《Science Translational Medicine》：Extracellular BRICK1 drives heart repair after myocardial infarction in mice
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本研究針對心肌梗死(MI)后血管生成機制不清的難題，揭示了微蛋白BRICK1(BRK1)作為髓系細胞死亡釋放的關鍵因子，通過RAP1/MAPK1/3信號通路驅動血管再生。研究發現重組BRK1治療可顯著改善小鼠心臟功能，為蛋白質療法治療心肌梗死提供了新策略。
當心臟的冠狀動脈突然阻塞，心肌梗死便發生了。這場"心臟地震"會導致大量心肌細胞死亡，而成年人的心肌細胞幾乎無法再生。于是，心臟只能通過形成疤痕組織來"修補"損傷區域。但這種修復方式是一把雙刃劍——雖然暫時穩定了心臟結構，卻可能導致心臟逐漸擴大、收縮無力，最終走向心力衰竭的深淵。
在這一修復過程中，血管生成（angiogenesis）扮演著關鍵角色。新血管的形成如同為受損區域搭建"補給線"，為組織提供氧氣和營養，從而減輕疤痕形成，保護心臟功能。然而，驅動這一過程的分子機制仍有許多未解之謎，特別是髓系細胞（包括單核細胞和巨噬細胞）與內皮細胞之間的"對話"如何指導血管生成，尚不完全清楚。
正是在這一背景下，Polten等人在《Science Translational Medicine》上發表了他們的最新發現。他們聚焦于一個僅有75個氨基酸的微蛋白BRICK1（簡稱BRK1），該蛋白原本是細胞內肌動蛋白調節復合物WAVE的組成部分，從未被發現具有細胞外功能。研究人員通過臨床前小鼠模型證明，BRK1在心肌梗死后被髓系細胞釋放到細胞外空間，成為驅動梗死區域血管生成不可或缺的因子。
為開展這項研究，團隊運用了多種關鍵技術：建立了小鼠心肌梗死再灌注模型模擬臨床情況；通過髓系細胞特異性基因敲除（Cre-loxP系統）和抗體中和實驗驗證BRK1功能；利用蛋白質組學分析BRK1釋放動力學；采用磷酸化蛋白質組學和轉錄組學解析下游信號通路；使用重組BRK1進行治療效果評估；并分析了人類心肌梗死患者組織樣本和血漿標本。
BRICK1在心肌梗死后易位到細胞外空間
研究人員發現，BRK1在假手術小鼠心肌中表達較弱，但在心肌梗死后第3天梗死區域表達達到峰值。通過免疫熒光顯微鏡和單細胞RNA測序確認，BRK1主要在髓系細胞（單核細胞、巨噬細胞和中性粒細胞）中表達。重要的是，靶向液相色譜-多反應監測質譜檢測顯示，心肌梗死后小鼠血漿BRK1濃度顯著升高，而WAVE2等其他WRC亞基并未增加。人類數據同樣支持這一發現：急性心肌梗死死亡患者的心臟組織中BRK1表達升高，且患者血漿BRK1濃度在急性期（7天）高于穩定期（6個月）。
垂死的單核細胞和巨噬細胞釋放BRICK1
研究揭示BRK1并非通過常規內質網-高爾基體途徑主動分泌，而是在髓系細胞死亡過程中被動釋放。用TNF（腫瘤壞死因子）和CHX（放線菌酮）誘導人單核細胞THP-1死亡時，BRK1隨著細胞從凋亡進展到繼發性壞死而逐漸積累在培養上清中。蛋白質組學分析顯示，BRK1的釋放早于大多數其他胞質蛋白。雖然部分BRK1存在于凋亡小體中，但大部分以游離形式存在。通過表達白喉毒素受體的轉基因小鼠模型證實，髓系細胞死亡確實觸發了體內BRK1的釋放。
髓系細胞表達的BRICK1促進心肌梗死后的血管生成并減輕重塑
髓系細胞特異性敲除Brk1（Brk1fl/flCre小鼠）導致心肌梗死后瘢痕增大、左心室擴張和收縮功能惡化。這種不良重塑與梗死區域微血管形成受損有關：敲除小鼠梗死邊緣區毛細血管密度降低、內皮細胞增殖減少、毛細血管灌注受損。而在基線條件下或梗死遠端區域，毛細血管密度并無差異，表明BRK1缺失特異性影響了缺血損傷后的血管生成。
細胞外BRICK1作為血管生成因子發揮作用
重組BRK1能以低半數有效濃度（4.6 ng ml-1）促進人冠狀動脈內皮細胞增殖，加速劃痕愈合，并刺激梗死組織外植體的內皮細胞出芽。研究人員還開發了BRK1中和抗體（nAb），發現其能抑制BRK1的促血管生成作用。在心肌梗死小鼠中，nAb治療重現了基因敲除表型：瘢痕增大、心功能惡化、血管生成受損，證明細胞外BRK1確實在心肌梗死修復中發揮關鍵作用。
BRICK1通過小GTP酶RAP1和絲裂原活化蛋白激酶1和3傳遞信號
磷酸化蛋白質組學分析顯示，BRK1和VEGFA（血管內皮生長因子A）具有重疊但不同的磷酸化特征。計算模型預測BRK1會激活多種蛋白激酶，特別是MAPK1/3。實驗證實BRK1通過小GTP酶RAP1激活MAP2K1/2（促分裂素原活化蛋白激酶激酶1和2）-MAPK1/3信號通路。siRNA（小干擾RNA）敲低RAP1A或RAP1B或使用MAP2K1/2抑制劑PD98059，均能阻斷BRK1的促血管生成效應。
BRICK1促進Rb高磷酸化和E2F轉錄因子激活
RNA測序顯示BRK1引起內皮細胞轉錄組顯著改變，且這些變化可被PD98059減弱。在36個差異磷酸化的轉錄調節因子中，視網膜母細胞瘤蛋白（Rb）因在多處位點發生高磷酸化而引起關注。BRK1促進Rb在T373、S807和S811位點的磷酸化，導致核內Rb減少和E2F靶基因表達增加。siRNA敲低Rb或E2F1均影響BRK1的促血管生成作用，證明Rb-E2F信號通路是BRK1發揮作用的關鍵環節。
用重組BRICK1治療可改善心肌梗死后的心臟功能
研究人員探索了重組BRK1的治療潛力。確定最佳給藥方案（再灌注時左心室腔注射10μg BRK1，隨后皮下輸注7天，10μg/天）后，發現治療可縮小瘢痕、改善心功能、增加梗死邊緣區毛細血管密度。值得注意的是，BRK1治療還減少了梗死面積，降低心肌細胞和內皮細胞凋亡，血漿心肌肌鈣蛋白T濃度也較低。體外實驗表明，BRK1通過激活Akt信號通路保護心肌細胞和內皮細胞免受模擬缺血再灌注誘導的凋亡。
這項研究首次揭示了細胞外BRK1作為連接髓系細胞死亡與缺血組織修復的橋梁，其通過RAP1-MAPK1/3-Rb-E2F信號軸促進血管生成，為蛋白質療法治療心肌梗死提供了新思路。雖然髓系細胞是BRK1的主要來源，但該蛋白可能作用于多種細胞類型，其確切受體仍有待發現。研究團隊在人類細胞中的驗證性實驗為后續臨床轉化奠定了基礎，預示著BRK1有望成為心梗后心衰防治的新靶點。
