Sirtuin 4通过ROS介导的促纤维化转录信号加速心力衰竭发展的机制研究

本研究针对SIRT4在压力超负荷诱导的心力衰竭(HF)中的作用机制展开研究，通过构建心肌细胞特异性过表达Sirt4转基因小鼠模型，结合横向主动脉缩窄术(TAC)和线粒体靶向抗氧化剂MitoQ干预，发现SIRT4过表达通过增强活性氧(ROS)介导的促纤维化转录信号通路，加速心脏重构和功能障碍发展，为心力衰竭治疗提供了新的潜在靶点。

　　

心力衰竭是全球死亡率最高的疾病之一，其病理机制复杂，治疗效果有限。在心脏应对压力超负荷的代偿性反应中，线粒体功能障碍和氧化应激扮演关键角色。Sirtuin家族蛋白作为NAD⁺
依赖性去酰化酶，在心脏保护中具有重要作用，但其中SIRT4的功能却显得与众不同。既往研究发现SIRT4过表达会加重血管紧张素II诱导的心肌肥厚，但其在压力超负荷性心力衰竭中的具体作用机制尚不清楚。

为阐明这一问题，来自德国弗莱堡大学等机构的研究团队开展了系统性研究。研究人员采用心肌细胞特异性过表达Sirt4转基因小鼠(cSirt4-Tg)，结合横向主动脉缩窄术(TAC)建立压力超负荷模型，通过多组学分析和功能实验，揭示了SIRT4通过ROS-NOX4轴促进心肌纤维化和心功能恶化的新机制。相关成果发表在《Journal of Molecular and Cellular Cardiology Plus》。

关键技术方法包括：1)构建心肌特异性Sirt4过表达小鼠模型；2)横向主动脉缩窄术(TAC)诱导压力超负荷；3)线粒体靶向抗氧化剂MitoQ干预；4)心脏超声和离体工作心脏灌流评估心功能和能量代谢；5)RNA测序分析转录组变化；6)人类蛋白质芯片筛选SIRT4相互作用蛋白。

研究结果部分：

3.1 Sirt4心肌特异性过表达加重压力超负荷后的心功能障碍和纤维化
通过构建cSirt4-Tg小鼠模型证实，SIRT4过表达使TAC术后小鼠心功能恶化更显著，表现为射血分数(EF)降低、心室扩张加重、心脏重量增加和肺淤血，同时心肌纤维化程度显著增加。

3.2 Sirt4过表达损害糖酵解过程
离体工作心脏实验显示，cSirt4-Tg小鼠在TAC后糖酵解速率显著降低，而脂肪酸氧化无明显变化，提示能量代谢异常可能参与心功能恶化。

3.3 代谢相关基因表达谱变化
转录分析发现PPARα及其靶基因表达下调，但实际脂肪酸氧化速率未受影响，表明SIRT4对心肌能量代谢的调控存在转录后机制。

3.4 谷氨酸支持的呼吸能力增强受阻
cSirt4-Tg小鼠线粒体谷氨酸支持的状态3呼吸增强幅度显著低于对照组，提示线粒体功能适应性受损。

3.5 线粒体ROS加重心脏重构和纤维化
4-HNE检测证实cSirt4-Tg小鼠心肌氧化应激显著增强，MitoQ治疗可逆转这一现象并改善心功能和纤维化，但不影响MnSOD乙酰化状态。

3.6 Sirt4过表达引发显著的转录组重编程
RNA测序发现SIRT4过表达导致1000余个基因差异表达，其中促纤维化相关通路显著富集，MitoQ治疗可大部分逆转这些变化。

3.7 ROS驱动促纤维化信号激活
转录组分析显示胶原基因、TGF-β信号通路分子、基质金属蛋白酶(MMPs)及其抑制剂(TIMPs)等纤维化相关基因表达显著上调，且可被MitoQ逆转。

3.8 Nox4表达上调
cSirt4-Tg小鼠心肌NOX4表达增加7倍以上，可能是ROS产生增加的关键因素。

3.9 发现新的SIRT4潜在靶蛋白
人类蛋白质芯片筛选鉴定出14个新型SIRT4相互作用蛋白，包括亲环素A(PPIA)、降钙素基因相关肽受体组分蛋白(RCP)和IL-2受体β等。

研究结论与意义：
本研究系统阐明了SIRT4在压力超负荷性心力衰竭中的负面作用机制。SIRT4过表达通过多重途径加速心衰发展：1)促进NOX4表达和线粒体ROS产生；2)激活促纤维化转录程序；3)损害能量代谢适应性。特别重要的是，线粒体靶向抗氧化治疗可逆转这些异常，提示靶向SIRT4-ROS轴可能是心衰治疗的新策略。此外，发现的多个新型SIRT4相互作用蛋白为深入理解其分子机制提供了重要线索。这些发现不仅丰富了我们对sirtuin家族蛋白功能多样性的认识，也为心力衰竭的精准治疗提供了潜在靶点。