关的线粒体断裂的类似图片[33]. 这些结果表明，中断无脊椎动物和哺乳动物骨骼肌线粒体融合对肌肉功能有害。

我们采用了一种类似的方法来回答线粒体融合是否发生在心脏中并对心脏的正常功能至关重要的问题。工作心脏线粒体融合的首次检查使用了相同的方法果蝇属上述用于骨骼肌线粒体研究的MARF RNAi和Opa1-RNAi pUAS转基因系[57]，但我们通过使用心肌细胞特异性RNA干扰来抑制线粒体融合蛋白锡人启动子（tincΔ4-gal4）。这个果蝇罐头该基因与哺乳动物相似牛顿x2.5因为它指导心肌细胞的规格化和分化；因此，其启动子以高度心肌细胞特异性的方式驱动转基因表达[63]. 通过培育携带tincΔ4-gal4驱动因子和pUAS-MARF RNAi或pUAS-OPA1 RNAi的果蝇，我们抑制了果蝇心脏导管心肌细胞中的线粒体融合。

基因操纵果蝇心脏模型的结果

我们使用果蝇属研究功能性心脏线粒体融合的必要性。这个果蝇属心脏管是一种线性结构，没有脊椎动物复杂的多室和瓣膜形态。然而，在细胞和组织水平上果蝇属哺乳动物的心肌非常相似，通过对果蝇的研究，人们对哺乳动物心脏的发育和功能了解了很多[64]. 因此，我们进一步缩小了常规用于评估遗传小鼠模型中心脏表型的相同类型的程序（这些程序反过来又改编自人类心肌病的临床评估）。小鼠心脏研究的实验终点通常包括：1。心脏重构的非侵入性超声心动图或病理学评估评估为舒张末期的心室尺寸（舒张末期尺寸越大表示心脏扩张，表明病理性重构）；2.对心脏泵性能的评估，通常是心室缩短分数（收缩和舒张时心室尺寸的百分比差异；值越高越好，值越低提示心肌病）；3.肌原纤维和心肌细胞完整性的组织学和/或超微结构评估。这个果蝇属心脏管的短轴尺寸约为150微米，太小了，无法通过超声波进行分辨。然而，收缩的实时激光成像果蝇属罗尔夫·博德默（Rolph Bodmer）使用光学相干断层扫描（OCT）对心脏导管进行了描述[65]，我们发现商用OCT显微镜（英国米歇尔逊诊断公司）提供了果蝇属分辨率为4微米的心脏导管(图2a). 使用OCT，我们观察到心肌细胞特异性抑制MARF/dMfn或Opa1可诱导扩张型心肌病，定义为舒张室尺寸增加和缩短分数减少[25] (图2b). 我们利用了同时驱动多个转基因的能力果蝇属用特异定位于线粒体（mito-GFP）或肌浆网（SR-GFP）并修饰线粒体的基因编码绿色荧光蛋白（GFP）来研究心肌细胞的细胞器结构。正常心管中的心肌细胞线粒体呈圆形，大小均匀，排列在典型的肌纤维间通道中。MARF/dMfn缺乏的心脏导管显示出线粒体无对抗性分裂的证据，线粒体非常小，并且线粒体大小具有显著的异质性。Opa1缺乏的心脏管的线粒体也显示出碎裂的迹象，但这些微小的细胞器伴随着许多异常大的线粒体，如Opa1-null MEFS所述（可能代表经历了外膜融合而没有内膜融合的细胞器）[58]. MARF/dMFN或Opa1-RNAi心肌细胞中含钙心肌细胞SR的结构没有改变。总之，这些结果表明，通过抑制关键OMM或IMM融合蛋白抑制心肌细胞线粒体融合足以诱发扩张型心肌病。

