VLCAD欠損心筋細胞の電気生理学的異常は脂肪酸酸化中間体の蓄積を低下させることで改善される可能性がある

Electrophysiological Abnormalities in VLCAD Deficient hiPSC-Cardiomyocytes Can Be Improved by Lowering Accumulation of Fatty Acid Oxidation Intermediates.

• Suzan J G Knottnerus
• Isabella Mengarelli
• Rob C I Wüst
• Antonius Baartscheer
• Jeannette C Bleeker
• Ruben Coronel
• Sacha Ferdinandusse
• Kaomei Guan
• Lodewijk IJlst
• Wener Li
• Xiaojing Luo
• Vincent M Portero
• Ying Ulbricht
• Gepke Visser
• Ronald J A Wanders
• Frits A Wijburg
• Arie O Verkerk
• Riekelt H Houtkooper
• Connie R Bezzina

抄録

超長鎖アシル-CoAデヒドロゲナーゼ欠損症（VLCADD）の患者は、生命を脅かす心臓不整脈を呈することがある。病態生理学的メカニズムは不明である。我々は、軽度のVLCADD患者1名と重度のVLCADD患者1名の線維芽細胞をヒト誘導多能性幹細胞（hiPSCs）に再プログラムし、これらを心筋細胞（VLCADD-CMs）に分化させた。VLCADD-CMは、対照CMに比べて活動電位（AP）が短く、遅発性脱分極（DAD）が多く、収縮期および拡張期の細胞内Ca濃度（[Ca]）が高かった。ミトコンドリアブースターであるレスベラトロールは、軽度のVLCADD-CMでは生化学的、電気生理学的、[Ca]の変化を緩和したが、重度のVLCADD-CMでは緩和しなかった。脂肪酸酸化の潜在的に毒性のある中間体の蓄積は、エトモキシルによる基質の還元によってブロックされた。エトモキシルを用いたインキュベーションは、両VLCADD-CMにおいて、AP持続時間の著しい延長、DADsと[Ca]の減少をもたらした。これらの結果は、脂肪酸酸化中間体の蓄積を減少させることで、ミトコンドリアの生合成を増加させることによる脂肪酸酸化フラックスの増加（レスベラトロール）、またはミトコンドリアへの脂肪酸輸送の阻害（エトモキシール）のいずれかによって、VLCADD-CMsにおける不整脈誘発性障害を救済し、新たな治療法への扉を開くという説得力のある証拠を提供するものである。

Patients with very long-chain acyl-CoA dehydrogenase deficiency (VLCADD) can present with life-threatening cardiac arrhythmias. The pathophysiological mechanism is unknown. We reprogrammed fibroblasts from one mildly and one severely affected VLCADD patient, into human induced pluripotent stem cells (hiPSCs) and differentiated these into cardiomyocytes (VLCADD-CMs). VLCADD-CMs displayed shorter action potentials (APs), more delayed afterdepolarizations (DADs) and higher systolic and diastolic intracellular Ca concentration ([Ca]) than control CMs. The mitochondrial booster resveratrol mitigated the biochemical, electrophysiological and [Ca] changes in the mild but not in the severe VLCADD-CMs. Accumulation of potentially toxic intermediates of fatty acid oxidation was blocked by substrate reduction with etomoxir. Incubation with etomoxir led to marked prolongation of AP duration and reduced DADs and [Ca] in both VLCADD-CMs. These results provide compelling evidence that reduced accumulation of fatty acid oxidation intermediates, either by enhanced fatty acid oxidation flux through increased mitochondria biogenesis (resveratrol) or by inhibition of fatty acid transport into the mitochondria (etomoxir), rescues pro-arrhythmia defects in VLCADD-CMs and open doors for new treatments.