《Cell Res》解讀：“乳酸化修飾”調(diào)控心力衰竭新機制

乳酸是體內(nèi)代謝調(diào)控的支點，在心臟肥大、損傷和心力衰竭中發(fā)揮重要作用，乳酸是心臟的重要能量底物，α-肌球蛋白重鏈（α-MHC）與Titin的肌節(jié)相互作用對心臟結(jié)構(gòu)和收縮至關(guān)重要。然而，在正常和衰竭的心臟中，調(diào)節(jié)這種相互作用的機制仍然未知。

2023年7月，中國醫(yī)科大學(xué)附屬***醫(yī)院孫英賢教授團隊在Cell Research（IF=28.1）上，發(fā)表“α-myosin heavy chain lactylation maintains sarcomeric structure and function and alleviates the development of heart failure”的研究成果。揭示了心臟代謝通過α-MHC的乳酸依賴性修飾直接調(diào)節(jié)肌體結(jié)構(gòu)和功能，為心力衰竭提供了的新治LIAO策略。

圖形摘要：

Highlights如下：

1）α-MHC K1897在患有心力衰竭的小鼠和人類中乳酸化減少。

2）α-MHC K1897乳酸化缺失，導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)和功能受損。

3）機制上，p300和Sirtuin 1分別充當α-MHC的?；D(zhuǎn)移酶和脫酰酶，α-MHC在賴氨酸1897上乳酸化減少，損害α-MHC與Titin的相互作用并加重心力衰竭；反之，則緩解心衰。

表達相關(guān)性：

α-MHC K1897在患有心力衰竭組織中乳酸化減少，與心衰標志物BNP呈負相關(guān)。

功能研究：

減少α-MHC K1897乳酸化，加重心力衰竭；反之，則緩解心衰。

機制研究：

（1）α-MHC K1897R突變減少了α-MHC與Titin的結(jié)合，加重了小鼠的心力衰竭

為了確認α-MHC K1897乳酸化對α-MHC與Titin的結(jié)合的影響，構(gòu)建α-MHC K1897R突變體，進行Co-IP分析，發(fā)現(xiàn)與WT相比，α-MHC K1897R與Titin相互作用在生理和病理條件下均明顯降低（圖1a-b）。α-MHC K1897乳酸化的下調(diào)直接導(dǎo)致心力衰竭（圖1c-d）。

（2）p300是α-MHC K1897 乳酸化的?；D(zhuǎn)移酶

第一步，p300過表達明顯上調(diào)α-MHC的乳酸化

研究顯示p300可以作為酰基轉(zhuǎn)移酶，催化組蛋白的乳酸化。體外和體內(nèi)Co-IP實驗發(fā)現(xiàn)p300與α-MHC相互作用（圖1e-f）。另外，體外和體內(nèi)Co-IP實驗證實，p300JI***劑可以增強α-MHC K1897的乳酸化，而p300抑制劑減弱α-MHC K1897的乳酸化（圖1g-j）。此外，在心衰和心肌損傷中，Co-IP分析顯示，無論是否有Ang II刺激，p300與α-MHC在H9c2細胞和小鼠心肌組織中均相互作用且沒有明顯變化（圖1k-l）。

第二步，p300促進α-MHC與Titin相互作用

體外和體內(nèi)Co-IP實驗顯示，抑制p300可降低α-MHC K1897乳酸化水平和α-MHC-Titin相互作用（圖1m-n）；與單獨刺激Ang II相比，p300抑制劑聯(lián)合Ang II刺激可明顯降低α-MHC K1897的乳酸化水平以及α-MHC與Titin的相互作用（圖1m-n）。同時，體外和體內(nèi)Co-IP實驗顯示，JI***p300增強了α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用（圖1o-q）。與單獨的Ang II刺激相比，p300JI***劑和Ang II刺激聯(lián)合使用可以部分恢復(fù)α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用(圖3o-q)。

