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NOX2 shRNAの標的的発現による酸化的損傷の減衰は、イヌ心房における電気的リモデリングの発症と維持を抑制する。心房細動に対する新規遺伝子治療アプローチ
Attenuation of Oxidative Injury with Targeted Expression of NOX2 shRNA Prevents Onset and Maintenance of Electrical Remodeling in the Canine Atrium: A Novel Gene Therapy Approach to Atrial Fibrillation.
PMID: 32686471 DOI: 10.1161/CIRCULATIONAHA.119.044127.
抄録
心房細動（Atrial fibrillation: AF）は成人の最も一般的な心調律障害であり、脳卒中の主な原因となっている。残念ながら、現在の心房細動の治療法は、心房細動の基礎となる分子機構を標的としたものではないため、最適な治療法とは言えない。本研究では、心房細動モデルを用いた新規遺伝子治療法を用いて、NADPH酸化酵素2（NOX2）がアセチルコリン依存性K電流（）の構成的に活性な形態のアップレギュレーションを引き起こすことにより、酸化的傷害を発生させ、心房細動における電気的リモデリングの発生のみならず、その永続性の重要なメカニズムであることを明らかにした。 酸化的傷害が心房細動の発生および/または維持を促進するメカニズムを理解するために、我々は、正常犬の心房にNOX2 shRNAを標的とした注入（その後、遺伝子導入を容易にするためにエレクトロポレーションを行う）を行った。心房心筋細胞のパッチクランプ、in-vitro タキペーシング、ルシゲニン化学発光法、免疫ブロッティング、リアルタイムPCR、免疫組織化学、Masson's trichrome染色を用いて、インビボ高密度電気マッピング、心房心筋細胞の単離、全細胞パッチクランプ、心房心筋細胞の体外タキペーシング、ルシゲニン化学発光法、免疫ブロッティング、リアルタイムPCR、免疫組織化学、Masson's trichrome染色を行った。 まず、心房筋細胞における酸化的傷害の発生は頻度依存的なプロセスであり、犬の心房筋細胞では急速なペーシングがNOX2の誘導とミトコンドリア活性酸素種の発生を介して酸化的傷害を誘発することを示した。酸化的傷害は、プロテインキナーゼCε(PKC)の頻度依存的な活性化を含むメカニズムにより、心房細動の電気的リモデリングに寄与している可能性があることを示した。NOX2 shRNAを投与した犬では、非持続性心房細動の発症までの時間が5倍以上に増加した。さらに、NOX2 shRNAを投与した動物では、12週間まで持続性心房細動を発症しなかった。心房細動の予防の基礎となる電気生理学的メカニズムは、心房有効不応期の延長であり、少なくとも一部ではPKCの減少によるものであると考えられた。 NOX2酸化傷害：a) 心房細動の発症と電気リモデリングの維持の根底にあり、b) 遺伝子に基づいた新しいアプローチで予防することが可能である。今後、このアプローチを最適化することで、メカニズムに基づいた新規の心房細動治療が可能になるかもしれない。
Atrial fibrillation (AF) is the most common heart rhythm disorder in adults and a major cause of stroke. Unfortunately, current treatments of AF are suboptimal as they are not targeted to the molecular mechanisms underlying AF. Using a highly novel gene therapy approach in a canine, rapid atrial pacing model of AF, we demonstrate that NADPH oxidase 2 (NOX2) generated oxidative injury, by causing upregulation of a constitutively active form of acetylcholine-dependent K current () - called - is an important mechanism underlying not only the genesis but also the perpetuation of electrical remodeling in the , fibrillating atrium. To understand the mechanism by which oxidative injury promotes the genesis and/or maintenance of AF, we performed targeted injection of NOX2 shRNA (followed by electroporation to facilitate gene delivery) in atria of normal dogs followed by rapid atrial pacing. We used in-vivo high density electrical mapping, isolation of atrial myocytes, whole-cell patch clamping, in-vitro tachypacing of atrial myocytes, lucigenin chemiluminescence assay, immunoblotting, real-time PCR, immunohistochemistry and Masson's trichrome staining. First, we demonstrate that generation of oxidative injury in atrial myocytes is a frequency-dependent process, with rapid pacing in canine atrial myocytes inducing oxidative injury through induction of NOX2 and generation of mitochondrial reactive oxygen species. We show that oxidative injury likely contributes to electrical remodeling in AF by upregulating by a mechanism involving frequency-dependent activation of protein kinase C epsilon (PKC). The time to onset of non-sustained AF increased by more than 5-fold in NOX2 shRNA treated dogs. Furthermore, animals treated with NOX2 shRNA did not develop sustained AF for up to 12 weeks. The electrophysiological mechanism underlying AF prevention was prolongation of atrial effective refractory periods, at least in part due to attenuation of . Attenuated membrane translocation of PKC appeared to be a likely molecular mechanism underlying this beneficial electrophysiological remodeling. NOX2 oxidative injury: a) underlies onset as well as maintenance of electrical remodeling in AF, and b) can be successfully prevented with a novel, gene-based approach. Future optimization of this approach may lead to a novel, mechanism-guided therapy for AF.