Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Tạp chất 2.5 gây ra rối loạn nhịp tim thông qua TRPC3 trong tế bào cơ tim được sinh ra từ tế bào gốc đa năng cảm ứng ở người
Tóm tắt
Vật chất hạt (PM) là một trong những vấn đề môi trường quan trọng nhất trên toàn cầu, liên quan không chỉ đến các bệnh phổi mà còn cả các bệnh tim mạch. Tuy nhiên, các cơ chế sinh học cơ bản của rối loạn tim mạch liên quan đến PM vẫn chưa được xác định rõ, đặc biệt là qua con đường tác động trực tiếp lên mạch máu và tim. Các tế bào cơ tim được sinh ra từ tế bào gốc đa năng cảm ứng của người (hiPSC-CMs) cung cấp một nền tảng lý tưởng để nghiên cứu mô hình bệnh tế bào tiếp xúc với PM trong ống nghiệm. Ở đây, chúng tôi đã điều tra các tác động trực tiếp của vật chất hạt 2.5 (PM2.5) lên hiPSC-CMs và cơ chế tiềm năng ở các nồng độ không gây độc tế bào. Tính khả thi của tế bào, biên độ co thắt và tỷ lệ đập tự phát của hiPSC-CMs sau khi tiếp xúc trực tiếp với PM2.5 cho thấy rằng nồng độ thấp hơn 100 µg/ml sẽ không gây ra tác động độc tế bào. Bản đồ quang học trung gian canxi cho thấy có sự giảm thiểu theo nồng độ trong việc định lượng biên độ tạm thời của canxi và sự gia tăng trong sự xuất hiện của các giai đoạn khử cực sớm do điều trị PM2.5. Hơn nữa, có sự rút ngắn theo liều đáng kể trong thời gian tiềm tàng hành động và giảm độ mật độ dòng đỉnh canxi loại L. Phân tích con đường Ingenuity của nghiên cứu phiên mã của chúng tôi cho thấy rằng việc tiếp xúc với PM2.5 ảnh hưởng ưu tiên đến sự biểu hiện của các gen liên quan đến tín hiệu canxi. Trong số đó, sự tăng cường biểu hiện của TRPC3 có thể đóng vai trò quan trọng trong sự thay đổi điện sinh lý của PM2.5 trên hiPSC-CMs, có thể được cải thiện bằng cách điều trị trước với pyr3, chất ức chế TRPC3. Tóm lại, kết quả của chúng tôi chứng minh rằng việc tiếp xúc với PM2.5 có khả năng làm tăng xu hướng rối loạn nhịp tim, điều này có thể được giảm nhẹ với sự ức chế TRPC3.
Từ khóa
#Vật chất hạt #PM2.5 #rối loạn nhịp tim #TRPC3 #tế bào cơ tim #tế bào gốc đa năng cảm ứngTài liệu tham khảo
Bagate K, Meiring JJ, Cassee FR, Borm PJ (2004) The effect of particulate matter on resistance and conductance vessels in the rat. Inhal Toxicol 16(6–7):431–436. https://doi.org/10.1080/08958370490439588
Brook RD, Franklin B, Cascio W et al (2004) Air pollution and cardiovascular disease: a statement for healthcare professionals from the Expert Panel on Population and Prevention Science of the American Heart Association. Circulation 109(21):2655–2671. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000128587.30041.C8
Brook RD, Rajagopalan S, Pope CA, et al (2010) Particulate matter air pollution and cardiovascular disease: an update to the scientific statement from the American Heart Association. Circulation 121(21):2331–2378. https://doi.org/10.1161/CIR.0b013e3181dbece1
Brookes PS, Yoon Y, Robotham JL, Anders MW, Sheu SS (2004) Calcium, ATP, and ROS: a mitochondrial love-hate triangle. Am J Physiol Cell Physiol 287(4):C817–C833. https://doi.org/10.1152/ajpcell.00139.2004
Burridge PW, Keller G, Gold JD, Wu JC (2012) Production of de novo cardiomyocytes: human pluripotent stem cell differentiation and direct reprogramming. Cell Stem Cell 10(1):16–28. https://doi.org/10.1016/j.stem.2011.12.013
Cao J, Qin G, Shi R et al (2016) Overproduction of reactive oxygen species and activation of MAPKs are involved in apoptosis induced by PM2.5 in rat cardiac H9c2 cells. J Appl Toxicol 36(4):609–617. https://doi.org/10.1002/jat.3249
Carr MJ, Undem BJ (2001) Inflammation-induced plasticity of the afferent innervation of the airways. Environ Health Perspect 109(Suppl 4):567–571
Cohen AJ, Brauer M, Burnett R et al (2017) Estimates and 25-year trends of the global burden of disease attributable to ambient air pollution: an analysis of data from the Global Burden of Diseases Study 2015. Lancet 389(10082):1907–1918. https://doi.org/10.1016/s0140-6736(17)30505-6
Dockery DW, Luttmann-Gibson H, Rich DQ et al (2005) Association of air pollution with increased incidence of ventricular tachyarrhythmias recorded by implanted cardioverter defibrillators. Environ Health Perspect 113(6):670–674. https://doi.org/10.1289/ehp.7767
Feng S, Li H, Tai Y et al (2013) Canonical transient receptor potential 3 channels regulate mitochondrial calcium uptake. Proc Natl Acad Sci USA 110(27):11011–11016. https://doi.org/10.1073/pnas.1309531110
