ESC 2025 | 金玮教授团队：心肌细胞醛缩酶丙二酰化修饰调控心力衰竭代谢重构

摘要：心脏能量代谢的异常与心力衰竭的进展密切相关。丙二酰CoA是脂肪酸从头合成途径的中间产物，可通过抑制肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）的活性抑制脂肪酸β氧化，发挥对脂肪酸代谢的调节作用。同时，丙二酰CoA可作为赖氨酸丙二酰化修饰的直接底物，通过翻译后修饰的方式调控蛋

研究背景

心脏能量代谢的异常与心力衰竭的进展密切相关。丙二酰CoA是脂肪酸从头合成途径的中间产物，可通过抑制肉碱棕榈酰转移酶1（CPT1）的活性抑制脂肪酸β氧化，发挥对脂肪酸代谢的调节作用。同时，丙二酰CoA可作为赖氨酸丙二酰化修饰的直接底物，通过翻译后修饰的方式调控蛋白质的功能活性。然而，在缺血性心力衰竭中，丙二酰CoA的含量变化以及丙二酰化修饰在心肌细胞中发挥的作用仍有待研究。

研究方法

通过LC-MS/MS检测缺血再灌注（I/R）28天后小鼠心脏组织中酰基CoA含量以及蛋白质丙二酰化修饰水平的变化。借助免疫共沉淀验证醛缩酶（AldoA）的丙二酰化修饰，并构建AldoA K108位点特异性识别抗体。构建cTNT启动子驱动的AAV9病毒，经尾静脉注射诱导小鼠心肌细胞特异性过表达AldoA、AldoA K108E（拟修饰）、AldoA K108Q（去修饰）蛋白，I/R造模28天后，心脏超声评估小鼠心功能，质谱检测小鼠心脏组织糖酵解、三羧酸循环、磷酸戊糖途径中代谢物含量。免疫荧光检测AldoA与细胞骨架肌动蛋白共定位，借助洋地黄皂苷处理细胞，分离细胞上清和细胞骨架成分，验证AldoA与肌动蛋白结合情况。通过Seahorse XFe96分析仪检测细胞线粒体功能。

研究结果

首先，研究者对I/R小鼠心脏组织中多种酰基CoA的含量进行检测，发现丙二酰CoA含量在I/R后明显下降。同时，心脏组织泛丙二酰化修饰水平也明显下降。进一步行心肌细胞丙二酰化修饰蛋白质组学的检测显示，共46个蛋白质的52个赖氨酸位点，在缺氧复氧培养（H/R）后明显下降，并且这些蛋白质主要富集于糖酵解通路。（图1）

图1

之后，研究者通过免疫共沉淀证明了糖酵解通路中醛缩酶AldoA的丙二酰化修饰水平在H/R后明显下降，并且其蛋白表达量未出现明显改变。同时，基于自行构建的可识别AldoA K108位点丙二酰化修饰的特异性抗体对I/R小鼠心脏组织及心力衰竭患者心脏组织中该位点修饰水平的变化进行检测，发现I/R小鼠心脏组织及心力衰竭患者心脏组织中，AldoA K108位点丙二酰化修饰水平均明显下降。（图2）

图2

接着，研究者构建心肌细胞特异性过表达AldoA、AldoA K108E（拟修饰）、AldoA K108Q（去修饰）小鼠，发现去修饰突变可改善I/R后心脏收缩功能。同时，对心脏组织代谢组学的检测显示，AldoA下游代谢物3-磷酸甘油醛、磷酸二羟丙酮含量在去修饰组升高，意味着去丙二酰化修饰可能具有促进AldoA酶活性的功能。（图3）

图3

为进一步探索AldoA K108位点丙二酰化修饰影响心功能的机制，研究者利用免疫荧光、洋地黄皂苷干预分离细胞组分等实验，发现并证实了丙二酰化修饰水平的升高可促进AldoA与肌动蛋白骨架的结合，引起细胞质中游离AldoA含量的减少。此外，研究者也发现丙二酰化修饰水平的升高可损害线粒体氧化呼吸功能。（图4）