ADP-核糖基转移酶3（ART3）通过ITGA7单ADP-核糖基化修饰抑制病理性心肌肥厚

《Acta Pharmaceutica Sinica B》：The ADP-ribosyltransferases 3 (ART3) is a novel suppressor of pathological cardiac hypertrophy by ribosylating ITGA7

　　

尽管病理性心肌肥厚与心力衰竭在心血管疾病中具有重要临床意义，但其分子机制尚未完全阐明。研究人员发现，霍乱毒素样ADP-核糖基转移酶（ARTC）家族可通过翻译后修饰调控膜蛋白功能及下游信号，但其在心脏病理中的作用仍未被探索。本研究旨在探究ADP-核糖基转移酶3（ART3）在心肌重构中的调控作用。研究人员利用腺相关病毒血清型9（AAV9）构建心肌细胞特异性ART3敲低与过表达小鼠模型，并通过RNA测序分析病理性心肌肥厚中ART3依赖的转录应答。在互补的体外与体内肥厚模型中开展功能验证，并结合免疫沉淀偶联质谱鉴定ART3的底物。结果显示，ART3在心肌细胞中富集，并在进行性心肌重构与心力衰竭过程中转录水平下调。心肌细胞特异性敲低ART3会加速心肌肥厚的代偿性向失代偿转化，而ART3过表达则发挥显著的抗肥厚与抗重构作用。机制上，ART3维持心肌细胞单ADP-核糖基转移酶活性，催化整合素亚基α7（ITGA7）第129位精氨酸（R129）残基的位点特异性单ADP-核糖基化（mADPr）。该翻译后修饰是整合素信号通路激活的必要条件，介导了所观察到的心脏保护作用。综上，本研究证实ART3通过mADPr修饰调控ITGA7，是病理性心肌肥厚的新型调节因子，提示其作为心力衰竭干预靶点的治疗潜力。

该研究发表于《Acta Pharmaceutica Sinica B》，针对当前心力衰竭治疗靶点匮乏、现有药物对射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）及晚期失代偿状态疗效有限的临床困境，聚焦病理性心肌肥厚向心力衰竭进展的关键分子机制展开探索。研究人员首次发现心肌特异性表达的ADP-核糖基转移酶3（ART3）在心肌重构与心力衰竭进程中表达显著下调，通过系列体内外实验证实ART3是病理性心肌肥厚的关键抑制因子，并阐明其通过催化整合素亚基α7（ITGA7）单ADP-核糖基化（mADPr）修饰激活保护性信号通路的分子机制，为心力衰竭干预提供了全新靶点。

研究采用的主要关键技术方法包括：构建心肌细胞特异性ART3敲低与过表达腺相关病毒血清型9（AAV9）小鼠模型，结合主动脉弓缩窄（TAC）手术诱导病理性心肌肥厚模型；利用RNA测序分析ART3调控的转录组变化；通过免疫沉淀偶联质谱鉴定ART3修饰底物及修饰位点；采用表面等离子共振（SPR）技术分析ART3与NAD⁺的结合亲和力；借助分子对接模拟ART3与NAD⁺的相互作用模式；整合公共人类心脏转录组、血浆蛋白质组及单细胞测序数据集验证ART3在人类心肌病中的表达特征。样本队列来源涵盖GEO数据库的肥厚型心肌病（HCM）、扩张型心肌病（DCM）及心力衰竭患者数据集，以及Heart Cell Atlas单细胞转录组数据。

研究结果分为六个核心部分：

第一部分，ART3在心肌重构与心力衰竭中表达下调。研究人员通过整合人类蛋白质图谱数据库与多组学数据集，筛选出心脏高表达的膜蛋白ART3在病理状态下显著下调；在小鼠异丙肾上腺素（ISO）诱导的心肌重构模型与TAC诱导的心肌肥厚模型中，ART3的mRNA与蛋白水平均随病程进展降低；单细胞转录组分析显示ART3为心肌细胞特异性表达，且在小梁心肌细胞中表达丰度更高，其表达受核心转录因子NKX2-5与MEF2D直接调控。

