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在心脏发育研究中，GSNO 对心肌细胞成熟很重要，但 mtCx43S- 亚硝基化在其诱导心肌分化中的作用不明。研究人员用小鼠胚胎干细胞（ESCs）分化模型展开研究，发现 GSNO 诱导 mtCx43S- 亚硝基化可增强线粒体功能，助力 ESCs 分化为 CMs，为心肌分化研究提供新视角。
在生命的奇妙旅程中，心脏的发育宛如一场精密的交响乐，每一个音符都至关重要。
S- 亚硝基谷胱甘肽（GSNO）作为内源性一氧化氮（NO）供体，在心肌细胞（CMs）的成熟过程中扮演着不可或缺的角色，就像一位幕后指挥家，默默调控着心脏发育的进程。过往研究发现，它能通过蛋白质的
S- 亚硝基化修饰，调节各种细胞活动，对维持心肌细胞的正常功能和心脏健康意义重大。比如在缺氧环境下，它能像忠诚的卫士一样，保护钠钾 ATP 酶不被不可逆氧化，保障心肌细胞正常收缩。
然而，这场交响乐中仍有一些不和谐的音符。虽然科学家们知道 GSNO 在心肌细胞发育中作用关键，可对于线粒体 Cx43（mtCx43，一种参与细胞间通讯的膜蛋白，在干细胞向心肌细胞再生过程中起着关键作用）的S- 亚硝基化修饰，在 GSNO 诱导心肌分化中的具体机制却知之甚少。这就好比知道了乐队里有重要成员，但不清楚他们具体是如何配合演奏的。这种知识上的空白，让研究人员决心深入探索，以填补这一领域的研究空缺，为心脏发育和再生医学研究提供更坚实的理论基础。
于是，来自未知研究机构的研究人员踏上了探索之旅。他们巧妙地构建了小鼠胚胎干细胞（ESCs）向心肌细胞分化的模型，试图解开这个谜团。经过一系列深入研究，他们发现了令人惊喜的结果：GSNO 处理能显著上调胚胎体（EBs）的线粒体跨膜电位、ATP 生成、活性氧（ROS）水平、呼吸链复合物 Ι 活性以及 mtCx43 半通道通透性。而且，GSNO 处理后，分化中的 EBs 里 mtCx43 的S- 亚硝基化水平明显增强。进一步研究发现，过表达 mtCx43 会放大 GSNO 对线粒体成熟的促进作用，而过表达突变体 mtCx43C271A则会削弱这种效果。研究人员还发现，用 mtCx43 半通道特异性阻断剂 Gap19 预处理 EBs 后，会降低线粒体融合蛋白 2（Mfn2）的表达，损害线粒体的成熟和功能，同时消除 mtCx43S- 亚硝基化的促心肌生成作用。此外，mtCx43S- 亚硝基化诱导的心脏分化依赖于线粒体对 Ca2+的摄取。这些研究成果就像一把把钥匙，逐渐打开了心脏发育机制的大门，为未来诱导多能干细胞（iPSCs）定向分化为心肌细胞的研究提供了宝贵的理论依据，有望推动再生医学在心脏疾病治疗方面取得重大突破。该研究成果发表在《Biochemical Pharmacology》上。
研究人员开展研究时用到的主要关键技术方法有：培养小鼠胚胎干细胞（ES-D3）并诱导其向心肌细胞分化；通过观察 EBs 的自发收缩率评估心肌分化效果；利用过表达技术改变 mtCx43 及其突变体的表达水平；使用 Gap19 阻断 mtCx43 半通道，探究其对线粒体功能和心肌分化的影响。
下面来详细看看研究结果：
- GSNO 诱导 mESCs 向 CMs 分化与线粒体调控：研究人员通过在光学显微镜下观察 EBs 在不同时间的自发收缩率，评估 GSNO 对 ESCs 定向心肌分化的影响。结果显示，在第 5 + 1 天，GSNO 处理组和对照组的收缩率无显著差异；但到了第 5 + 2 天和第 5 + 3 天，GSNO 处理组的跳动率显著增加。这表明 GSNO 能促进 ESCs 向 CMs 分化，且这种促进作用与线粒体调控密切相关。
- mtCx43S- 亚硝基化在 GSNO 诱导心肌分化中的作用：研究发现，GSNO 处理后，分化中的 EBs 里 mtCx43 的S- 亚硝基化水平显著增强。过表达 mtCx43 进一步放大了 GSNO 对线粒体成熟的促进作用，而过表达 mtCx43C271A突变体则削弱了这种作用。这说明 mtCx43 的S- 亚硝基化在 GSNO 诱导的心肌分化中起着重要的调节作用。
- mtCx43 半通道对线粒体功能和心肌分化的影响：研究人员用 Gap19 预处理 EBs，发现它会显著降低 Mfn2 的表达，损害线粒体的成熟和功能，同时消除 mtCx43S- 亚硝基化的促心肌生成作用。这表明 mtCx43 半通道的正常功能对于维持线粒体的正常功能和促进心肌分化至关重要。
- mtCx43S- 亚硝基化诱导心脏分化与线粒体 Ca2+摄取的关系：研究证明，mtCx43S- 亚硝基化诱导的心脏分化依赖于线粒体对 Ca2+的摄取。这揭示了 mtCx43S- 亚硝基化促进心脏分化的一个重要机制。
综合研究结论和讨论部分，该研究首次揭示了 GSNO 诱导 mtCx43 的S- 亚硝基化通过促进 mtCx43 半通道开放，增强了 EBs 中的线粒体功能，从而促进了 ESCs 向 CMs 的定向分化。这一发现为深入理解线粒体调控和心脏谱系定向分化的机制提供了新的视角，为未来利用 iPSCs 定向分化为 CMs 治疗心脏疾病的研究奠定了坚实的理论基础，具有重要的科学意义和潜在的临床应用价值 。
