心力衰竭是由多种病因引起的心脏结构和/或功能异常，造成心内压升高或心输出量不足，可导致严重的心血管事件，预后不良。随着老龄化社会的发展，心力衰竭已成为65岁以上患者住院治疗的主要原因之一，从而引发了严重的公共卫生和社会经济问题。
DDX17具有调节RNA代谢的能力，也可作为一种转录辅因子参与调节转录因子的活性及其下游基因表达的转录调控。DDX17在心肌细胞中大量表达，目前DDX17在心力衰竭发生中的作用仍不清楚。
2024年5月24日，北京医院老年医学研究所(国家卫健委老年医学重点实验室)黎健/沈涛团队联合北京大学汤富酬团队在Signal Transduction and Targeted Therapy杂志发表题为“DEAD-box helicase 17 (DDX17) protects cardiac function by promoting mitochondrial homeostasis in heart failure”的研究论文，该研究通过心力衰竭患者的病理样本、DDX17心肌细胞特异性敲除和过表达小鼠模型、原代心肌细胞损伤模型等，发现DDX17是维持线粒体稳态和心脏功能的关键调节因子之一，还可以作为线粒体失调诱导的心血管疾病(包括心肌缺血再灌注损伤、心肌梗死和心力衰竭)的潜在治疗靶点。
该研究发现，在主动脉弓缩窄(TAC)建立的慢性心力衰竭小鼠模型和阿霉素(Dox)建立的急性心力衰竭小鼠模型中，心肌组织的DDX17蛋白表达均明显减少，同时伴随自噬流阻滞和细胞凋亡增高。同时，分别利用无血清培养、缺氧16小时、2 μg/mL TNFα、100 μM H2O2、0.5 μM阿霉素等处理原代小鼠心肌细胞，都可以导致DDX17表达降低。
为了进一步研究DDX17在心肌细胞中的功能，研究人员建立了心肌细胞特异性Ddx17基因敲除小鼠(Ddx17-cKO)。在基础条件下，心肌细胞特异性敲除Ddx17不会导致小鼠死亡，但与对照组相比，小鼠的左心室射血分数(EF%)和左室短轴缩短率(FS%)均出现轻度降低，心脏组织纤维化面积增加。在阿霉素(Dox)诱导的急性小鼠心力衰竭时，心肌细胞特异性敲除Ddx17基因明显增加了小鼠的死亡率，血液心肌酶、心脏功能、心脏纤维化水平和细胞凋亡率也明显高于Dox处理的对照组小鼠。因此，DDX17在维持正常心脏结构和功能方面起着重要作用，其心肌细胞特异性敲除可导致心脏结构和功能异常，并加重病理状况下的心力衰竭。
为了进一步分析DDX17在体内的功能，研究人员通过在α-MHC启动子驱动下建立Ddx17心肌特异性过表达小鼠(Ddx17-Tg)。与对照组相比，Ddx17过表达小鼠在阿霉素处理后，存活率和体重都有所增加，并且可以明显减轻阿霉素诱导的心肌结构异常和心功能障碍，从而抑制心力衰竭的发生。
透射电镜结果显示，Ddx17-cKO小鼠心肌组织结构明显异常，主要表现为心肌组织结构紊乱、纤维化明显加重、心肌线粒体变小并且排列紊乱、线粒体嵴结构松散。进一步的线粒体功能研究发现，在心肌细胞受到损伤时，Ddx17-cKO可以加重线粒体膜通透性和mPTP开放增加，线粒体ATP生成减少。而心肌细胞Ddx17过表达则可以抑制Dox诱导的基础呼吸、最大呼吸、ATP生成和呼吸储备的下降，并改善了心肌细胞的氧化磷酸化功能。这些数据表明，DDX17在维持线粒体稳态和功能方面发挥着重要作用，并参与维持心肌细胞的正常功能。
既往研究发现，DDX17具有转录调节功能，参与调节多种转录因子的活性。为了探索DDX17抑制线粒体分裂和促进线粒体融合的分子机制，研究人员通过核小体占位和甲基化组测序(Nucleosome occupancy and methylome sequencing, NOMe-seq)绘制了Ddx17-Tg小鼠和对照组心肌细胞的多组学图谱。在Ddx17-Tg小鼠中发现了175个启动子高甲基化基因和114个启动子低甲基化基因。Ddx17-Tg小鼠的高甲基化基因主要与横纹肌组织发育、DNA代谢过程调控和细胞对氧化应激的反应等相关；而低甲基化基因主要涉及趋化因子和免疫反应。随后，在Ddx17-Tg小鼠与对照组中鉴定了近端核小体缺失区域(NDR)，并在这些NDR中寻找转录因子(TF)的结合基序。有趣的是，只有Ddx17-Tg小鼠的NDR富含STAT3、ELF4和BCL6的结合基序。通过进一步蛋白质免疫共沉淀、染色质免疫共沉淀等研究，发现转录抑制因子BCL6可以与线粒体分裂蛋白基因Drp1启动子区域结合，并以剂量依赖性方式抑制其转录，而DDX17可作为转录核心调节因子，促进BCL6对心肌细胞中Drp1的转录抑制活性。Ddx17的敲除可能通过增加DRP1的表达、诱导线粒体分裂与融合失衡和细胞凋亡，导致线粒体稳态失衡和心肌细胞功能障碍的发生。
为了验证DDX17水平与心力衰竭的相关性及其临床诊断价值，研究人员收集了15名不同阶段男性心力衰竭患者的左心室心肌活检样本，通过多变量方差分析校正，在这一小样本量的心肌活检样本中，心力衰竭患者的左心室EF%与心肌组织中DDX17的mRNA水平呈显著正相关，而与DRP1的mRNA水平呈负相关。研究人员还发现，在病人心力衰竭样本中，DDX17的mRNA水平与DRP1的mRNA水平呈负相关。因此，DDX17在心肌活检样本中的表达可能对诊断和评估心衰阶段具有重要的临床应用价值。
该研究项目由北京医院老年医学研究所与北京大学生物医学前沿创新中心(BIOPIC)共同完成。北京大学医学部博士研究生闫明静、王确、曹原、北京大学生物医学前沿创新中心高俊鹏、北京医院心血管内科蓝明副主任医师作为共同第一作者，北京医院老年医学研究所黎健教授、沈涛研究员、北京大学汤富酬教授为共同通讯作者。该研究获得科技部重点研发项目、国家自然科学基金项目、中国医学科学院(CAMS)医学科学创新基金等基金资助。
原文链接：
https://www.nature.com/articles/s41392-024-01831-2