科研进展
图·基因编辑食蟹猴模型成功复现了LMD的心脏结构、功能、病理、电生理、转录表型 在国家自然科学基金(批准号:82125004,U2102204)等资助下,昆明理工大学灵长类转化医学研究院季维智院士,牛昱宇教授和中国医学科学院阜外医院宋江平教授在合作在JACC: Basic to Translation science(《美国心脏病学会杂志:基础与转化科学》)在线发表题为Primate model carrying LMNA mutation develops dilated cardiomyopathy研究成果。研究团队利用腺嘌呤碱基编辑器(ABE)构建了LMNA基因突变的食蟹猴模型,这是世界首个基因编辑灵长类动物心血管病模型。该动物模型在疾病表型、疾病进展、组织病理、电生理和转录特征方面与LMNA突变的扩张型心肌病(DCM)患者相吻合。这一开创性的DCM灵长类动物模型为进行临床前实验提供了新的研究平台,获得学界广泛认可。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jacbts.2023.11.002。专题评论链接:https://www.jacc.org/doi/10.1016/j.jacbts.2024.01.004。 DCM是一种典型的以左心室增大和心功能降低为特征的心肌病,是世界范围内心力衰竭和心源性猝死的重要原因。DCM的病因具有异质性,约40%的患者具有遗传背景,其中编码核纤层基因LMNA突变相关的DCM(LMD)占遗传性病例的10%,该突变型也是扩张型心肌病中恶性心律失常事件最频发、进展最快、预后最差的疾病亚型。LMD的靶向治疗药物的开发目前处于瓶颈,原因之一在于传统啮齿类基因编辑模型与临床患者之间仍存在表型差异,相关研究发现难以应用于临床。考虑到灵长类动物与人的相似性,构建LMD灵长类动物模型具有潜在的高转化价值。 研究团队通过心脏移植临床队列提取了LMD的临床和组织病理特征作为基线参考。利用单碱基编辑技术(ABE)构建携带LMNA(c.357-2 A>G)突变的食蟹猴动物模型,通过4年连续观察,将其心脏结构、功能、电生理及病理表型与临床LMD病例进行比对,分析发现LMD猴模型与患者表型高度吻合。转录组测序发现在LMD进展过程中,伴随离子通道紊乱和心脏结构重塑,上述基因转录特征参与了心律失常和结构扩张的病理生理改变(图)。      研究团队利用ABE构建的LMD灵长类动物模型为研究潜在治疗干预措施的有效性和安全性提供了一个全新的工具。该灵长类动物模型能够为LMD的精准干预和遗传性疾病的基因治疗提供从基础研究到临床应用的桥梁。
高度模拟临床疾病病理表型的动物模型是开展高水平研究的关键。巨细胞心肌炎(GCM)是一种罕见的心肌炎症性疾病,其发病机制目前尚不明确,但免疫机制在其中发挥着重要作用。GCM常急性起病,临床过程进展迅速,病情重,多在数日至数月内导致死亡。尽管临床上免疫抑制剂的使用显著改善了患者预后,但是该疾病整体预后较差。GCM确诊需要心肌的组织病理学证据,其中多核巨细胞是鉴别GCM与其他类型心肌炎的最显著特征性。然而,由于缺乏可模拟其病理特征的动物模型,导致相关机制研究一度停滞。国家心血管病中心 中国医学科学院阜外医院动物实验中心(以下简称“动物实验中心”),即心血管植入材料临床前研究评价北京市重点实验室在宋江平主任、王欣主任和岳广新护士长的领导下,团队同事齐心协力,经过艰难摸索,逐步构建从小鼠到大鼠的自身免疫心肌炎实验动物模型,为临床自身免疫心肌炎,包括GCM的疾病机制解析提供良好的疾病模型。2017年率先模拟人心肌炎构建MyHC-α蛋白免疫心肌炎模型,发现其能模拟“Th2免疫反应”激活和复制人心肌炎表型,为心肌炎研究提供理想工具(Int J Cardiol 2017);2018年通过动物模型与临床样本确定了心肌炎向扩张性心肌病进展阶段的关键靶点Bcl2L12,为炎性心肌病的治疗奠定基础(Circulation. 2018);2020年构建不同阶段心肌炎模型全面模拟心肌炎发生自然病程,采用单细胞测序技术全面描绘心肌炎免疫网络,并发现小分子PX-478可以抑制不同阶段心肌炎的炎症反应,为临床治疗心肌炎提供潜在依据(Circulation. 2020);此外,基于动物模型开展相关基础研究,分别在病因学(Theranostics. 2020)、营养(Cardio Res. 2018)以及表观遗传(J Mol Cell Cardiol. 