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图2

正常和线粒体融合缺陷果蝇心脏的光学相干断层扫描

A。果蝇心脏管横截面的代表性图像（左）、一个分离的小鼠心肌细胞（中）和人类表皮汗腺（右），均在相同条件下采集。比例尺为200微米。B。典型果蝇心脏导管收缩的线性扫描图像，显示心室直径随时间的变化。顶部为控制飞行，底部为MARF RNAi飞行。右侧各显示一个心动周期的收缩末期和舒张末期尺寸（ESD和EDD）。

我们测试了果蝇属通过研究果蝇MARF/dMfn和人类Mfn蛋白之间的功能重叠，得出心脏管的结果。转基因果蝇属产生表达人Mfn1或Mfn2的系，并将其杂交到心肌病MARF RNAi蝇上。虽然单纯的人类Mfn过度表达对正常的心脏导管尺寸或功能没有明显影响，但MARF/dMfn RNAi背景下hMfn1或hMfn 2的表达挽救了特征性扩张型心肌病和线粒体断裂。然而，人类有丝分裂素并没有拯救Opa1-RNAi诱导的心肌病（未发表的结果）。这些结果表明，哺乳动物的丝裂原与果蝇属心脏中的MARF/dMfn。

最后，我们测试了无对抗性线粒体分裂诱导的心肌病是否可能是线粒体产生有毒ROS的结果。作为果蝇属心脏导管不足以对心肌细胞线粒体ROS生成进行生化分析，我们再次使用遗传方法在MARF-RAi苍蝇中表达超氧化物歧化酶（SOD1）。我们假设SOD1可以拯救ROS诱导的表型，但不会影响其他因素诱导的表型。例如，正常线粒体丢失导致的ATP缺乏。事实上，MARF抑制导致的扩张型心肌病几乎完全通过伴随的SOD1表达而正常化，而线粒体断裂未完全修复。这一结果表明，由心肌细胞线粒体融合中断引起的心肌病部分是由线粒体产生有毒ROS引起的，但ROS并不是线粒体断裂的（唯一）原因。

基因操纵小鼠心脏模型的结果

为了扩展我们的果蝇属我们对哺乳动物进行了研究，并对心肌线粒体融合进行了更详细的机械询问，在小鼠中进行了类似的遗传操作（即对编码OMM融合蛋白Mfn1和Mfn2的基因进行心肌特异性消融[26]. 这些研究使用了在David Chan实验室中创建的漂浮等位基因Mfn1和Mfn2小鼠的组织特异性Cre重组[47]. Mfn1和Mfn2基因与牛顿x2.5Cre驱动器[66]，具有锡人我们使用的Gal4驱动程序果蝇属研究（例如，心肌细胞特异性表达在心脏发育早期开始）在胚胎10.5天左右诱导100%致死。这一结果证明心肌细胞-线粒体融合对正常心脏发育至关重要，但不幸的是，这并没有解决线粒体融合对成年哺乳动物正常日常心脏功能是否同样重要的问题。为了回答这个问题，并获得足够的Mfn1/Mfn2双敲除小鼠心肌用于功能、细胞和超微结构分析，我们转向了复合遗传和药理方法。将两个Mfn-flox等位基因小鼠杂交，将双flox等位点小鼠与心肌细胞特异性Cre转基因结合，该转基因仅在出生后表达修饰雌激素受体（MER）-Cre嵌合蛋白(我的6-MER-Cre-MER；[67])从而避免任何发育影响。MER部分将转基因Cre保留在细胞液中，直到被合成的雌激素受体配体激活，如三苯氧胺或雷洛昔芬，这些配体可诱导核移位。因此，在全身施用这两种药物中的一种或另一种后，可在心肌细胞中特异性诱导漂浮等位基因的重组。我们发现，携带四个漂浮的Mfn等位基因（两个用于Mfn1，两个用于Mpn2）并表达MER-Cre-MER转基因的小鼠在20周龄之前是正常的。8周龄时服用他莫昔芬或雷洛昔芬可在7天内诱导ROSA-26 lacZ报告者的完全心肌特异性重组；心肌标本中Mfn1和Mfn2免疫反应性的丢失遵循相同的时间进程。线粒体裂变蛋白Drp1/Dlp1不受Mfn1/Mfn2消融的影响，尽管IMM融合蛋白Opa1的免疫反应性略有增加。因此，我们创造了一个健康成年小鼠群体，在该群体中，我们可以在最适合我们研究的时间和条件下中断OMM融合蛋白的表达。