表明p300是α-MHC K1897乳酸化的?；D(zhuǎn)移酶。然而，p300并不是心力衰竭患者α-MHC K1897乳酸化降低的關(guān)鍵因素。

圖1 p300是α-MHC K1897 乳酸化的?；D(zhuǎn)移酶（Ref. Fig 2/3）

（3）SIRT1是α-MHC K1897的脫酰酶

第一步，SIRT1與α-MHC互作，降低α-MHC乳酸化水平

使用p300?；D(zhuǎn)移酶JI***劑干預(yù)未能完全挽救α-MHC K1897乳酸化以及α-MHC-Titin相互作用。為進一步闡明調(diào)控機制，確定α-MHC K1897相關(guān)的脫酰酶。Sirtuin家族蛋白是關(guān)鍵的脫酰酶，選擇SIRT1–7作為脫乳酸化α-MHC的候選蛋白，發(fā)現(xiàn)只有SIRT1明顯降低α-MHC乳酸化水平（圖2a-b）。體內(nèi)和體外Co-IP實驗顯示，SIRT1與α-MHC相互作用（圖2c-d）。構(gòu)建α-MHC不同截斷體并進行Co-IP實驗，發(fā)現(xiàn)α-MHC與SIRT1相互作用的結(jié)構(gòu)域為mmCoA、MIT-CorA和TMPIT（圖2e）。SIRT1的過表達降低α-MHC乳酸化（圖2f-g）。同樣，JI***SIRT1會降低α-MHC乳酸化，而抑制SIRT1則相反（圖2h-i）。類似地，Co-IP分析顯示，過表達或JI***SIRT1降低α-MHC K1897乳酸化，抑制SIRT1則相反（圖2j-q）。

圖2 SIRT1是α-MHC K1897的脫酰酶（Ref. Fig 4/S5）

第二步，SIRT1抑制α-MHC與Titin互作

Co-IP分析顯示Ang II刺激減弱SIRT1與α-MHC的相互作用（圖2r-s）。體外和體內(nèi)Co-IP實驗發(fā)現(xiàn)，JI***SIRT1或Ang II處理，下調(diào)α-MHC K1897的乳酸化，降低α-MHC-Titin的相互作用；與Ang II刺激組相比，Ang II與SIRT1JI***劑聯(lián)合使用可減弱α-MHC K1897乳酸化，并降低α-MHC-Titin相互作用（圖3a-b）。SIRT1抑制劑處理則結(jié)果相反（圖3c-d）。

這些結(jié)果表明SIRT1是α-MHC K1897的脫乙酰酶。然而，SIRT1在心力衰竭中介導(dǎo)α-MHC K1897脫乙?；⒉皇潜匦璧摹?/span>

（4）抑制LDHA活性會降低乳酸濃度并抑制α-MHC K1897乳酸化

據(jù)報道，LDHA可以調(diào)節(jié)細胞中乳酸的含量。Co-IP分析顯示，抑制LDHA能減低α-MHC K1897的乳酸化（圖3e-f）。心肌特敲LDHA后，K1897乳酰酸化降低（圖3g）。類似地，LDHA抑制劑或Ang II處理減少了α-MHC K1897的乳酸化及α-MHC與Titin的相互作用；與單獨使用Ang II治LIAO相比，當Ang II與LDHA抑制劑聯(lián)合使用時，α-MHC K1897乳酸化和α-MHC-Titin的相互作用進一步降低（圖3h-i）。

表明心力衰竭期間LDHA降低α-MHC K1897乳酸化。

（5）乳酸鈉(NALA)增加α-MHC K1897乳酸化并預(yù)防心力衰竭

根據(jù)以上結(jié)果，假設(shè)心肌細胞中乳酸濃度降低是α-MHC K1897乳酸化降低的主要介質(zhì)。Co-IP分析顯示NALA明顯上調(diào)α-MHC K1897的乳酸化水平（圖3j）。另外，NALA治LIAO明顯增加α-MHC K1897乳酸化和α-MHC - titin相互作用（圖3k）。此外，在Ang II誘導(dǎo)的心衰中，NALA給藥后α-SMA、Col-1、Cleaved-Caspase3和Cleaved -PARP1的表達明顯下降（圖3l-m）。

表明，心肌細胞和心肌組織中的乳酸缺乏可能是α-MHC K1897乳酸化減少的重要介質(zhì)，可以通過NALA來挽救。NALA通過增強α-MHC K1897體外和體內(nèi)的乳酸化顯著消除心力衰竭。

圖3 抑制LDHA會降低乳酸濃度并抑制α-MHC K1897乳酸化，NALA治LIAO可挽救心衰（Ref. Fig 4/5/6）

結(jié)論：該研究利用蛋白質(zhì)組和乳酸化修飾組發(fā)現(xiàn)心衰組織中α-MHC K1897乳酸化明顯降低，確定p300、SIRT1、LDHA和細胞內(nèi)乳酸濃度，是心力衰竭期間α-MHC K1897乳酸化的調(diào)節(jié)因子。表明，α-MHC K1897乳酸化調(diào)節(jié)α-MHC與Titin互作，并且α-MHC K1897乳酸化的減少易發(fā)生心力衰竭。心力衰竭患者心肌細胞中乳酸濃度的降低可能是α-MHC K1897乳酸化降低的主要原因。此外，NALA和MCT4抑制劑上調(diào)α-MHC K1897乳酸化并緩解心衰?？傊募∪樗嵬ㄟ^α-MHC乳酸化直接調(diào)節(jié)肌節(jié)結(jié)構(gòu)和功能，可作為心衰的新治LIAO策略