2018)等方面揭示心肌炎发生机制。以上研究系统地探究了临床心肌炎的分子免疫机制,为临床诊疗奠定了重要的理论依据。但是对于GCM免疫发病机理缺乏认识、对于巨细胞团块的构建缺乏认识,同时对为什么GCM移植后复发缺乏深入了解。近期该团队在著名综合性杂志Cell子刊iScience(中科院Q1区)在线发表了题为“Inhibition of NETosis via PAD4 alleviated inflammation in giant cell myocarditis”( DOI:https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.107162)的研究论文。研究团队利用单细胞测序及质谱流式成像首次发现PAD4介导的NETosis在GCM发病中具有重要的调节作用,是GCM发病与治疗过程中最需要关注的现象,同时也解释了为什么GCM移植后疾病复发的科学问题。该研究进一步利用质谱流式成像技术结合临床样本进一步揭示了巨细胞团块的构成,发现中性粒细胞参与巨细胞团块构成,更新了既往关于巨细胞团块构成的认知,为临床降低GCM患者死亡率和移植后复发率提供了理论依据。作为我国心血管临床前研究评价的重要基地,动物实验中心研究团队在解决心肌炎这一难题方面提供了良好的动物模型及研究思路。动物实验中心以大动物实验为特色,集医疗器械研发评价、心血管疾病基础研究、临床医生继续教育培训以及医疗高新技术临床推广为一体,是面向国内外开放的动物实验机构。历经多年创新发展,动物实验中心始终坚持注重科学研究,推动科研与临床相融合,以临床应用为导向,强化科研成果转化,为我国多种新型器械如人工心脏、血管、瓣膜临床前评价、研发、上市提供强大支持,并与国际著名医疗器械研发团队、大型科技企业均有紧密合作,承担大量国家和地方的重大科技项目,积累了大批科技成果和科技创新资源。动物实验中心致力于打通临床应用“最后一公里”,服务院内及院外科学家及企业,提供优质的临床前研究平台,推动临床应用与科研良性互动,促进医疗技术的发展与进步。节日祝福端午节,又称端阳节、龙舟节,是集拜神祭祖、祈福辟邪、欢庆娱乐和饮食为一体的民俗大节。端午节源于自然天象崇拜,由上古时代祭龙演变而来。端午是“飞龙在天”吉祥日,龙及龙舟文化始终贯穿在端午节的传承历史中。动物实验中心全体员工祝广大同仁:浓情端午年年岁岁皆如愿人间芳华岁岁年年长安康!
 优质高水平的研究来源于稳定的动物模型能模拟疾病发生发展。心脏术后肾损伤是临床影响患者术后ICU停留时间,增加住院花费,增加围手术期死亡率重要因素。由于缺乏稳定的动物模型,研究一度停滞。动物实验中心/心血管植入材料北京市重点实验室在宋江平主任、王欣主任和岳广新护士长的领导下,在团队同事努力下,经过艰难摸索,逐步构建从小鼠到猪的稳定AKI实验动物模型,为临床AKI的疾病机制解析,生物标记物发现提供高效准确的疾病模型。2016年构建失血性急性肾损伤小鼠模型探究肾 前性低灌注对肾功能的影响,发现失血序贯双侧肾蒂夹闭后肾损伤更严重,成模率高且稳定(Am J Physiol Renal Physiol. 2016);2017年构建双肾静脉夹闭模型,肾静脉夹闭相对肾动脉夹闭和肾蒂夹闭可显著升高近端小管压力,产生严重的近端小管损伤,提示心脏术后右心衰管理对AKI发生具有重要预防意义(Am J Physiol Renal Physiol. 2017);2022年成功构建猪AKI模型及心脏外科术后AKI队列,发现优于肌酐可预测CSA-AKI发生的代谢标志物,发表在美国心脏病学会会刊(J Am Heart Assoc. 2021)。以上研究开拓心脏外科术后肾损伤临床与基础研究新局面,但是在早期AKI是什么细胞先损伤,分泌什么物质没有很好的回答。近日该团队在著名杂志Cell子刊iScience(中科院Q1区)在线发表了题为“Dynamic cellular changes in acute kidney injury caused by different ischemia time”(DOI: https://doi.org/10.1016/j.isci.2023.106646)的研究论文。 利用单细胞测序及高精度质谱发现肾脏近端小管Slc5a2阳性的细胞亚群是导致AKI早期最敏感细胞,是AKI临床上最需保护和关注的细胞亚群。