ATP-柠檬酸裂解酶调控心肌NAD+ /NADH平衡与心力衰竭的代谢机制研究

本研究揭示了ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）在心肌细胞中通过调控NAD+ /NADH平衡影响线粒体呼吸与心脏功能的关键作用。研究人员通过药理学抑制和基因敲除模型，发现ACLY缺失导致NADH积累、呼吸链活性改变，并与人类心力衰竭（HFrEF/HFpEF）中ACLY表达下降的表型关联。该研究为代谢失衡相关心衰提供了新靶点，并为NAD+ 补充疗法的应用奠定理论基础。

　　

心脏作为高耗能器官，其功能高度依赖线粒体能量代谢。然而，心力衰竭患者常伴随代谢紊乱，尤其是NAD⁺
/NADH（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化型/还原型）比例失衡，但具体调控机制尚不明确。近年研究发现，ATP-柠檬酸裂解酶（ACLY）——一个传统认为仅参与脂质合成的酶——可能在心肌代谢中扮演关键角色。临床数据显示，ACLY在人类心力衰竭（包括射血分数降低型HFrEF和保留型HFpEF）心肌中表达显著降低，这提示ACLY可能与心脏功能衰退存在潜在关联。那么，ACLY如何影响心肌代谢？其缺失为何会导致心脏功能障碍？这些问题成为代谢性心脏病研究的新焦点。

为解答上述问题，约翰霍普金斯大学医学院的研究团队展开系统性研究。他们首先通过人类心肌组织分析确认ACLY在心力衰竭中的表达特征，随后利用原代心肌细胞（包括成年小鼠和新生大鼠心肌细胞）及两种基因工程小鼠模型（AAV9-shRNA全身敲低和心肌特异性诱导性敲除），结合ACLY特异性抑制剂（BMS-303141等），多维度解析ACLY的生理功能。关键技术包括：代谢流分析（¹³
C-葡萄糖示踪）、线粒体呼吸检测（Seahorse分析仪）、NAD⁺
/NADH定量（Promega试剂盒）、实时线粒体NADH荧光监测，以及超声心动图评估心脏功能。研究队列涵盖24例非心衰对照、30例HFrEF和41例HFpEF患者心肌样本。

ACLY在心力衰竭中的表达特征
人类心肌转录组数据显示，ACLY及其上游转录调控因子CHREBP和SREBP1在心衰患者中表达显著降低，其中HFpEF组下降最明显。蛋白水平验证显示，ACLY在心衰心肌中减少约30%，提示ACLY表达缺陷可能是心衰的共性特征。

ACLY调控心肌TCA循环旁路
通过¹³
C-葡萄糖代谢示踪，研究发现ACLY抑制剂（1 μmol/L BMS）阻断胞质柠檬酸转化为草酰乙酸（OA）和乙酰辅酶A（acetyl-CoA），导致M2-苹果酸/M2-柠檬酸比值升高，证实心肌细胞存在ACLY依赖的TCA循环旁路。该旁路通过减少线粒体NADH生成步骤（从3个降至1个）并消耗胞质NADH，动态调节NAD⁺
/NADH平衡。

ACLY抑制的细胞特异性毒性
不同于其他细胞类型，心肌细胞对ACLY抑制异常敏感：25 μmol/L BMS导致乳酸脱氢酶（LDH）释放，而心脏成纤维细胞无此反应。低剂量（1 μmol/L）虽不影响基础收缩功能，但通过线粒体NADH荧光监测发现，ACLY抑制会线性增加线粒体NADH蓄积，降低整体NAD⁺
/NADH比值。这种细胞毒性可被线粒体靶向NAD⁺
生成酶（mitoLBnox）或口服NAD⁺
前体（NMN）逆转，证实NAD⁺
/NADH失衡是核心机制。

ACLY缺失对心脏功能的影响
AAV9介导的ACLY敲低小鼠出现左室扩张、射血分数下降（EF降低15%）和肺淤血，同时心肌NAD⁺
/NADH比值降低。NMN治疗可完全逆转这些异常。心肌特异性敲除（cmAcly^?/?
）小鼠表型更温和，但压力超负荷（TAC）后心功能恶化更显著，伴随运动耐量下降和应激基因（如Nppb、Myh7）上调，提示ACLY缺失削弱心脏应激储备。

讨论与意义
该研究首次揭示ACLY是心肌NAD⁺
/NADH平衡的“代谢刹车”，其抑制虽短期增强线粒体呼吸（OCR上升），但长期导致还原应激（reductive stress）和功能衰退。这一发现解释了心衰患者ACLY下调的双面性：既是适应性能量调节，也可能加速代谢失代偿。临床转化方面，研究为NAD⁺
增强疗法（如NMN）应用于ACLY相关心衰提供依据，同时警示开发ACLY抑制剂（如抗肿瘤药物）时需评估心脏毒性。未来研究需明确ACLY调控NADH的具体靶点，以及其与Sirtuins等NAD⁺
依赖酶的交互作用。

论文发表于《JACC: Basic to Translational Science》，为代谢性心脏病领域树立了“酶-代谢物-功能”研究范式，其创新性在于将传统脂质代谢酶ACLY重新定义为心肌氧化还原稳态的核心调控者，为心衰的精准分型和治疗开辟新路径。