Fuks KB, Weinmayr G, Basagana X et al (2017) Long-term exposure to ambient air pollution and traffic noise and incident hypertension in seven cohorts of the European study of cohorts for air pollution effects (ESCAPE). Eur Heart J 38(13):983–990. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehw413
Furuyama A, Kanno S, Kobayashi T, Hirano S (2009) Extrapulmonary translocation of intratracheally instilled fine and ultrafine particles via direct and alveolar macrophage-associated routes. Arch Toxicol 83(5):429–437. https://doi.org/10.1007/s00204-008-0371-1
Gao H, Wang F, Wang W et al (2012) Ca(2+) influx through L-type Ca(2+) channels and transient receptor potential channels activates pathological hypertrophy signaling. J Mol Cell Cardiol 53(5):657–667. https://doi.org/10.1016/j.yjmcc.2012.08.005
Geng L, Wang Z, Cui C et al (2018) Rapid electrical stimulation increased cardiac apoptosis through disturbance of calcium homeostasis and mitochondrial dysfunction in human induced pluripotent stem cell-derived cardiomyocytes. Cell Physiol Biochem 47(3):1167–1180. https://doi.org/10.1159/000490213
Gorr MW, Youtz DJ, Eichenseer CM et al (2015) In vitro particulate matter exposure causes direct and lung-mediated indirect effects on cardiomyocyte function. Am J Physiol Heart Circ Physiol 309(1):H53–H62. https://doi.org/10.1152/ajpheart.00162.2015
Harada M, Luo X, Qi XY et al (2012) Transient receptor potential canonical-3 channel-dependent fibroblast regulation in atrial fibrillation. Circulation 126(17):2051–2064. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.112.121830
Hazari MS, Haykal-Coates N, Winsett DW et al (2011) TRPA1 and sympathetic activation contribute to increased risk of triggered cardiac arrhythmias in hypertensive rats exposed to diesel exhaust. Environ Health Perspect 119(7):951–957. https://doi.org/10.1289/ehp.1003200
Helms AS, Alvarado FJ, Yob J et al (2016) Genotype-Dependent and -independent calcium signaling dysregulation in human hypertrophic cardiomyopathy. Circulation 134(22):1738–1748. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.115.020086
Ide T, Tsutsui H, Hayashidani S et al (2001) Mitochondrial DNA damage and dysfunction associated with oxidative stress in failing hearts after myocardial infarction. Circ Res 88(5):529–535
January CT, Riddle JM (1989) Early afterdepolarizations: mechanism of induction and block. A role for L-type Ca2+ current. Circ Res 64(5):977–990
Kim JB, Kim C, Choi E et al (2012) Particulate air pollution induces arrhythmia via oxidative stress and calcium calmodulin kinase II activation. Toxicol Appl Pharmacol 259(1):66–73. https://doi.org/10.1016/j.taap.2011.12.007
Kiyonaka S, Kato K, Nishida M et al (2009) Selective and direct inhibition of TRPC3 channels underlies biological activities of a pyrazole compound. Proc Natl Acad Sci U S A 106(13):5400–5405. https://doi.org/10.1073/pnas.0808793106
Lelieveld J, Evans JS, Fnais M, Giannadaki D, Pozzer A (2015) The contribution of outdoor air pollution sources to premature mortality on a global scale. Nature 525(7569):367–371. https://doi.org/10.1038/nature15371
Link MS, Luttmann-Gibson H, Schwartz J et al (2013) Acute exposure to air pollution triggers atrial fibrillation. J Am Coll Cardiol 62(9):816–825. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2013.05.043
Ljungman PL, Berglind N, Holmgren C et al (2008) Rapid effects of air pollution on ventricular arrhythmias. Eur Heart J 29(23):2894–2901. https://doi.org/10.1093/eurheartj/ehn463
Lombardi R, Bell A, Senthil V et al (2008) Differential interactions of thin filament proteins in two cardiac troponin T mouse models of hypertrophic and dilated cardiomyopathies. Cardiovasc Res 79(1):109–117. https://doi.org/10.1093/cvr/cvn078
Madhvani RV, Xie Y, Pantazis A et al (2011) Shaping a new Ca2+ conductance to suppress early afterdepolarizations in cardiac myocytes. J Physiol 589(Pt 24):6081–6092. https://doi.org/10.1113/jphysiol.2011.219600
Makarewich CA, Zhang H, Davis J et al (2014) Transient receptor potential channels contribute to pathological structural and functional remodeling after myocardial infarction. Circ Res 115(6):567–580. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.115.303831
Matsa E, Burridge PW, Yu KH et al (2016) Transcriptome Profiling of patient-specific human iPSC-cardiomyocytes predicts individual drug safety and efficacy responses in vitro. Cell Stem Cell 19(3):311–325. https://doi.org/10.1016/j.stem.2016.07.006