该研究进一步利用高精度质谱技术发现该细胞亚群损伤导致中性氨基酸特别是异亮氨酸回收障碍,揭示血清异亮氨酸水平降低可能是预测或诊断CSA-AKI发生的潜在生物标志物(工作特征曲线下面积(AUC-ROC)值为0.954,95%置信区间为0.892-1.000)。 以上一系列工作为解决心脏外科术后肾损伤这一个棘手难题提供良好的动物模型及研究思路。阜外医院动物实验中心作为我国心血管临床前研究评价的重要基地,以大动物实验为特色,集医疗器械研发评价、心血管疾病基础研究、临床医生继续教育培训、医疗高新技术临床推广为一体,是面向国内外开放的动物实验机构。历经多年创新发展,中心始终坚持注重科学研究,推动科研临床相融合,以临床应用为导向,强化科研成果转化,为我国多种新型器械如人工心脏、血管、瓣膜临床前评价、研发、上市提供强大支持,与国际著名医疗器械研发团队、大型科技企业均有紧密合作,承担大量国家和地方的重大科技项目,积累了大批科技成果和科技创新资源,致力于打通临床应用“最后一公里”,服务院内及院外科学家及企业。END
心衰未来治疗的主战场心力衰竭是心血管最后的战场,是需要最后攻克的堡垒,长期的实践证明,药物治疗作用有限,新的器械开发如人工心脏等代表心衰未来方向,是目前学术界与产业界的热点话题;然而未来有前途的研发方向是什么,目前的研发产品进入什么阶段,他们在临床前及临床的表现如何,长期来看他们对心衰治疗的贡献如何,面对如此纷杂的研发路线,如何梳理?一直缺乏权威视点。近日,心血管植入材料临床前研究评价北京市重点实验室主任,国家杰青宋江平教授受邀在国际著名心衰综述类杂志Heart Failure Reviews上发表述评,详细介绍心衰治疗的新型器械代表性产品,根据不同心衰类型及其原理进行细致总结,对其治疗性器械的最新动物实验与临床实验进展进行严谨客观的评价,对心衰治疗器械研发的发展前景进行展望的同时,浅析了相关注意事项。宋江平教授及团队认为急性心衰的植入器械可分为跨瓣泵、主动脉内泵、腔静脉封堵装置等。根据其作用机制上,前三类设备均属于介入植入的短期循环设备,旨在辅助心脏泵血或降低心脏负荷以治疗急性心衰;除了短期植入提高心功能外,同样需要研究其长期辅助心脏跳动的可能性。图1急性心衰辅助器械代表对于心衰中最难治疗的保留射血分数的类型,宋江平教授及团队认为,目前临床如何区分和识别保留射血分数心衰,也是治疗的关键,目前出现多种治疗产品,在临床实验中均不满意,主要还是因为病人细分类的问题。代表性产品如心房分流器旨在通过人工构建心房水平的左向右分流降低左房压,从而改善患者症状;内脏神经消融设备通过微创消融右侧的内脏大神经,使部分循环血流重新回归内脏血管,从而降低心脏负荷,以Axon消融系统为代表性设备,均仍需继续努力改进,但是这个领域将是未来竞争的焦点。图2:舒张期心衰辅助器械代表最为成熟的是射血分数降低的心衰,以左室辅助装置(LVAD)是HFrEF治疗的代表性器械,其显著改善了终末期心衰患者的生存率。然而经皮导线的存在大幅增加了感染相关并发症的发生,降低患者的生存质量,并影响患者日常活动能力。近年来,包括经皮能量传导系统(TETs)、共面能量传导系统(CETs)以及FREE-D能量传导系统在内的无线充电技术迅速发展,为LVAD的全植入提供了可能;HFrEF的电治疗领域同样有诸多新型器械涌现,WiSE-CRT系统通过超声能量传输的方式,达到了左室无导线起搏的心脏再同步化治疗。Optimizer System是另一类电治疗设备,不同于CRT的起搏信号,其通过给予心脏电刺激提升心肌收缩力,从而改善左室功能与患者预后;此外,射血分数减少型心衰患者往往伴随着各种心脏结构改变,一系列左室恢复器械即期望通过矫正心脏的异常结构从而治疗心衰,包括Revivent TC、AccuCinch系统、Carillon系统等,它们分别通过排除无功能的瘢痕心肌、减少左室容量及修复二尖瓣返流从而恢复左室功能。图3:射血分数降低的器械代表动物实验中心介绍国家心血管病中心 中国医学科学院阜外医院动物实验中心,即心血管在体实验及评价中心、心血管植入材料临床前研究评价北京市重点实验室,是聚焦心血管植入材料,器械评价的综合中心,为我国多种新型器械如人工心脏、血管、瓣膜临床前评价、研发、上市提供强大的支持。与国际国内著名医疗器械研发团队、大型科技企业均有紧密合作,力求打通科研与产业最后1公里,服务院内及院外科学家及企业。
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2023-09-20