揭示NO/cGMP信号缺失对小鼠心脏蛋白质组及磷酸化修饰的影响

推荐 为解决NO/cGMP信号通路在心血管疾病中的功能机制问题，研究人员通过质谱技术分析了不同基因敲除小鼠心脏的蛋白质组、磷酸化修饰组和S-亚硝基化修饰组变化。结果显示，NO/cGMP信号缺失导致Mapk3/Mapk1信号通路异常激活，可能引发心肌肥厚和功能障碍，为心血管疾病治疗提供新靶点。

　　

论文解读
心血管疾病是全球范围内的主要健康问题，其中一氧化氮（NO）和环磷酸鸟苷（cGMP）信号通路在调节心血管功能中起着至关重要的作用。NO由三种一氧化氮合酶（NOS1、NOS2、NOS3）生成，通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC）产生cGMP，进而激活cGMP依赖性蛋白激酶（Prkg），调控多种生理功能。然而，NO/cGMP信号通路的缺陷与心血管疾病的发病机制密切相关，但其具体变化和影响尚不完全清楚。

为了解决这一问题，来自美国费城儿童医院的研究人员通过质谱技术，系统分析了缺乏NOS1、NOS2、NOS3、所有三种NOS酶（tNOS）以及sGCα1亚基的小鼠心脏中的蛋白质组、磷酸化修饰组和S-亚硝基化修饰组的变化。研究发现，在单个NOS基因敲除的小鼠中，蛋白质组和磷酸化修饰组的变化较小，表明生物系统的代偿机制在起作用。然而，在tNOS敲除小鼠中，蛋白质组和磷酸化修饰组分别有21%和9%的重塑，涉及关键的激酶，表明适应性重编程以维持信号传导。

研究还发现，NO/cGMP信号的缺失导致S-亚硝基化蛋白质的数量显著减少，尤其是在NOS3敲除小鼠中，S-亚硝基化蛋白质减少了80%。这表明S-亚硝基化在心血管系统的蛋白质功能调控中具有重要作用。此外，tNOS敲除小鼠中Mapk3和Mapk1信号通路的异常激活可能促进病理性心肌肥厚和功能障碍，这在5个月大的tNOS敲除小鼠中表现为左心室肥大和心肌细胞肥大。

这项研究的重要意义在于揭示了NO/cGMP信号通路在心血管系统中的复杂调控机制，并为开发针对心血管疾病的新型治疗策略提供了潜在靶点。通过质谱技术对蛋白质组、磷酸化修饰组和S-亚硝基化修饰组的全面分析，研究人员能够深入了解NO/cGMP信号缺失对心脏功能的深远影响，为未来的研究提供了重要的理论基础。

研究方法
研究人员使用了质谱技术（MS/MS）来分析小鼠心脏的蛋白质组、磷酸化修饰组和S-亚硝基化修饰组。样本来自不同基因敲除的小鼠，包括NOS1、NOS2、NOS3、tNOS和sGCα1敲除小鼠，以及野生型对照小鼠。通过液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）平台进行数据采集和分析，结合生物信息学工具进行数据处理和功能注释。

研究结果

蛋白质组景观

研究人员在所有基因型的小鼠心脏中检测到3973种蛋白质，发现单个NOS基因敲除的小鼠蛋白质组变化较小，而tNOS敲除小鼠的蛋白质组发生了显著重塑，448种蛋白质的相对丰度降低，366种增加。主要受影响的生物途径包括细胞呼吸、氧化磷酸化和脂肪酸氧化。

磷酸化修饰组景观

在所有基因型中检测到12,528个独特的磷酸化位点，分布在2136种蛋白质上。单个NOS基因敲除对磷酸化修饰组的影响较小，而tNOS敲除小鼠中有401个磷酸化位点发生调控，主要涉及心肌细胞收缩和膜电位相关的生物过程。

S-亚硝基化修饰组景观

在野生型小鼠心脏中鉴定出728个S-亚硝基化半胱氨酸残基，分布在415种蛋白质上。NOS基因敲除显著减少了S-亚硝基化蛋白质的数量，尤其是NOS3敲除小鼠中减少了80%。

功能通路的变化

在tNOS敲除小鼠中，NO/cGMP信号通路及其下游靶点Prkg1的磷酸化显著失调。心肌细胞收缩功能也受到影响，特别是NOS1敲除小鼠中与收缩相关的蛋白质磷酸化水平发生变化。

激酶和磷酸酶的变化

研究发现tNOS敲除小鼠中心脏激酶和磷酸酶的表达水平发生变化，特别是Mapk3和Mapk1的磷酸化水平显著升高，可能通过AT1R信号通路促进病理性心肌肥厚。

研究结论与讨论
研究表明，NO/cGMP信号通路的缺失会导致心脏蛋白质组和磷酸化修饰组的显著变化，尤其是tNOS敲除小鼠中Mapk3和Mapk1信号通路的异常激活可能促进病理性心肌肥厚和功能障碍。尽管单个NOS基因敲除的小鼠通过代偿机制维持了蛋白质组和磷酸化修饰组的相对稳定，但tNOS敲除小鼠的显著变化表明NO/cGMP信号通路在心血管系统中的重要性。

这项研究为理解NO/cGMP信号通路在心血管疾病中的作用提供了新的视角，并为开发针对心血管疾病的新型治疗策略提供了潜在靶点。未来的研究可以进一步探索这些信号通路的具体调控机制及其在心血管疾病中的应用潜力。