房颤是最常见的心律不齐类型，是中风的危险因素，显著提高病人死亡率。心房组织纤维化是房颤的主要病理特征，严重阻碍房颤治疗，其分子机制尚不清楚，临床治疗方法短缺。降钙素（calcitonin CT）主要由甲状腺产生，参与骨质吸收和胶原转换。循环CT的水平随年龄增长而降低，这也是房颤的危险因素。以前的研究发现CT可以预防室性心律失常。CT是否参与房颤调控，甲状腺外CT分泌来源都尚无报道。近日，英国牛津大学Svetlana Reilly 和加拿大Montreal大学的Stanley Nattel 合作在Nature发表题为Paracrine signalling by cardiac calcitonin controls atrial fibrogenesis and arrhythmia 的文章。该研究发现心房心肌细胞产生大量降钙素，作为旁分泌信号，作用于邻近成纤维细胞，抑制细胞增殖和细胞外基质蛋白分泌。降钙素信号传导破坏会导致心房纤维化，增加房颤发生。
本研究主要解决了三个问题：1，心房心肌细胞能够产生CT；2，CT受体介导的心房成纤维细胞（atrial cardiofibroblasts ACFs）增殖和胶原蛋白加工过程的影响；3，CT信号是否调控心房纤维化以及房颤的敏感性。作者首先分离了人右心房组织中的心肌细胞、ACFs、心外膜脂肪组织，然后鉴定个部分CT表达情况。分析发现，心肌细胞能够分泌CT，并且钙离子能够显著促进其分泌。CT通过CT受体CTR发挥作用。分析鉴定CTR表达定位发现，CTR在心房中主要表达在ACFs细胞中。利用抑制剂研究其功能特点发现，ACFs表达的CTR能够与Gαs耦连发挥作用。体外给予人ACFs细胞CT处理发现CT-CTR信号能够显著抑制细胞collagen 1的产生，并且抑制成纤维细胞增殖和迁移。进一步分析发现CT对胶原蛋白的抑制作用部分是抑制BMP1（参与胶原蛋白加工）介导的，干扰胶原蛋白加工和降解，而不是影响其合成。接下来作者想要探究CT能够抑制房颤病人的纤维化。分析发现阵发性房颤患者CTR水平没有明显变化，持续性房颤患者CTR蛋白水平稍有降低。而与具有正常心律的对照组相比，患有持续性房颤的患者的心肌降钙素水平降低了六倍。用CT处理持续性房颤患者的ACF，并不能产生抑制细胞增殖和胶原蛋白产生。因为CTR的稍微降低并不能揭示持续性房颤患者ACF对于CT无反应性现象。于是作者分离了人ACF细胞，进行单细胞转录组分析，来寻找患者的ACF细胞内源性失调的原因。分析转录组数据发现ACF中与房颤相关的23个基因表达存在差异，这些基因都与ACF的基本功能，包括细胞迁移、纤维生成以及免疫应答相关。接下来作者分析ACF细胞中CT-CTR信号级联反应相关成分的含量，发现这些成分在转录组水平上没有明显变化，但是CT-CTR信号下游媒介cAMP表达上升。分析CTR定位作者发现在持续性房颤患者ACF细胞中CTR从细胞表达转定位在细胞内，这也是造成细胞对CT无反应的原因。接下来作者利用CTR敲除的小鼠来评估CTR对房颤的影响。观察表明CTR敲除小鼠表现出显著的心房纤维化。与对照组小鼠相比，CTR敲除小鼠的房颤发作持续时间更长，诱发房颤的可能性更大。但是在心房有效不应期，心功能方面二者无明显差异。作者又利用心房特异性敲除LKB1（liver kinase B1）（利用AAV9载体表达cre）构建自发性房颤小鼠模型。同时利用shRNA敲低CT发现，CT敲低导致新房纤维化程度提高2.5倍，8周开始出现自发性房颤，比对照组早两周。而心房中CT过表达小鼠则未表现出自发性房颤或心房纤维化增加。这些发现表明CT-CTR信号在房颤发生和心房纤维化重塑过程中非常重要。此项研究阐述了以前未有报道的人心房中CT-CTR旁分泌系统。心房心肌细胞分泌CT，作用于心房成纤维细胞，抑制成纤维细胞增殖和胶原蛋白加工，CT-CTR信号发挥受阻导致心房纤维化，促进心律失常。因此恢复CT-CTR信号传导为房颤患者治疗提供了潜在的途径。
原文链接：
https://doi.org/10.1038/s41586-020-2890-8
