MARCH5通过调控Akt/mTOR/Gsk-3β/GATA4信号通路促进病理性心脏肥大的机制研究

本研究揭示了线粒体外膜E3泛素连接酶MARCH5在病理性心脏肥大中的关键作用，通过体内外实验证实其通过直接结合Akt并激活Akt/mTOR/Gsk-3β/GATA4信号级联反应促进心肌细胞肥大。研究首次阐明MARCH5-Akt互作分子机制，为心脏肥大和心力衰竭治疗提供了新靶点。

　　

MARCH5在心脏肥大中的调控机制

ABSTRACT

心脏肥大作为心血管疾病发展的重要病理过程，其分子机制尚未完全阐明。本研究聚焦线粒体E3泛素连接酶MARCH5（membrane-associated RING-CH protein V），发现其在压力超负荷和血管紧张素II（Ang II）刺激的心肌肥大模型中表达显著上调。通过构建MARCH5基因敲除（MARCH5^+/?）小鼠和腺相关病毒（AAV9）介导的过表达模型，结合原代大鼠心肌细胞（NRCMs）实验，系统揭示了MARCH5通过Akt/mTOR/Gsk-3β/GATA4信号轴调控心肌肥大的全新机制。

1 Introduction

全球心血管疾病患者数量在30年间激增93%，其中心脏肥大是心力衰竭的前驱病变。研究团队前期发现MARCH5可通过Akt/eNOS通路调控内皮功能，而Akt信号在心肌肥大中具有双重调控作用。基于E3泛素连接酶家族（如TRAF6、MuRF1）在心脏重塑中的关键地位，本研究提出科学假设：线粒体定位的MARCH5可能通过修饰Akt信号参与心肌肥大调控。

2 Materials and Methods

实验采用8-10周龄C57BL/6小鼠建立横主动脉缩窄（TAC）模型，通过超声心动图评估左室射血分数（EF%）、缩短分数（FS%）等心功能指标。原代心肌细胞经Ang II（1μM）诱导肥大，分别进行MARCH5 siRNA沉默和腺病毒（adv-MARCH5）过表达干预。关键实验技术包括：

• 共免疫沉淀（CoIP）验证MARCH5-Akt相互作用

• 免疫荧光染色量化心肌细胞横截面积

• Western blot检测Akt（Ser473）、mTOR、Gsk-3β（Ser9）磷酸化水平

• 实时定量PCR（RT-qPCR）分析ANP、BNP、MYH7等肥大标志基因

3 Results

3.1 MARCH5在肥大心肌中特异性上调

TAC手术4周后，小鼠心脏重量/体重比（HW/BW）增加47%，心肌细胞横截面积扩大2.1倍，伴随MARCH5蛋白表达显著升高。值得注意的是，Ang II刺激仅使心肌细胞（NRCMs）的MARCH5表达上调，而对心脏成纤维细胞（NRCFs）无影响，提示MARCH5具有细胞类型特异性调控特征。

3.2 基因干预实验验证功能

在细胞层面，MARCH5 siRNA使Ang II诱导的BNP表达降低62%，心肌细胞面积减少45%；而adv-MARCH5过表达则使上述指标进一步恶化。在动物模型中，MARCH5^+/?小鼠TAC术后EF%较野生型高18%，心肌纤维化面积减少53%；反之，AAV9-MARCH5过表达使HW/TL比值增加29%。

3.3 机制解析：Akt信号轴的关键作用

CoIP实验首次证实MARCH5与Akt存在直接物理结合。使用Akt特异性抑制剂MK-2206处理，可完全逆转MARCH5过表达导致的肥大表型。下游机制研究发现：

• MARCH5沉默使Akt（Ser473）磷酸化降低68%

• mTOR和Gsk-3β磷酸化水平分别下降54%和61%

• 转录因子GATA4核定位显著减少

4 Discussion

本研究创新性地将线粒体质量控制与心肌肥大信号转导相联系：MARCH5作为"分子开关"，通过K63位泛素化修饰增强Akt膜转位和活化，进而解除Gsk-3β对GATA4的抑制作用，最终促进ANP、BNP等肥大相关基因转录。特别值得注意的是，MARCH5调控存在"线粒体-细胞核"跨区室通讯特征——虽然定位于线粒体外膜，却能远程调控核转录因子活性。

5 Conclusion

该研究不仅阐明MARCH5-Akt/mTOR/Gsk-3β/GATA4轴在心脏肥大中的核心地位，更提示靶向线粒体E3连接酶可能成为心力衰竭治疗的新策略。未来研究可进一步探索：

1. MARCH5对Akt特异性泛素化修饰类型

2. 心肌特异性MARCH5敲除动物的长期表型

3. 小分子抑制剂开发及其与现有疗法（如β受体阻滞剂）的协同效应