VILIP-1：心房颤动中钙稳态失衡的上游调控新靶点及其在人与啮齿类模型中的转化研究

为阐明心房颤动（AF）中钙稳态紊乱的上游机制并探寻新的治疗靶点，研究人员开展了一项整合多组学与电生理功能的研究。他们首次发现并证实了心肌细胞中Visinin-like protein 1 (VILIP-1)的上调通过肌醇化修饰增强钠钙交换体1（NCX-1）膜表达，从而驱动病理性钙泄漏、延迟后除极（DADs）和动作电位时程交替（APD alternans），最终导致房颤易感性增加。本研究的意义在于鉴定出VILIP-1是AF发病的关键上游调控因子，并为临床药物瑞格列奈和地氯雷他定的再利用提供了理论基础。

心房颤动（Atrial fibrillation, AF）是全球最常见的心律失常，其发病与死亡率居高不下，给全球公共卫生系统带来沉重负担。尽管其病理生理学与细胞内钙（Ca²⁺）稳态紊乱密切相关，但驱动这一“钙信号风暴”的上游分子机制仍不明确，这阻碍了针对性疗法的开发。为了找到启动这一病理性级联反应的“元凶”，研究人员开展了一项跨物种、多层次的整合性研究。

研究团队从临床问题出发，结合了人类AF患者和啮齿类动物AF模型，运用了多项关键技术方法。主要包括：1）整合大块组织RNA测序、单细胞RNA测序和电生理数据，进行多组学分析以筛选关键基因；2）利用腺相关病毒（AAV9）在小鼠心房肌细胞中进行VILIP-1的特异性过表达，以研究其功能；3）采用免疫沉淀-质谱联用（IP-MS）和基于TurboID的邻近标记技术，解析VILIP-1的相互作用蛋白；4）通过膜片钳、光学标测、共聚焦钙成像等技术，系统评估电生理特性、离子通道功能和细胞内Ca²⁺动态；5）利用计算机模拟（分子对接与分子动力学）和生物物理方法（热位移分析、表面等离子体共振）验证药物与靶点的结合。

多组学分析鉴定VILIP-1为AF中新的Ca²⁺信号调控因子

研究人员整合了来自快速起搏诱导的AF大鼠和对照大鼠心房肌细胞的单细胞转录组、Ca²⁺动态数据，以及人类AF患者的转录组数据。通过综合分析，他们从众多候选基因中，锁定了一个在AF中显著上调、且与异常Ca²⁺释放事件强相关的基因——Vsnl1，其编码蛋白为VILIP-1。该基因在人类AF患者和AF模型大鼠的心房组织中均特异性高表达。

VILIP-1上调在患者和动物AF模型中的验证

蛋白水平检测证实，无论是人类AF患者还是大鼠AF模型，其心房组织中的VILIP-1蛋白表达均显著增加，且免疫荧光显示其在心肌细胞膜上的定位增强，提示其可能被异常激活并参与细胞膜相关的信号传导。

VILIP-1在调控AF易感性中的作用

为确认其因果作用，研究人员构建了心房肌细胞特异性过表达VILIP-1（VILIP-1-OE）的小鼠。结果发现，VILIP-1-OE小鼠并未发生心脏结构重塑，但AF诱发率显著升高，AF持续时间延长。电生理分析表明，这些小鼠的心房出现了更频繁的动作电位时程交替（APD alternans）和延迟后除极（DADs），同时伴有自发性Ca²⁺波频率增加和肌浆网Ca²⁺含量减少，说明存在严重的病理性钙泄漏，从而形成了致心律失常的基质。

鉴定NCX-1为VILIP-1的关键下游靶点

为了揭示分子机制，研究通过IP-MS和邻近标记技术筛选VILIP-1的相互作用蛋白。两种方法共同鉴定出钠钙交换体1（NCX-1）是其关键下游效应器。进一步的实验，包括免疫共沉淀、GST pull-down和共定位分析，均证实了VILIP-1与NCX-1之间存在直接相互作用。分子动力学模拟指出VILIP-1的Lys63残基对结合至关重要。

VILIP-1过表达增强NCX-1的细胞膜表面表达

功能实验发现，VILIP-1-OE小鼠心房肌细胞膜上的NCX-1蛋白表达显著增加，同时其介导的电流（I_NCX）密度也增大。使用NCX-1反向模式抑制剂SEA0400处理，可以有效减少VILIP-1-OE心肌细胞的自发Ca²⁺波，并降低小鼠的AF易感性，证明NCX-1功能亢进是VILIP-1致心律失常的关键环节。

肌醇化修饰是VILIP-1调控NCX-1膜表达所必需的

VILIP-1的膜定位和功能依赖于其N端的肌醇化修饰。使用已知的肌醇化抑制剂地氯雷他定处理AF模型大鼠，可以降低其心房肌细胞膜NCX-1的表达，减少I_NCX电流和自发Ca²⁺波，并最终降低AF的诱发率和持续时间，表明靶向VILIP-1的肌醇化修饰具有治疗潜力。

临床药物瑞格列奈靶向VILIP-1以降低AF易感性

研究进一步探索了临床转化策略。分子对接、热位移分析和表面等离子体共振实验证实，已上市的糖尿病药物瑞格列奈能以较高亲和力结合VILIP-1。在AF模型大鼠中，瑞格列奈治疗可降低心房膜NCX-1的表达，减少I_NCX电流和钙泄漏，并有效降低AF易感性。更重要的是，在人类AF患者来源的心房肌细胞中，瑞格列奈同样能减少NCX-1膜表达和自发Ca²⁺波，验证了其跨物种的治疗潜力。

研究结论与讨论

本研究系统性地揭示了VILIP-1在AF发病中的核心作用。总结来说，在病理状态下，心房肌细胞中VILIP-1表达上调。VILIP-1结合Ca²⁺后发生构象变化，暴露其肌醇化基团并锚定至细胞膜。在膜上，VILIP-1直接与NCX-1相互作用，增加其膜表达和功能。增强的NCX-1活性与细胞内Na⁺蓄积共同驱动其反向模式激活，加剧Ca²⁺内流和胞质钙超载，形成恶性循环。这导致了病理性钙泄漏，进而引发DADs、APD alternans等电重构，最终增加AF的易感性。

该研究的重大意义在于：首次将神经元钙感受器家族成员VILIP-1与心脏疾病AF联系起来，并阐明了一条全新的“Ca²⁺-VILIP-1-肌醇化-NCX-1”致病轴。这不仅深化了对AF，特别是钙稳态失衡机制的理解，更重要的是，发现了两个已上市药物——瑞格列奈和地氯雷他定——可通过靶向VILIP-1或其修饰来恢复钙稳态，为AF的治疗提供了全新的、易于临床转化的策略。尽管研究存在物种差异、模型局限性及药物特异性等问题，但它无疑为开发针对AF上游机制的特异性疗法开辟了前景广阔的新道路。相关成果已发表于《Signal Transduction and Targeted Therapy》期刊。