傷心的印記!V 型膠原蛋白如何控制心臟疤痕?

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正常的心肌組織是平滑、紅潤且富有彈性的,當心臟疾病發生時,纖維母細胞(fibroblasts)會分泌許多種類的膠原蛋白(collagen),之後會形成疤痕。受過傷的心臟組織會妨礙心室的正常收縮,導致心壁變型、失去彈性,嚴重的話,會造成心功能惡化、心力衰竭和心源性猝死。

近日,加州大學洛杉磯分校(UCLA)的 Arjun Deb 博士的研究團隊,發現 V 型膠原蛋白(type V collagen)在控制心臟疤痕大小具有關鍵的作用,相關研究刊登於《Cell》。

由於疤痕組織和膠原蛋白有著緊密的關聯,該研究團隊開始探討心臟組織中的各類膠原蛋白,並在分析時發現, V 型膠原蛋白在未受傷的組織中含量極少,但在疤痕組織中卻占了不小的比例。他們以疤痕的大小當作觀察指標發現, V 型膠原蛋白的消耗確實誘導心肌梗塞後疤痕大小的異常增加,並使心臟功能惡化。此外,他們還發現 V 型膠原蛋白改變了疤痕組織的特性,而基質和細胞之間相互的反饋會造成整合素(integrins) 的敏感度增加,進而驅動纖維母細胞活化並增加疤痕大小。

接著為了確認這種膠原蛋白的作用,他們藉由基因改造技術,使小鼠心臟組織在受損的時候無法製造 V 型膠原蛋白。但結果卻與預期的不同,由於膠原蛋白是組成疤痕的主要成分之一,依照這個邏輯,在沒有 V 型膠原蛋白時疤痕組織應該要縮小,而實驗結果卻截然相反,疤痕的大小實際上增加了50%。

對此,他們也進一步研究發現, V 型膠原蛋白有著控制疤痕組織硬度的作用。當沒有它時,組織便不會變硬,容易隨著血液的力量膨脹,就好像氣球一樣。不只如此,當疤痕組織膨脹時,分泌蛋白質的纖維母細胞會透過 integrins 感知組織的擴張,並向外發送訊號,分泌更多的蛋白質試圖阻止這類的情形發生,陷入了一個惡性循環。接著,他們使用 integrins 抑制劑 cilengitide 能終止上述的循環,並有效的減少患有 V 型膠原蛋白缺乏症的小鼠的心臟疤痕大小。

這項研究解釋了為何某些心臟疾病患者的疤痕大過於其他患者。未來可望透過精準醫療,從中找出較難產生 V 型膠原蛋白的患者,若 cilengitide 經過人體臨床試試驗及 FDA 認證,可望改善心臟疤痕患者。

延伸閱讀:幹細胞重建「心」世界 ── 專訪日本 CiRA 研究所山下潤教授 談心臟疾病的再生醫學

編譯:Peter/Parker

參考資料:
1. Cell, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.06.030
2. https://www.genengnews.com/news/type-5-collagen-may-determine-amount-of-scarring-after-heart-attack/

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