获得条件心肌Mfn1/Mfn2双敲除小鼠后，我们可以问“在心肌细胞线粒体、分离心肌细胞和整合器官/有机体上破坏线粒体原位融合的后果是什么？”。超微结构检查显示诱导联合Mfn基因消融3周后线粒体严重断裂和明显增殖(图3). 大约30%的线粒体大小和嵴结构正常(图3，白色箭头），但大多数细胞器异常小，失去了典型的基质膜结构，表现为不同程度的透明度增加(图3，黑色箭头）。线粒体的总密度也有所增加。相比之下，同一细胞中的肌节和肌原纤维结构看起来很健康，这与线粒体动力学的主要缺陷相一致。通过对30000个分离的心脏线粒体/心脏进行流式细胞术分析，对代表性心脏数千个线粒体进行透射电子显微镜观察得到的印迹得到了证实。前向散射（与细胞器大小成正比）减少了约40%，侧向散射（与细胞器球形成反比）减少了约70%。融合缺陷心脏线粒体蛋白/心脏质量的线粒体含量增加了~60%，表明线粒体增殖[26].

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图3

线粒体融合缺陷小鼠心脏线粒体断裂

三苯氧胺条件基因消融3周后Mfn1/Mfn2双失活小鼠心肌的透射电镜照片。白色箭头表示正常的线粒体。黑色箭头指向代表性的小而半透明的“碎片”线粒体。

在有条件的Mfn1和Mfn2联合消融后三周观察到的线粒体形态计量学异常对小鼠没有明显的不利影响，这看起来是正常的。然而，对心室大小和收缩性的无创超声心动图评估显示心室扩张和射血性能下降，表明存在亚临床心脏功能障碍。因此，我们检测了从这些心脏分离出来的心肌细胞和线粒体的呼吸功能，并与相同的对照组进行了比较：琥珀酸刺激的全细胞呼吸仅受到轻微抑制，琥珀酸和谷氨酸/苹果酸刺激的线粒体呼吸均正常（敲除线粒体和对照线粒体的state3/state2呼吸无差异）。然而，将线粒体呼吸与ATP合成和FCCP分离（想想踩油门呼吸一直到地板），发现Mfn1/Mfn2双敲除心肌线粒体的呼吸峰值有缺陷，这些形态计量学和功能研究表明，正常成年小鼠三周内Mfn1/Mfn2联合缺乏引起的线粒体断裂和变性损害了呼吸峰值，尽管线粒体增殖可能会补偿单个细胞器功能障碍。

三苯氧胺诱导的MER-Pre-MER介导的心肌细胞基因重组既迅速又不可逆。因此，我们可以预期有条件的Mfn1和Mfn2联合消融的结果会有所进展。事实上，所有Mfn1/Mfn2双心脏敲除小鼠在三苯氧胺治疗大约9周后死于明显的心力衰竭。连续每周超声心动图研究显示，基因消融后第二周开始，进行性心脏扩大，射血性能平行下降，大多数小鼠在6周后达到与生活不兼容的水平。该病与MAR/dMFN抑制引起的扩张型心肌病相似果蝇属[25]. 因此，我们得出结论，线粒体融合不仅对哺乳动物的心脏发育至关重要，而且对正常的线粒体和心脏功能也至关重要。

时间定义的组织特异性基因表达的附带好处之一是能够中断周期性现象，如平衡状态下的线粒体融合/分裂，并观察产生的单向函数的时间进程，以计算稳态下现象的半衰期和周期长度。这就像一项利用体内基因消融启动时钟的脉冲期研究。我们观察到，Mfn1和Mfn2从小鼠心脏完全消融两周后，平均线粒体大小减少了约40%。如果假设线粒体裂变速率不受OMM融合蛋白消融的影响，并且裂变事件从母细胞产生两个大小相等的子细胞器，那么整个线粒体种群在Mfn1/Mfn2消融后两周内经历了（无对手的）裂变。两周的分裂/融合周期足够长，这就解释了为什么直接观察培养心肌细胞在数小时内的线粒体分裂和融合无法检测到这些事件[23].

