线粒体tRNA特异性牛磺酸修饰与铁死亡相关心肌损伤的关联机制及调控作用研究

本研究针对铁死亡（ferroptosis）在缺血性心肌损伤中的作用机制尚不明确的问题，通过LC-MS技术系统分析了40种tRNA修饰在心肌损伤模型中的动态变化。研究人员发现线粒体tRNA（mt-tRNA）第34位牛磺酸修饰（τm5U/τm5s2U）显著下调，证实其消耗与MTO1/GTPBP3表达降低相关。该研究首次揭示了tRNA表观转录组重编程通过调控活性氧（ROS）和脂质过氧化物影响心肌细胞铁死亡的新机制，为缺血性心脏病治疗提供了新靶点。

　　

心脏疾病一直是威胁人类健康的头号杀手，其中缺血性心脏病（IHD）因冠状动脉阻塞导致心肌供血不足，引发包括铁死亡（ferroptosis）在内的多种细胞死亡途径。尽管铁死亡已被证实参与心肌梗死、缺血再灌注等病理过程，但其在tRNA表观转录组层面的调控机制仍是未解之谜。tRNA作为翻译过程中的关键分子，其化学修饰的异常与多种疾病相关，但修饰动态变化如何影响心肌细胞命运决定尚缺乏系统研究。

澳门科技大学的研究团队在《Journal of Molecular Biology》发表论文，通过整合体内外模型和LC-MS（液相色谱-质谱联用技术）RNA定位平台，揭示了线粒体tRNA特异性牛磺酸修饰与铁死亡相关心肌损伤的分子关联。研究采用大鼠心肌梗死模型和RSL3（铁死亡诱导剂）处理的H9C2心肌细胞，通过TTC染色、电生理检测验证模型；利用UHPLC-Q-TOFMS（超高效液相色谱-四级杆飞行时间质谱）定性分析40种tRNA修饰，MRM（多反应监测）模式定量；结合siRNA沉默、CCK-8检测和氧化应激指标测定等技术手段。

线粒体tRNA特异性牛磺酸修饰与铁死亡相关心肌损伤的关联机制
研究首先通过TTC染色和心电图ST段抬高证实心肌梗死模型成功建立，GPX4（谷胱甘肽过氧化物酶4）等标志物显著下调。LC-MS分析发现心肌组织中8种tRNA修饰显著改变，其中τm5U和τm5s2U在mt-tRNA^Trp
和mt-tRNA^Gln
的第34位修饰下调最显著。RNA定位实验进一步验证CCU[τm5U]CA[ms2i6A]AG等特征片段减少50%，表明修饰缺失与tRNA功能重编程直接相关。

铁死亡通过消耗牛磺酸和下调MTO1/GTPBP3影响修饰水平
在RSL3诱导的H9C2铁死亡模型中，τm5U/τm5s2U水平与细胞内牛磺酸含量呈正相关。机制研究发现，RSL3通过降低牛磺酸供应和抑制GTPBP3/MTO1（线粒体tRNA修饰酶）表达导致修饰缺失。当用20 mM牛磺酸恢复处理后，修饰水平回升至91%，同时细胞对RSL3的耐受性增强，ROS和MDA（丙二醛）水平显著降低。

tRNA修饰调控心肌细胞铁死亡敏感性的功能验证
通过siRNA沉默GTPBP3/MTO1特异性降低τm5U/τm5s2U后，RSL3的IC50值下降2.3倍；而牛磺酸补充可使IC50从3.09 μM升至4.66 μM，但该保护效应在修饰缺陷细胞中被削弱。这表明牛磺酸修饰的完整性是抵抗铁死亡的关键因素，而非单纯依赖牛磺酸的抗氧化作用。

该研究首次构建了tRNA表观转录组与铁死亡的调控网络，揭示线粒体特异性τm5U/τm5s2U修饰通过维持翻译准确性影响心肌细胞命运。病理条件下，缺血应激导致牛磺酸代谢紊乱和修饰酶表达失调，进而通过线粒体功能障碍加剧铁死亡。这不仅解释了临床观察到的牛磺酸心肌保护效应，还为开发靶向tRNA修饰的缺血性心脏病疗法提供了理论依据。研究提出的LC-MS修饰定位策略，也为表观转录组在心血管疾病中的应用开辟了新途径。