《JACC: Clinical Electrophysiology》：Early and Late Myocardial Effects of Proton Beam Cardiac Radioablation: Insights From Gene Expression Analysis
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心脏放射消融（CRA）治疗难治性室性心动过速的机制研究。采用18只猪单次40 Gy质子束照射左室靶区，分别于1-32周检测心肌凋亡（TUNEL染色）、传导相关基因（SCN5A、GJA1、GJA5）及纤维化基因（COL1A1、COL3A1）表达。结果显示：凋亡在1-2周初现，4-8周达峰，持续至20-32周；传导蛋白基因表达在1-2周及4-16周显著下降；纤维化基因在20-32周上调。研究揭示了放射治疗导致心肌细胞凋亡、传导障碍及晚期纤维化的时间依赖性变化。
平尾达彦（Tatsuhiko Hirao）|须田雅良（Masayoshi Suda）|玛丽亚姆·E·雷特曼（Maryam E. Rettmann）|阿曼达·J·德伊舍（Amanda J. Deisher）|约翰·A·怀特（John A. Wight）|小谷太郎（Taro Koya）|劳拉·K·纽曼（Laura K. Newman）|塔玛尔·特克奥尼亚（Tamar Tchkonia）|乔恩·J·克鲁斯（Jon J. Kruse）|迪安·A·舒姆韦（Dean A. Shumway）|肯尼斯·W·梅雷尔（Kenneth W. Merrell）|塞缪尔·J·阿西尔瓦瑟姆（Samuel J. Asirvatham）|詹姆斯·L·柯克兰（James L. Kirkland）|道格拉斯·L·帕克（Douglas L. Packer）|康斯坦丁诺斯·C·西昂蒂斯（Konstantinos C. Siontis）
美国明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所心血管医学部
摘要
背景
心脏放射消融（CRA）是一种用于治疗难治性室性心动过速的新方法。其抗心律失常机制尚未完全明了。
目的
本研究旨在探讨40 Gy质子束放射消融后细胞凋亡、心脏传导和纤维化相关基因表达的特征及时间变化过程。
方法
在18头猪中，对左心室（LV）目标区域进行了单次40 Gy质子束照射。1至32周后，从受照射的左心室（IR-40Gy LV）、边界区域（IR-Border LV）以及未受照射的远端区域（Remote LV）采集心肌组织。通过末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记法检测细胞凋亡情况（该方法可检测凋亡晚期的DNA断裂）。同时利用实时聚合酶链反应（PCR）评估细胞存活、心脏传导和纤维化的相关标志物。
结果
末端脱氧核苷酸转移酶dUTP缺口末端标记结果显示，IR-40Gy LV组在20至32周内持续存在细胞凋亡现象，其中4至8周时达到高峰。与Remote LV组相比，IR-40Gy LV组在1至2周及20至32周期间TNNT2（编码心肌肌钙蛋白T）基因的表达显著降低。从4至8周开始，IR-40Gy LV组和IR-Border LV组中与心脏传导相关的基因（包括SCN5A、GJA1和GJA5，分别编码NaV1.5、连接蛋白43和40）的表达也出现下降。纤维化相关基因COL1A1和COL3A1（编码I型和III型胶原蛋白）在IR-40Gy LV组的表达在照射后20至32周显著升高。
结论
细胞凋亡在照射后4至8周达到高峰，并在随后数月内持续存在。照射早期未观察到心脏传导相关标志物的上调。纤维化途径的激活发生在照射数周后。
研究方法
本研究已获得梅奥诊所动物护理和使用委员会的批准，并完全遵循其指导原则。研究概况如图1所示。共有18头家猪参与了本研究，这些猪此前参与了关于质子束放射消融的电生理学、影像学和组织学结果的研究。本次分析重点关注那些左心室正常（非梗死）心肌受到40 Gy照射的动物。
结果
共有18头家猪接受了40 Gy质子束照射，照射部位包括左心室的前部（n = 9）、侧面（n = 9）、后部/下部（n = 1）或心尖部（n = 1），其中17头猪每个部位各接受1次照射，1头猪接受3次照射。心肌目标区域、非目标心肌区域及危险器官的剂量数据详见表2。
讨论
本研究首次提供了关于40 Gy质子束照射后猪体内心肌细胞存活、心脏传导和纤维化相关基因表达的见解。主要发现如下：1) 40 Gy照射后的心肌在1至2周内出现细胞凋亡，4至8周达到高峰，随后逐渐减少；2) 心脏传导相关蛋白基因的表达在照射后早期即开始下降
结论
在本猪模型中，细胞凋亡在照射后4至8周达到高峰，并持续至20至32周。心脏传导相关基因的表达在照射后1至2周开始下降，4至16周时下降更为明显；而纤维化相关基因（I型和III型胶原蛋白）的上调则发生在照射后的较晚阶段（20至32周）。这些关于关键基因表达变化的研究结果有助于我们更好地理解相关生理过程。
资金支持与作者声明
本研究得到了梅奥诊所发展部和心血管研究中心的资助。须田（Suda）、特克奥尼亚（Tchkonia）和柯克兰（Kirkland）博士获得了美国国立卫生研究院的资助（柯克兰博士为首席研究员，项目编号R37AG13925和R33AG061456），以及康纳基金会（Connor Fund）、罗伯特·J·瑞安和特蕾莎·W·瑞安基金会（Robert J. and Theresa W. Ryan Foundation）和诺阿伯基金会（Noaber Foundation）的支持。帕克（Packer）博士曾为雅培公司（Abbott）、Biosense Webster Inc、Boston Scientific Corp、CardioFocus、Medtronic Inc和St. Jude Medical等企业提供咨询服务。
