Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression

Keywords: SCARB1; endothelial cells; fibroblasts; heart failure.

心力衰竭顯著縮短了健康預期壽命。盡管心臟中有多種細胞類型，但以往的研究主要關注心肌細胞（CMs），因為它們在心臟泵血功能中發揮關鍵作用。非心肌細胞（NCMs）的數量占心臟細胞的近70%，顯著影響心力衰竭的進展。在NCMs 中，內皮細胞（EC）群體最多。ECs在維持心臟穩態中起重要作用，其功能障礙會促進心力衰竭的進展。

此外，在心力衰竭進展中，細胞的病理變化發生在細胞水平上，并通過包括 ECs 在內的多個細胞之間的相互作用而發生。盡管之前的許多研究已經證明了通過 CMs 進行細胞間相互作用的重要性，但成纖維細胞（FB）-EC 的相互作用在心臟中也起著重要作用。然而，FB-EC 相互作用導致心力衰竭進展的詳細機制仍然知之甚少。

鑒于此，日本慶應義塾大學醫學院心內科、綜合運動醫學研究所及東京大學計算生物與醫學科學系團隊在一項研究中，通過心力衰竭進展對NCMs 進行了單細胞RNA測序（scRNA-seq）分析，以闡明細胞的病理變化，主要關注ECs和FBs及其病理細胞間相互作用，并基于細胞間相互作用分析，重點關注了 ECs中表達的Scarb1，提出Scarb1可以作為心力衰竭的新型治療靶點。研究成果發表于 JACC: Basic to Translational Science 期刊題為“Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression"。

首先，為了研究心力衰竭發展過程中NCMs的病理變化，創建小鼠主動脈弓縮窄（TAC）模型，從小鼠正常期（TAC 0周），適應性肥厚期（TAC 2周）和心力衰竭期（TAC 12周）的心臟中提取NCMs，并進行scRNA-seq分析。數據表明，TAC 誘導的壓力超負荷成功誘發了心力衰竭。

ECs的數量隨著心力衰竭的進展而增加，特別是在肥厚期，表明ECs對體內平衡的破壞在心力衰竭進展中起關鍵作用。將ECs重新聚類并將它們分類為11個亞群（圖1 A、B）。通過分析心力衰竭進展期間數量增加的簇，發現簇6 在適應性肥厚期間增加，而簇5 在心力衰竭階段增加。根據基因表達，簇6 被認為是一種毛細血管 EC（圖1 B），其中 Col1a1、Col3a1 和 Il1b 的表達增加（圖 1 C）。簇5 在心力衰竭階段數量增加，表現出動脈 EC 特征。在心力衰竭階段，應力纖維相關基因，如Acta2和Tagln，在動脈EC中上調（圖1 D）。Fgfr1 在器官纖維化中起重要作用，在其中也上調（圖1 D）。

同時，分析FB群體的病理變化。FBs被重新聚類為7個子簇（圖1 E）?。偽時間序列分析顯示，隨著心力衰竭的進展，FBs細胞分化軌跡分化為簇5、1方向和簇2、4方向（圖1 F）。關于細胞數量，簇1 在適應性肥厚期間增加，而簇4 在心力衰竭期間增加。FBs 中包括 Postn 在內的細胞外基質的產生隨著心力衰竭的進展而增加，是心力衰竭中 FB 病理性變化的關鍵特征。分析表明，簇1 和 4 是 Postn 陽性（圖1 G），表明這些亞群是病理性 FBs。此外，簇4 中的 FBs 表達應力纖維，例如 Acta2（圖1 H），這是肌成纖維細胞中的一個獨特基因。

