心肌细胞特异性敲除PTP1B通过调控PKM2/AMPK代谢轴改善高脂饮食诱导的心肌病

为解决高脂饮食(HFD)诱发心肌代谢紊乱导致心肌病的临床难题，Sun等研究者通过构建心肌细胞特异性PTP1B敲除小鼠(PTP1Bfl/fl::???MHCCre/+)，结合代谢组学与磷酸化蛋白质组学技术，揭示PTP1B通过PKM2/AMPK信号轴调控脂肪酸氧化(FAO)与葡萄糖代谢转换，为心血管并发症提供新靶点。该成果发表于《Science Signaling》，为代谢性心肌病干预策略奠定理论基础。

　　

随着全球肥胖率持续攀升，高脂饮食(HFD)诱发的心肌代谢紊乱已成为心血管疾病的重要诱因。心肌细胞在病理应激下会从依赖脂肪酸氧化(FAO)转变为糖酵解供能，这一代谢转换与心肌肥厚、心功能衰竭密切相关。然而，调控这一过程的关键分子机制尚未阐明。蛋白酪氨酸磷酸酶1B(PTP1B)作为胰岛素信号通路的负调控因子，在肥胖个体中表达升高，但其在心肌细胞中的特异性作用仍属未知。

为解答这一科学问题，纽约大学格罗斯曼医学院等机构的研究人员构建了心肌细胞特异性PTP1B敲除小鼠模型(PTP1B^fl/fl::???MHC^Cre/+)，通过多组学联用技术系统揭示了PTP1B缺失通过PKM2/AMPK/NAD⁺信号轴改善心肌代谢的分子机制。这项突破性研究发表于《Science Signaling》，为代谢性心肌病的精准干预提供了新思路。

研究团队运用了以下关键技术：① 条件性基因敲除小鼠模型构建；② 高分辨率超声心动图与斑点追踪技术评估心功能；③ 透射电镜观察线粒体超微结构；④ 海马能量代谢分析仪检测线粒体呼吸功能；⑤ 基于质谱的代谢组学与酪氨酸磷酸化蛋白质组学分析；⑥ 分子生物学实验验证关键信号通路。

CM特异性敲除PTP1B预防HFD诱导的心肌病
通过10周HFD喂养实验发现，PTP1B缺失显著抑制心肌肥厚指标（心脏重量/胫骨长度比降低1.2倍），维持心肌细胞正常形态。超声检测显示左心室质量、LVIDd等参数改善，胎儿基因表达谱分析证实ANP、MYH7等病理标志物表达回调。

PTP1B缺失改善线粒体功能
透射电镜显示敲除组线粒体嵴结构完整，肿胀比例降低47%。Seahorse检测证实ATP关联呼吸提升2.1倍，复合体I(NDUFB8)和II(SDHB)表达增加，JC-1荧光比值升高表明膜电位恢复。抗氧化酶SOD和CAT mRNA表达上调3倍。

代谢重编程转向FAO
代谢组学检测到741种代谢物中86种显著变化，糖酵解中间体（如葡萄糖-6-磷酸）降低40%，而酰基肉碱(AC)增加2.4倍。免疫印迹显示PDH磷酸化水平升高，CPT1b和PPARα表达分别上调35%和28%，油红O染色证实脂滴沉积减少62%。

PKM2/AMPK信号轴激活
磷酸化蛋白质组学鉴定出267个差异磷酸化蛋白，KEGG分析显示VEGF、自噬等通路富集。实验验证PKM2酪氨酸105位点磷酸化增加3倍，AMPK Thr¹⁷²磷酸化提升2.8倍，导致ACC1抑制和HSL激活。NAD⁺合成关键酶NAMPT蛋白水平升高40%。

药理验证核心机制
使用PTP1B抑制剂DPM1001处理原代心肌细胞，可重现PKM2/AMPK磷酸化增强表型；而AMPK抑制剂compound C则逆转CPT1b表达上调，证实该信号轴的核心调控作用。

这项研究首次阐明心肌细胞PTP1B通过双重机制调控代谢平衡：一方面通过IR/VEGFR-AKT通路维持胰岛素敏感性，另一方面通过PKM2-AMPK-NAD⁺轴促进FAO并抑制糖酵解。特别值得注意的是，PTP1B缺失引发的NAD⁺生物合成增强，为解释其线粒体保护作用提供了新视角。研究不仅为理解肥胖相关心肌病的发病机制提供了全新框架，更提示PTP1B抑制剂可能成为治疗代谢性心血管疾病的潜在药物。鉴于全球约50%人口将在203年前达到肥胖标准，这一发现具有重大公共卫生意义。