Mills NL, Tornqvist H, Gonzalez MC et al (2007) Ischemic and thrombotic effects of dilute diesel-exhaust inhalation in men with coronary heart disease. N Engl J Med 357(11):1075–1082. https://doi.org/10.1056/NEJMoa066314
Mitcheson JS, Hancox JC, Levi AJ (1998) Cultured adult cardiac myocytes: future applications, culture methods, morphological and electrophysiological properties. Cardiovasc Res 39(2):280–300
Molkentin JD, Lu JR, Antos CL et al (1998) A calcineurin-dependent transcriptional pathway for cardiac hypertrophy. Cell 93(2):215–228
Nakayama H, Wilkin BJ, Bodi I, Molkentin JD (2006) Calcineurin-dependent cardiomyopathy is activated by TRPC in the adult mouse heart. FASEB J 20(10):1660–1670. https://doi.org/10.1096/fj.05-5560com
Nay Aung M, Mihir MRCP, Sanghvi M, BSc M, Filip Zemrak M et al (2018) Association between ambient air pollution and cardiac morpho-functional phenotypes insights from the UK Biobank Population Imaging Study. Circulation. https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.118.034856
Nemmar A, Hoet PH, Vanquickenborne B et al (2002) Passage of inhaled particles into the blood circulation in humans. Circulation 105(4):411–414
Oberdorster G, Sharp Z, Atudorei V et al (2002) Extrapulmonary translocation of ultrafine carbon particles following whole-body inhalation exposure of rats. J Toxicol Environ Health A 65(20):1531–1543. https://doi.org/10.1080/00984100290071658
Onohara N, Nishida M, Inoue R et al (2006) TRPC3 and TRPC6 are essential for angiotensin II-induced cardiac hypertrophy. EMBO J 25(22):5305–5316. https://doi.org/10.1038/sj.emboj.7601417
Patel C, Yan GX, Antzelevitch C (2010) Short QT syndrome: from bench to bedside. Circ Arrhythm Electrophysiol 3(4):401–408. https://doi.org/10.1161/CIRCEP.109.921056
Pope CA, Burnett RT, Thurston GD et al (2004) Cardiovascular mortality and long-term exposure to particulate air pollution: epidemiological evidence of general pathophysiological pathways of disease. Circulation 109(1):71–77. https://doi.org/10.1161/01.CIR.0000108927.80044.7F
Pope CA, Bhatnagar A, McCracken JP, Abplanalp W, Conklin DJ, O’Toole T (2016) Exposure to fine particulate air pollution is associated with endothelial injury and systemic inflammation. Circ Res 119(11):1204–1214. https://doi.org/10.1161/CIRCRESAHA.116.309279
Rich DQ, Mittleman MA, Link MS et al (2006) Increased risk of paroxysmal atrial fibrillation episodes associated with acute increases in ambient air pollution. Environ Health Perspect 114(1):120–123. https://doi.org/10.1289/ehp.8371
Sabourin J, Robin E, Raddatz E (2011) A key role of TRPC channels in the regulation of electromechanical activity of the developing heart. Cardiovasc Res 92(2):226–236. https://doi.org/10.1093/cvr/cvr167
Sayed N, Liu C, Wu JC (2016) Translation of human-induced pluripotent stem cells: from clinical trial in a dish to precision medicine. J Am Coll Cardiol 67(18):2161–2176. https://doi.org/10.1016/j.jacc.2016.01.083
Sun Q, Yue P, Kirk RI et al (2008) Ambient air particulate matter exposure and tissue factor expression in atherosclerosis. Inhal Toxicol 20(2):127–137. https://doi.org/10.1080/08958370701821482
Suwa T, Hogg JC, Quinlan KB, Ohgami A, Vincent R, van Eeden SF (2002) Particulate air pollution induces progression of atherosclerosis. J Am Coll Cardiol 39(6):935–942
Tamagawa E, Bai N, Morimoto K et al (2008) Particulate matter exposure induces persistent lung inflammation and endothelial dysfunction. Am J Physiol Lung Cell Mol Physiol 295(1):L79–L85. https://doi.org/10.1152/ajplung.00048.2007
Tse G, Yan BP, Chan YW, Tian XY, Huang Y (2016) Reactive oxygen species, endoplasmic reticulum stress and mitochondrial dysfunction: the link with cardiac arrhythmogenesis. Front Physiol 7:313. https://doi.org/10.3389/fphys.2016.00313
Watkinson WP, Campen MJ, Nolan JP, Costa DL (2001) Cardiovascular and systemic responses to inhaled pollutants in rodents: effects of ozone and particulate matter. Environ Health Perspect 109(Suppl 4):539–546
Wold LE, Ying Z, Hutchinson KR et al (2012) Cardiovascular remodeling in response to long-term exposure to fine particulate matter air pollution. Circ Heart Fail 5(4):452–461. https://doi.org/10.1161/CIRCHEARTFAILURE.112.966580
Yang J, Rothermel B, Vega RB et al (2000) Independent signals control expression of the calcineurin inhibitory proteins MCIP1 and MCIP2 in striated muscles. Circ Res 87(12):E61–E68