第二部分，ART3表达受心脏组织核心转录因子调控。研究人员通过启动子活性分析证实，ART3的心脏特异性启动子ART3_1的转录活性依赖于NKX2-5与MEF2D的结合，突变二者的DNA结合位点可显著降低启动子活性，揭示了交感肾上腺系统激活导致ART3下调的上游调控机制。

第三部分，ART3下调加重病理性心肌肥厚。体外实验中，siRNA敲低ART3可促进苯肾上腺素（PE）诱导的新生大鼠心肌细胞（NRCMs）与成年小鼠心肌细胞肥大，表现为肥厚标志物心房钠尿肽（Nppa）、脑钠肽（Nppb）与β-肌球蛋白重链（Myh7）表达上调，细胞表面积增大；体内实验中，心肌特异性敲低ART3的TAC模型小鼠更早出现失代偿性心力衰竭，表现为左心室质量增加、间质纤维化加重、炎症浸润增多及射血分数下降，而ART3过表达则可显著减轻TAC诱导的心脏重构与功能障碍。

第四部分，ART3敲低改变心肌重构关键转录调控网络。RNA测序分析显示，ART3敲低导致TAC小鼠心肌转录组向失代偿表型偏移，差异表达基因聚类显示细胞外基质（ECM）-受体互作、细胞骨架组织与白细胞免疫相关通路上调，而氧化磷酸化与脂肪酸代谢通路下调；该转录特征与人类肥厚型心肌病、扩张型心肌病患者的转录谱高度相似，证实ART3通过调控炎症、ECM动态平衡与线粒体功能抑制病理性重构。

第五部分，ART3具有催化心肌细胞mADPr修饰的酶活性。结构分析显示ART3保留保守的ART折叠结构域，分子对接与SPR实验证实其可高亲和力结合NAD⁺（K_D=1.25 μmol/L）；在心肌细胞系AC16中过表达ART3可降低NAD⁺水平，并显著改变高分子量蛋白质的mADPr修饰谱，而敲低ART3则导致高分子量蛋白质mADPr水平降低，首次验证了ART3在心肌细胞中的酶活性。

第六部分，ART3通过ITGA7单ADP-核糖基化抑制心肌肥厚进展。研究人员通过蛋白互作筛选与免疫共沉淀证实ART3与整合素亚基α7（ITGA7）直接结合，并催化其R129位点发生mADPr修饰；该修饰可增强ITGA7与配体的结合能力并促进其降解，进而激活p38与JNK信号通路，抑制钙调磷酸酶-NFAT（活化T细胞核因子）通路的过度活化；使用ITGA7激活剂环吡酮胺可逆转ART3敲低导致的肥厚表型，证实ITGA7是ART3发挥心脏保护作用的关键底物。

讨论部分指出，本研究首次揭示ART3作为心肌特异性mADPr修饰酶，通过ITGA7-R129位点修饰激活整合素信号通路，形成“ART3-mADPr-ITGA7-p38/JNK-NFAT”调控轴，抑制病理性心肌肥厚向心力衰竭进展。该机制的独特性在于区别于既往报道的ARTC1通过TRIM72修饰修复心肌膜损伤的功能，ART3通过调控机械传导与能量代谢双重途径发挥保护作用。临床转化层面，ART3在心力衰竭患者中表达下调且与MYH6表达正相关，可作为疾病风险预测的潜在生物标志物；靶向ART3-ITGA7轴的干预策略有望弥补现有药物对HFpEF疗效不足的局限。研究同时指出，未来需通过心肌特异性Art3敲除模型验证其内在效应，并结合结构生物学明确R129修饰对ITGA7构象的影响，为临床前药物开发提供依据。最终结论为：ART3通过ITGA7单ADP-核糖基化修饰介导整合素信号，是病理性心肌肥厚的关键负调控因子，靶向该轴可为阻止心力衰竭进展提供新的治疗思路。