肥厚型心肌病中超收缩性驱动氧化应激导致肌酸激酶功能障碍的机制研究

《Circulation》：Hypercontractility and Oxidative Stress Drive Creatine Kinase Dysfunction in Hypertrophic Cardiomyopathy

本研究针对肥厚型心肌病（HCM）中能量代谢失衡的核心问题，揭示了由心肌超收缩性驱动线粒体活性氧（如H2O2）增加，进而通过氧化修饰导致肌酸激酶（CK）功能障碍的分子通路。研究人员利用多种基因工程小鼠模型和药物干预，证实靶向超收缩性的肌球蛋白抑制剂（如MYK-581）可缓解氧化应激、恢复CK功能并降低心律失常风险，为HCM的能量治疗提供了新策略。

　　

背景：肥厚型心肌病（Hypertrophic Cardiomyopathy, HCM）是一种常见的遗传性心脏疾病，其主要特征为左心室肥厚和心肌超收缩性。这种过度的机械负荷导致了能量供需的失衡，即能量消耗超过了产能，最终引起心肌能量耗竭。尽管肌酸激酶（Creatine Kinase, CK）在心脏能量稳态中扮演着关键角色，但它在HCM中的作用尚不明确。本研究旨在探索超收缩性如何驱动线粒体应激，以及由此导致的线粒体过氧化氢（H₂O₂）增加如何破坏CK的功能。

方法：研究人员分析了92例HCM患者（包含携带和不携带致病性肌节基因变异的个体）的左心室心肌组织以及30例非心衰的人类对照组织。他们通过mRNA分析、蛋白质免疫印迹、酶活性测定、质谱分析和氧化还原敏感的蛋白质组学技术，检测了肌原纤维和线粒体CK亚型的表达与功能。为了探究超收缩性、线粒体活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）和CK功能障碍之间的联系，研究使用了来自野生型、线粒体靶向过氧化氢酶过表达、CK敲除（缺失肌原纤维和线粒体CK）、HCM相关Mybpc3基因敲入以及mito-roGFP2-Orp1转基因等多种小鼠模型的分离心肌细胞。此外，还测试了钙离子（Ca²⁺）增敏剂EMD-57033、CK抑制剂1-氟-2,4-二硝基苯以及肌球蛋白抑制剂MYK-581（Mavacamten的衍生物）的药理效应。

结果：分析结果显示，HCM患者心肌中的肌原纤维和线粒体CK蛋白水平以及CK活性均显著降低，这主要是由于CK发生了氧化修饰。在野生型和CK敲除小鼠的分离心肌细胞中，由EMD-57033诱导的超收缩性升高了线粒体H₂O₂水平，从而引发了细胞性心律失常和CK功能失活。在Mybpc3敲入的心肌细胞中也观察到了由超收缩性诱导的氧化应激、心律失常和CK功能障碍。而具有增强的H₂O₂清除能力的线粒体靶向过氧化氢酶过表达小鼠，则能免受由EMD-57033介导的H₂O₂诱导的心律失常和CK功能障碍。在Mybpc3敲入心肌细胞中使用MYK-581治疗，可以减轻超收缩性，降低H₂O₂的产生和心律失常的发生，并保护CK功能。在野生型心肌细胞中使用1-氟-2,4-二硝基苯抑制CK，则会升高线粒体H₂O₂水平并引发细胞性心律失常。这种线粒体氧化作用在暴露于1-氟-2,4-二硝基苯的mito-roGFP2-Orp1心肌细胞中得到了独立证实。线粒体靶向过氧化氢酶过表达小鼠同样能够免受1-氟-2,4-二硝基苯诱导的氧化应激和致心律失常事件的影响。

结论：本研究揭示了在HCM中，超收缩性、线粒体活性氧和CK功能障碍之间存在一个机制上的联系，这三者共同作用，形成了一个能量功能障碍的恶性循环。通过肌球蛋白抑制来靶向超收缩性和氧化应激，为恢复HCM的能量平衡和降低心律失常风险提供了一种治疗策略。