圖1    scRNA-seq 揭示了心力衰竭發展過程中 ECs 和 FBs 中不同的亞群和基因表達譜。

接下來，使用配體-受體對進行細胞間相互作用分析，發現作為受體的ECs和作為配體的FBs之間的相互作用（FB-EC相互作用）zuiwei突出，FB-EC相互作用的總數隨著心力衰竭的進展而增加。在ECs的受體中，經常檢測到與清道夫受體（Scarb）家族相關的基因，包括 B 類清道夫受體1（Scarb1）和Scarb3。當計算Scarb家族中的相互作用總數時，發現FBs是配體的主要來源，與相互作用總數相似。通過SCARB1受體的相互作用是前 2 名相互作用，說明通過 SCARB1 的 FB-EC 相互作用可能對心力衰竭發展的病理變化產生影響。此外，還通過免疫熒光證實了Scarb1在心臟毛細血管ECs中的局灶性表達。

對小鼠心力衰竭模型的scRNA-seq分析得出了SCARB1受體介導的FB-EC相互作用可能是心力衰竭進展的關鍵因素的假設。為了檢驗Scarb1在小鼠心力衰竭模型中是否真的是一個關鍵病理基因，構建了EC特異性Scarb1敲除小鼠（Scarb1 CKO）（圖2 A）。在Scarb1 CKO和對照小鼠中給予他莫昔芬后進行TAC誘導心力衰竭（圖2 B）。超聲心動圖顯示，與對照TAC小鼠相比，Scarb1 KO顯著改善了左心室射血分數（LVEF）功能障礙（圖2 C、D），將LVEF恢復到TAC前水平，表明ECs中的Scarb1在TAC誘導的心力衰竭的進展中起關鍵作用。

此外，為了研究 Scarb1 CKO 是否減少心臟纖維化，對心臟組織進行了 azan 染色。結果顯示，Scarb1 CKO顯著抑制了血管周圍纖維化和間質纖維化（圖2 E、F）。qPCR顯示，Scarb1 CKO顯著降低了纖維化標志物Col1a1和Postn以及炎癥分子Il1b和Il6 表達（圖2 G、H）。TAC 誘導心力衰竭后血管密度降低，Scarb1 CKO 可進行緩解（圖2 I 、J）。這些數據表明，EC 選擇性敲除 Scarb1 可減輕心力衰竭進展。

進一步地，對TAC誘導的心力衰竭小鼠施用SCARB1特異性抑制劑BLT-1，觀察到在BLT-1給藥后挽救了TAC引起的心功能損害，血管周圍纖維化和間質纖維化也受到抑制，TAC增加的纖維化標志物Col1a1、Postn、Tgfb和Timp1也顯著降低，炎癥分子，如Il1b和Il6也下調。心臟重量-體重比增加，表明BLT-1可以阻止向失代償性心力衰竭的轉變。通過研究高密度脂蛋白（HDL）在觀察到的現象中的參與（SCARB1 是一種特定的 HDL 攝取受體），表明HDL攝取不受研究中使用的BLT-1劑量的影響，無論 BLT-1 給藥如何，心臟中都沒有發生 HDL 攝取。因此，BLT-1的心臟保護作用可能是通過SCARB1的直接信號傳導介導的，而不是HDL介導的作用。

圖2  EC 特異性 Scarb1 KO 改善壓力超負荷心臟的心力衰竭狀況。

重要的是，為了確認SCARB1介導的FB-EC相互作用導致ECs的病理變化，進行了FBs和ECs的混合共培養（圖3 A、B）。結果顯示，人微血管內皮細胞（HMVECs）和大鼠成纖維細胞的混合共培養導致HMVECs中病理性纖維化標志物（如ACTA2和S100A4）的表達增加，用BLT-1處理降低了其表達（圖3 C）。相比之下，在分離的共培養系統中，沒有觀察到這些基因表達變化，表明FB-EC直接串擾可能對ECs的病理變化至關重要。

