京都大学候选新药可缩小心梗面积,有望成为抑制再灌注损伤的新疗法

京都大学医学研究科木村刚教授、尾野亘副教授、井手裕也特聘助教及生命科学研究科的垣塚彰教授等组成的研究团队,将该校开发的候选药物KUS121(Kyoto University Substance 121)投与心梗模式小鼠后,确认心功能得到改善、梗死面积减小。还发现,心脏组织中的三磷酸腺苷(ATP)恢复加速,内质网应激(ER Stress)也减弱。此外,研究团队还用更接近人类的心梗模式猪,向其冠状动脉内注射KUS121后确认梗死面积发生剂量依赖性减小(图1)。

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图1:向猪心梗模型的冠状动脉内注射KUS121,确认梗死面积减小

急性心梗目前只有导管治疗法(经皮冠状动脉介入治疗,PCI),而且无法完全消除梗死。另外,也没有能有效治疗急性心梗的药物。

VCP(Valosin-Containing Protein,含缬酪肽蛋白)是一类负责处理细胞内异常蛋白等的蛋白酶,具备ATPase(ATP水解酶)活性。京都大学开发的KUS121药理即是只降低VCP的ATPase活性。

相关研究成果已于2019年10月29日发布在国际学术期刊《JACC: Basic to Translational Science》的网络版上。

1.背景

目前,减小急性心梗的梗死面积、改善预后的治疗方法只有采用经皮冠状动脉介入法(PCI)的早期再灌注治疗,而且无法完全消除梗死。能减小梗死面积的新疗法备受期待,但始终未能出现。

KUS121选择性地降低VCP的ATPase活性(图2)。此前有报告显示,KUS121可通过维持细胞内的ATP水平和减轻内质网应激抑制细胞死亡。另有报告称KUS121对活体也具有保护作用。此次以临床应用为最终目标,探讨KUS121对缺血性心脏病是否也有效。

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图2:KUS121的作用机制

2.研究方法与成果

该研究团队此次通过细胞实验调查了KUS121的心肌细胞保护效果。对大鼠心肌成肌细胞H9C2实施无葡萄糖培养,添加衣霉素及H2O2可诱导细胞死亡。依此模型,研究团队确认KUS121可剂量依赖性抑制细胞死亡。这种抑制效果是通过维持细胞内的ATP水平和减轻ER应激来实现的。另外,利用XF96细胞外流量分析仪对线粒体功能进行评估发现,衣霉素造成的线粒体功能下降通过施加KUS121得到了抑制。以上结果表明,KUS121可能通过维持ATP水平、减轻ER应激和保持线粒体功能来抑制H9C2的细胞死亡。

接下来,为验证KUS121对活体的保护效果,研究团队对心梗(缺血再灌注)模式小鼠进行了投与实验。再灌注施药7天后的组织学评价显示,与非施药对照组相比,施药组的梗死面积明显减少。另外,在利用心脏超声波进行评估时,再灌注后施药组与非施药组相比,心功能明显获得维持。

除此之外,研究团队还验证了KUS121在活体内是否也能通过维持细胞内的ATP水平和减轻ER应激达到保护效果。为评估ER应激,测量了再灌注1小时后心脏组织中的CHOP表达量。施用KUS121组的CHOP表达量明显减少。

为评价缺血再灌注模型的ATP经时变化,研究团队利用ATP可视化小鼠——GO-ATeam2小鼠,实施了KUS121投与实验。缺血造成ATP降低的对照组,在再灌注后依然很低。但施药组在再灌注后,ATP得到迅速恢复(图3)。

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图3:KUS121在缺血再灌注模型中维持了ATP

最后,研究团队以临床应用为目标,又在心梗(缺血再灌注)模式猪身上验证了KUS121的保护效果。再灌注后立即向冠状动脉内注射KUS121,在第7天评估梗死面积。通过TTC-伊文思蓝双染法确认, KUS121的投与剂量与梗死减小面积成正相关。

另外,利用延迟造影心脏MRI对梗死面积评估也获得了相同的结果(图4)。综上所述,KUS121有望开发成新的急性心梗疗法。

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图4:利用MRI评估梗死灶(照片为模式猪)

3.影响效果及未来展望

研究表明,发生心梗后的梗死面积与预后息息相关。如果能减小发生心梗后的梗死面积,不仅可以大幅改善患者的生活质量(QOL),还有望降低总死亡率及减少心力衰竭的住院率。研究团队计划下步开发新的急性心梗治疗药并推向临床。

<论文信息>
题目:Cardio-protective effects of VCP modulator KUS121 in murine and porcine models of myocardial infarction.
发表期刊:《JACC: Basic to Translational Science》

JST编辑部翻译整理

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