遗传性心脏病线粒体融合/分裂缺陷

如上所述，人类疾病与线粒体融合蛋白中两种自然发生的功能丧失突变有关，即Mfn2突变引起的夏科特-马里托综合征2A型（CMT）和Opa1突变引起的常染色体显性视神经萎缩（DOA）。两种综合征的特征都是各自受累组织中的线粒体形态异常，这与线粒体融合受损一致。在当前背景下，这些人类疾病有两个显著特征：第一，突变通常是杂合的，这表明病理学是通过显性抑制（Mfn2）或单倍体不足（Opa1）诱导的。第二，尽管线粒体和这两种线粒体蛋白普遍存在，但突变选择性地影响特定组织类型（分别是神经元和视网膜），显然不影响其他所有组织类型。值得注意的是，没有令人信服的数据表明心脏在CMT或DOA中受损。线粒体融合缺陷导致的两种疾病没有心脏受累似乎支持线粒体融合和分裂对正常心脏功能是不必要的这一观点。然而，可能还有其他原因可以解释为什么心脏在CMT和DOA中似乎没有受到影响，例如神经组织和心脏组织之间不同的融合蛋白表达水平，功能重叠蛋白（即Mfn1）的可变表达，以及线粒体融合在神经元和纹状肌中的不同作用。

引起人类退行性神经疾病的突变并未表明线粒体融合/分裂缺陷对心脏健康至关重要，但动物界对扩张型心肌病的遗传研究却讲述了一个截然不同的故事：牛扩张型心心病（BDCMP）是一种遗传性（常染色体隐性遗传）折磨年轻荷斯坦-弗里斯牛的致命性心力衰竭[68——70]. 受影响牛家系内的连锁分析将疾病位点映射到18号染色体[71]. 随后的精细SNP定位和深度重测序确定了一个与心肌病表型完全分离的突变；该突变编码牛Opa3线粒体融合因子中的过早终止密码子（Q115X）[72]. 功能研究发现，由于非传感介导的衰变，突变体Opa3转录物的心肌表达降低，对受影响牛分离线粒体的免疫印迹分析显示，两种正常Opa3亚型中的一种缺失。巧合的是，Opa3的人类突变与罕见的Costeff视神经萎缩综合征有关[73]因此，ENU诱导的小鼠Opa3突变模型已被仔细表型化。Opa3（L122P）突变纯合子小鼠出现双心室扩张、心肌细胞肥大和心肌纤维化（除了Costeff综合征的视觉和代谢特征外）。这些小鼠在大约4个月大时死于心力衰竭[74]. 因此，奶牛和小鼠的Opa3突变会导致心肌病。

第二种纯实验性扩张型心肌病进一步支持了线粒体融合/分裂在哺乳动物心脏中的重要作用。在这里，小鼠ENU突变在一个名为Python的突变系中诱导了常染色体显性扩张型心肌病，并且在线粒体裂变蛋白基因Dnm1l中发现了负责任的错义突变（C452F）[75]. 酵母双杂交研究表明，突变削弱了关键的分子内相互作用；功能研究显示线粒体分裂减少，心肌代谢改变。综上所述，这些遗传性心肌病的例子证明，影响线粒体融合/分裂的突变可以对心脏产生不利影响