進行 RNA-seq 分析 BLT-1 處理的 HMVECs 的表達變化，主成分分析和聚類顯示，對照組和BLT-1組存在不同的基因表達簇（圖3 D、E）。KEGG通路分析表明，與炎癥通路相關的基因（包括腫瘤壞死因子α信號）富集（圖3 F）。基因集富集分析顯示，BLT-1給藥后與上皮-間充質轉化相關的基因顯著減少（圖3 G）。同時，纖維化標志物（ACTA2、TAGLN和COL1A1），促炎分子（IL1B和VCAM1）和趨化因子（CCL2、CXCL1和CXCL12）的表達也降低，與 BMP 信號傳導相關的基因（ID1、ID2 和 ID3）（圖3 H）也減少了。

實驗假設血小板反應蛋白1（THBS1）是 SCARB1 的潛在配體，qPCR分析顯示，THBS1 處理增加了 IL1B 和 COL1A1 的表達，而 BLT-1 給藥抵消了這種效應。在使用 TAC 誘導的心力衰竭小鼠模型的 scRNA-seq 實驗中，這些基因被鑒定為病理 ECs 的重要因素（圖1 C）。這些發現強化了體內分析的結果，即心力衰竭進展過程中的病理變化是由 FB-EC 通過 SCARB1 相互作用引起的。

圖3     RNA-seq 和共培養實驗闡明了 ECs 中抑制 SCARB-1 的假定心臟保護機制。

上述結果提示通過 SCARB1 受體的 FB-EC 相互作用在心力衰竭進展中的重要性。然而，細胞間相互作用在實際心臟中的定位和變性內皮細胞中的下游機制尚未得到充分研究。最后，為了闡明心臟細胞（包括EC和FB）的空間排列，對假手術和TAC 12周的心臟上約300個基因進行了Xenium原位空間轉錄組學分析。結果顯示，FBs和ECs在假手術和TAC心臟中的空間上非常接近。TAC心臟顯示出Nppa和Postn等病理標志物的較高表達，主要位于內部區域（心內膜側）。該區域含有更高密度的病理性 ECs，其特征是炎癥和纖維化基因表達，通常靠近表達 Myc、Nppa 和 Nppb 的 CMs。盡管這些相互作用的確切方向仍不清楚，但這些發現表明，病理改變的 ECs 可能會影響相鄰的 CMs，從而加劇心力衰竭。

在 TAC 模型中，假設心肌內區域受到缺氧條件的影響，這可能有助于這種細胞分布。此外，表現出明顯纖維化的區域顯示EC密度的顯著降低。類似地，在TAC小鼠的心臟中，與對照小鼠相比，血管密度降低，并且觀察到Scarb1 CKO的改善。這些結果表明，微血管稀疏化可能會加重纖維化重塑，反之亦然?？傮w而言，研究結果支持 FB 衍生的配體激活相鄰的 ECs，導致炎癥和纖維化基因表達以及內皮功能障礙。特別是在缺氧的內部區域，這些病理變化在 ECs 和 CMs 中都會加劇，從而可能加劇心力衰竭。

圖5   圖形概要

總之，該研究利用scRNA-seq證明由SCR1受體介導的ECS與FBs間的相互作用是治療伴有心臟肥厚的進行性心衰的有效靶點。SCARB1特異性抑制劑BLT-1已被證明在此背景下具有心臟保護作用。BLT-1靶向內皮細胞中的SCARB1，顯示出作為高血壓性心力衰竭患者新型治療策略的前景。進一步研究BLT-1的作用機制、療效和安全性對于將該化合物發展為心力衰竭治療的實用藥物至關重要。

參考文獻：Katsuki T, Kusumoto D, Akiba Y, Kimura M, Komuro J, Nakamura T, Hashimoto H, Kouka T, Sugai K, Katsumata Y, Miyasaka M, Suzuki Y, Kuramoto J, Kubota Y, Fukuda K, Yuasa S, Ieda M. Inhibition of Scarb1 on Endothelial Cells Attenuates Pressure Overload-Induced Heart Failure Progression. JACC Basic Transl Sci. 2025 Oct;10(10):101308. doi: 10.1016/j.jacbts.2025.05.003. Epub 2025 Aug 6. PMID: 40772900.

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