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衛(wèi)濤濤課題組與清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院合作揭示SIRT5對(duì)急性心肌梗死的保護(hù)機(jī)制
2021年7月22日，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《Frontiers in Cell and Developmental Biology》發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理研究所與清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院合作完成的論文"Cardio-protective role of SIRT5 in response to acute ischemia through a novel liver-cardiac crosstalk mechanism"。合作團(tuán)隊(duì)在小鼠模型中發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死造模手術(shù)可誘導(dǎo)肝臟Sirtuin5（SIRT5）的表達(dá)水平升高，并促進(jìn)一系列功能蛋白發(fā)生去酰基化修飾；在此基礎(chǔ)上通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建在肝臟中特異性過表達(dá)SIRT5的轉(zhuǎn)基因小鼠，發(fā)現(xiàn)過表達(dá)SIRT5的小鼠在急性心肌梗死后通過一種全新的肝臟-心臟相互作用機(jī)制，引起肝臟中FGF21的分泌入血增加，改善心肌細(xì)胞能量代謝，從而對(duì)急性心肌梗死發(fā)揮保護(hù)作用。
蛋白質(zhì)酰基化修飾是主要發(fā)生于賴氨酸殘基的一大類蛋白質(zhì)翻譯后修飾，以代謝中間產(chǎn)物（乙酰輔酶A、丙二酰輔酶A、琥珀酰輔酶A等）為反應(yīng)底物。組蛋白的乙酰化修飾參與表觀遺傳學(xué)調(diào)控，代謝酶的乙酰化修飾參與細(xì)胞代謝重編程，而其它類型蛋白質(zhì)酰基化修飾的生理及病理生理學(xué)作用尚有待揭示。在前期工作中，衛(wèi)濤濤課題組與清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院張萍教授團(tuán)隊(duì)合作，通過蛋白修飾組學(xué)技術(shù)發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死患者的血清蛋白中，琥珀酰化修飾水平顯著低于健康志愿者，提示蛋白質(zhì)琥珀酰化與急性心肌梗死密切相關(guān)，并有望成為早期診斷急性心肌梗死的特異性血漿標(biāo)志物（Proteomics Clin Appl?2020）。SIRT5是重要的去琥珀酰化修飾酶，已有的研究結(jié)果表明與野生型小鼠相比，在小鼠心臟中特異性敲除SIRT5對(duì)急性心肌梗死沒有顯著影響，而全身敲除SIRT5顯著增加心梗面積，提示其它組織和器官中的SIRT5可能通過某種未知機(jī)制保護(hù)心臟。
本研究首先發(fā)現(xiàn)小鼠經(jīng)急性心肌梗死造模手術(shù)后，其心肌組織中SIRT5的表達(dá)水平?jīng)]有改變，但肝臟組織中SIRT5水平卻顯著升高。為了證實(shí)肝臟SIRT5與急性心肌梗死之間的關(guān)系，合作團(tuán)隊(duì)通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建了在肝臟中特異性過表達(dá)SIRT5的轉(zhuǎn)基因小鼠(Liver SIRT5 OE)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明急性心肌梗死造模手術(shù)引起Liver SIRT5 OE小鼠心肌壞死和心肌纖維化的程度顯著低于野生型（WT）小鼠，提示肝臟中高表達(dá)的SIRT5可能對(duì)急性心肌梗死具有保護(hù)作用。結(jié)合蛋白定量質(zhì)譜和生物信息學(xué)分析，合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Liver SIRT5 OE小鼠肝臟線粒體中糖脂代謝相關(guān)通路（三羧酸循環(huán)、脂肪酸β氧化、氧化磷酸化）若干重要限速蛋白的表達(dá)水平明顯高于野生型小鼠。
已有文獻(xiàn)報(bào)道FGF21可以通過肝臟-心臟相互作用在急性心肌梗死中發(fā)揮保護(hù)心臟的作用，但機(jī)制不明；合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)Liver SIRT5 OE小鼠在發(fā)生急性心梗后血液和心臟中FGF21水平均較野生型小鼠顯著增加，表明肝臟中高表達(dá)的SIRT5可在急性心肌梗死病理?xiàng)l件下促進(jìn)肝臟中FGF21的分泌入血，并通過內(nèi)分泌的方式作用于心臟組織，改善心肌細(xì)胞能量代謝并發(fā)揮心臟保護(hù)作用。此前，衛(wèi)濤濤課題組與質(zhì)譜平臺(tái)楊福全課題組、北京大學(xué)李婷婷課題組合作，首次報(bào)道了蛋白質(zhì)丙二酰化修飾在代謝綜合征的發(fā)生發(fā)展中起關(guān)鍵作用（Mol Cell Proteomics?2015）、發(fā)展了預(yù)測(cè)低豐度蛋白質(zhì)酰基化修飾的生物信息學(xué)工具（J Proteome Res?2016）；并通過構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠模型，證明去酰基化修飾酶SIRT5可能是改善糖脂代謝紊亂的有效靶標(biāo)（EBioMedicine?2018）。這一系列研究工作提示SIRT5激動(dòng)劑可能是治療代謝綜合征和急性心肌梗死的潛在藥物。
清華大學(xué)附屬北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院周博達(dá)副主任醫(yī)師、生物物理所博士生肖敏及胡昊（已畢業(yè)）為該論文的共同第一作者；生物物理所衛(wèi)濤濤研究員、北京清華長(zhǎng)庚醫(yī)院張萍教授為論文的共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等基金的資助，并得到了蛋白質(zhì)科學(xué)平臺(tái)的大力協(xié)助。
圖1. （A）急性心肌梗死造模手術(shù)后小鼠肝臟中SIRT5蛋白的表達(dá)水平升高。（B）通過CRISPR/Cas9基因編輯技術(shù)構(gòu)建肝臟特異性過表達(dá)SIRT5的轉(zhuǎn)基因小鼠 (Liver SIRT5 OE) 小鼠。(C)急性心肌造模梗死造模手術(shù)引起的心肌損傷顯著低于野生型小鼠。（D）急性心肌造模梗死造模手術(shù)引起的心臟纖維化顯著低于野生型小鼠。
圖2. (A) (B)急性心肌梗死造模手術(shù)后Liver SIRT5 OE小鼠血漿中及心肌中FGF21水平增加。（C）（D）比較定量蛋白組學(xué)及生物信息學(xué)分析結(jié)果顯示Liver SIRT5 OE小鼠線粒體中糖脂代謝相關(guān)通路（三羧酸循環(huán)、脂肪酸β氧化、氧化磷酸化）多種蛋白的表達(dá)水平顯著高于野生型小鼠。
文章鏈接：https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fcell.2021.687559/
供稿：衛(wèi)濤濤研究組