获得性心脏病线粒体融合/分裂异常

线粒体分裂发生在细胞凋亡中，并促进细胞程序性死亡[76,77]. 程序性心肌细胞丢失在代偿性肥厚向显性心力衰竭的进展中起着重要作用[78——81]心肌梗死后延迟组织丢失[82]. 此外，衰竭的（大鼠和人类）心脏表现出与IMM融合蛋白Opa1表达减少相关的线粒体断裂[83]. 基于线粒体分裂和程序性心肌细胞死亡之间的联系，人们对线粒体分裂作为心脏病的潜在介体产生了浓厚的兴趣，这一点也不奇怪。从概念上讲，改变心脏线粒体融合/裂变动力学有两种方法：增强融合或抑制裂变。

首次尝试通过增强培养的H9c2心肌细胞中线粒体融合过度表达的Opa1来保护心肌细胞免受损伤，然后评估模拟缺血再灌注后的细胞凋亡[83]. 尽管线粒体形态计量学发生了变化，表明平衡朝着更多线粒体融合方向转变，但对缺血诱导的凋亡没有相关保护作用。

两个小组试图通过抑制线粒体分裂的相互作用来保护心脏免受缺血。Ong等人提供了迄今为止最有力的证据，支持线粒体分裂增加在心脏病中的致病或促成作用，他们使用小分子抑制剂mdivi-1（线粒体分裂抑制剂-1[84])，拯救小鼠心脏免受缺血性损伤[85]. 与车辆治疗对照组相比，缺血前的体内mdivi-1治疗增加了线粒体长度（即减少了分裂），并将心肌梗死面积减少了一半以上。直接在体内测量心肌细胞凋亡和程序性坏死不属于这些实验的一部分，大剂量全身静脉注射mdivi-1（1.2 mg/kg）除了抑制线粒体分裂外，可能还产生了一些效果。然而，这些结果强烈支持线粒体动力学和心脏损伤抵抗之间的联系。

另一份最近的报告描述了心脏microRNA（miR）（间接）诱导的线粒体裂变抑制的有益作用[86]. 在这里，研究人员正在研究过度表达肌肉特异性miR的转基因小鼠，miR-499，以前被认为主要用于调节心肌肥厚中的肌球蛋白亚型[87]. 他们发现miR-499的增加对正常心脏几乎没有影响，但对心肌细胞凋亡、心肌梗死和缺血后心室重塑有保护作用。他们已经观察到心肌细胞凋亡过程中Drp1去磷酸化和线粒体分裂，之前有报道称钙调神经磷酸酶调节的Drp1磷酸化可以调节线粒体分裂[88]. 因此，作者使用生物信息学来确定磷酸酶钙调神经磷酸酶A的亚型作为假定的miR-499靶点。他们得出结论，miR-499下调钙调神经磷酸酶，钙调神经磷酸降低去磷酸化的Drp1，从而防止线粒体分裂并保护心脏。这种相当复杂的因果链是microRNA的典型特征，microRNA对多个直接和间接靶点具有多重一级、二级和三级效应[89]. 然而，这种复杂性也提供了其他因素可能影响结果的可能性。事实上，另外两组在小鼠心脏中表达了miR-499，并发现它们非但没有得到保护，反而容易发生心力衰竭[90,91]. 此外，钙调神经磷酸酶A尚未被确认为心肌中miR-499的有效体外靶点，尽管尝试使用全基因组深重测序方法这样做[91]. 因此，目前尚不清楚miR-499、钙调神经磷酸酶A和磷酸化/去磷酸化Drp1对线粒体分裂和心肌细胞凋亡的可能集体影响。

总结

上述研究的累积结果证明，线粒体融合/分裂对正常线粒体内环境稳定至关重要，对正常心脏功能也必不可少。最近的报告明确指出线粒体融合缺失是哺乳动物线粒体融合蛋白突变或消融诱发心肌病的机制果蝇属MARF/dMfn。这些最初的发现仅仅代表了在更全面地理解线粒体融合和裂变蛋白在心脏生物能量学、钙信号传导、线粒体质量控制和生物发生相关功能中的作用方面迈出的第一步。该领域似乎处于有利地位，可以更好地了解这些特定领域，我相信信息和洞察力爆炸即将到来。

脚注

工具书类