心臟瓣膜是控制血液流動的門戶，會不斷受到血液的衝擊，其中主動脈瓣膜（aortic valve）是左心室到主動脈的關卡，也是最常病變的瓣膜[1]。當瓣膜受損時，瓣膜中含量最高的瓣膜間質細胞（valve interstitial cells，VIC）會改變特性，若其修復機制不健全，便會往纖維鈣化的途徑發展，進而導致瓣膜功能異常[2]。俄亥俄州立大學韋克斯納醫學中心（Ohio State University Wexner Medical Center）的馬博士（Jianjie Ma）團隊曾於 2009 年發表研究，他們發現了 MG53（mitsugumin 53）這個由肌肉細胞所表現的蛋白質，它能促進肌纖維膜（sarcolema，即肌肉細胞之細胞膜）的修復[3]，因此進一步於這項研究中探討 MG53 在主動脈 VIC 細胞膜受損時的角色。
首先，馬博士團隊確認了 MG53 蛋白質會在豬和人的心肌細胞、VIC 中表現。為了了解 MG53 對動脈瓣膜的影響，他們評估了 wild-type（WT）和 Mg53-/- 基因剔除小鼠的動脈瓣膜功能，發現 Mg53-/- 小鼠在 24 個月大時，通過瓣膜的血液流速較 WT 增加，也有較多亂流（圖一 AB）；同時，他們也在組織染色中發現 Mg53-/- 小鼠的動脈瓣膜增厚，且有纖維化和鈣化的現象（圖一 CDE）。
圖一：Mg53-/- 小鼠的動脈瓣膜病變。A，以心臟超音波測量經動脈瓣膜的最大血液流速。B，彩色都卜勒影像與脈波訊號。C，染色瓣膜組織以觀察厚度。D，以染劑偵測瓣膜的纖維化；藍色為膠原纖維（collagen），紅色為肌肉。E，以染劑偵測瓣膜的鈣化現象。
圖片來源：https://doi.org/10.1161/JAHA.118.009960
該團隊進一步在細胞層次觀察細胞受傷時的反應。即時細胞影像顯示，在豬的 VIC 中，MG53 會聚集到膜的受損處（圖二 A），添加在培養液中的人類 MG53 重組蛋白（rhMG53）也可以降低細胞膜受損時所釋出的乳酸脫氫酶（lactate dehydrogenase，LDH），如圖二 B。在對 24 個月大的 WT 和 Mg53-/- 小鼠注射染劑後，發現 Mg53-/-小鼠的瓣膜內有較多的染劑，顯示其細胞膜受損的程度較高，染劑因此滲進細胞內（圖二 C）。此外，他們對 Mg53-/- 小鼠注射螢光標定的 rhMG53，發現它會出現在動脈瓣膜（圖二D），心肌細胞則無，顯示 MG53 具有治療瓣膜受損的潛力。
圖二：MG53 能夠保護 VIC 的細胞膜。A，豬 VIC 所表現的 MG53 可聚集在細胞膜受損處。B，rhMG53 可降低 VIC 受損後釋出的 LDH。C，滲透進小鼠動脈瓣膜的 Evans Blue 染劑。D，注射至小鼠體內的 rhMG53 主要出現在動脈瓣膜。
圖片來源：https://doi.org/10.1161/JAHA.118.009960
最後，這篇研究也探討了 MG53 所參與的分子機制。他們在 VIC 的培養液中以 TGF-β誘導纖維化的訊息傳遞途徑，引發 Smad2 磷酸化，但若先投予 rhMG53，rhMG53 便會進入細胞（圖三 A），降低 Smad2 磷酸化的現象，並使纖網蛋白（fibronectin，又譯纖連蛋白）的表現下降（圖三 BC）。
圖三：rhMG53 可抑制 TGF-β 在 VIC 中引發的纖維鈣化訊息路徑。A，螢光標定的 rhMG53 可進入豬的 VIC 中。B，hMG53 可降低 TGF-β 所引發的 Smad2 磷酸化。C，hMG53 可降低 TGF-β 所促進的纖網蛋白表現。
圖片來源：https://doi.org/10.1161/JAHA.118.009960
綜合以上結果，MG53 會在細胞膜受損時聚集在損傷處，降低 TGF-β 所引發的分子反應，因此馬博士的團隊認為 MG53 能促進 VIC 細胞膜修復，並防止細胞走向與瓣膜性心臟病有關的纖維鈣化途徑，為瓣膜修復提供了可能的治療方向。未來，他們會繼續研究 MG53 在細胞膜修復時所參與的分子機制，探索這個蛋白質的治療潛力。
Main Article:
Adesanya, T. M., Russell, M., Park, K. H., Zhou, X., Sermersheim, M. A., Gumpper, K., Koenig, S. N., Tan, T., Whitson, B. A., Janssen, P. M., Lincoln, J., Zhu, H., & Ma, J. (2019). MG53 protein protects aortic valve interstitial cells from membrane injury and Fibrocalcific remodeling. Journal of the American Heart Association, 8(4). https://doi.org/10.1161/jaha.118.009960
參考文獻：
[1] Thanassoulis, G. (2016). Lipoprotein (a) in Calcific Aortic Valve Disease: From Genomics to Novel Drug Target for Aortic Stenosis. Journal of Lipid Research, 57, 917–924. https://doi.org/10.1194/jlr.R051870
[2] Liu, A. C., & Gotlieb, A. I. (2008). Transforming Growth Factor-b Regulates in Vitro Heart Valve Repair by Activated Valve Interstitial Cells. Cardiovascular, Pulmonary and Renal Pathology, 173(5), 1275–1285. https://doi.org/10.2353/ajpath.2008.080365
[3] Cai, C., Masumiya, H., Weisleder, N., Matsuda, N., Nishi, M., Hwang, M., Ko, J., Lin, P., Thornton, A., Zhao, X., Pan, Z., Komazaki, S., Brotto, M., Takeshima, H., & Ma, J. (2009). MG53 Nucleates Assembly of Cell Membrane Repair Machinery. Nature Cell Biology, 11(1), 56–64. https://doi.org/10.1038/ncb1812.
撰文｜陳柔含
審稿｜林潔芯
