异柠檬酸脱氢酶2乙酰化修饰介导的能量代谢在心肌缺血再灌注损伤中的作用及机制研究

Post-translational modification plays an essential role in regulating cardiac injury after myocardial infarction,and exploring its modification mechanism may contribute to the treatment of acute myocardial infarction. Isocitrate dehydrogenase 2 (IDH2) is rich in cardiomyocytes, but its function is still unclear. We recently found that myocardial ischemia-reperfusion injury significantly promoted IDH2 acetylation. In addition, IDH2 deacetylation mutations reduced myocardial ischemia-reperfusion injury, inhibited mitochondrial ROS production, increased the activity of OXPHOS complex and inhibited the translocation of DRP1 from cytoplasm to mitochondrial. Furthermore, SIRT4 overexpression promoted IDH2 acetylation and aggravated myocardial ischemia reperfusion injury in ischemic-reperfused mice. Therefore, we hypothesized that IDH2 deacetylation would improve mitochondrial energy metabolism, inhibit mitochondrial division and alleviate myocardial ischemia reperfusion injury, while SIRT4 regulates IDH2 acetylation. This study aims to investigate the effects of IDH2 acetylation modification on myocardial ischemia reperfusion injury, reveal the underlying mechanisms and provide novel strategy for prevention and treatment of ischemia reperfusion injury.

蛋白质翻译后修饰在调控梗死后心脏损伤过程中起重要作用，研究其修饰机制对急性心肌梗死的治疗具有重要意义。异柠檬酸脱氢酶2（IDH2）在心肌细胞线粒体表达丰富，但其功能仍不明确。我们最近发现：心肌缺血再灌注损伤显著促进IDH2乙酰化；小鼠心脏IDH2去乙酰化位点突变减轻心肌缺血再灌注损伤，降低线粒体ROS生成，增加OXPHOS复合体活性，抑制DRP1向线粒体转位；过表达SIRT4促进IDH2乙酰化，加重小鼠心肌缺血再灌注损伤。因此我们假设：IDH2去乙酰化改善线粒体能量代谢，抑制线粒体异常分裂，减轻心肌缺血再灌注损伤，而SIRT4调节该修饰过程。本研究拟从分子、细胞、整体水平，利用心肌细胞模型、IDH2去乙酰位点突变小鼠、SIRT4敲除或心肌细胞高表达小鼠，以RT-PCR、免疫组化、蛋白质免疫共沉淀等方法，探讨IDH2乙酰化在缺血再灌注中的功能及作用，为缺血再灌注损伤的防治提供新思路。

蛋白质翻译后修饰在调控梗死后心脏损伤过程中起重要作用，研究其修饰机制对急性心肌梗死的治疗具有重要意义。异柠檬酸脱氢酶2（IDH2）在心肌细胞线粒体表达丰富，但其功能仍不明确。我们发现心肌缺血再灌注显著促进线粒体蛋白泛乙酰化，并进一步筛选、鉴定出IDH2（K413）蛋白发生了显著的乙酰化。我们通过尾静脉注射腺相关病毒的方法，构建心肌细胞表达IDH2K413R的小鼠并建立在体缺血再灌注损伤模型，我们发现IDH2K413R表达显著降低小鼠心肌梗死面积，抑制心肌细胞凋亡, 改善心脏功能, 增加心肌组织IDH2活性。IDH2K413R表达显著降低线粒体ROS生成，增加线粒体ATP含量和OXPHOS复合体表达。和野生型小鼠相比， SIRT4全身敲除小鼠和心肌细胞特异性敲除小鼠的心肌梗死面积显著降低，TUNEL阳性的心肌细胞数目及心肌组织的caspase-3活性显著降低, 左室射血分数显著增加，表明SIRT4敲除促进心肌细胞存活，抑制心肌细胞凋亡，最终改善心脏收缩功能。进一步的研究我们发现在SIRT4全身敲除小鼠和心肌细胞特异性敲除小鼠其心肌组织IDH2蛋白的乙酰化（K413）显著降低，心肌组织的IDH2活性显著增加。心肌缺血再灌注损伤显著促进SIRT4蛋白表达，促进IDH2乙酰化，降低IDH2活性，而在SIRT4全身敲除和心肌细胞特异性敲除小鼠的其心肌组织IDH2的乙酰化显著降低，IDH2活性显著增加，提示SIRT4调节IDH2乙酰化参与心肌缺血再灌注损伤。我们还发现在缺血再灌注损伤的SIRT4全身敲除小鼠和心肌细胞特异性敲除小鼠的其心肌组织的NADPH和GSH显著增加，线粒体ROS的生成显著降低，表明SIRT4通过调节IDH2活性降低线粒体ROS的生成，从而减轻心肌缺血再灌注损伤。我们分离成年的SIRT4敲除小鼠的心肌细胞，并建立心肌细胞低氧复氧损伤模型（缺氧6小时复氧24小时）。我们发现SIRT4敲除显著促进心肌细胞的存活，抑制心肌细胞凋亡并显著降低线粒体ROS生成。我们的研究表明IDH2可以作为一个新的潜在的治疗心肌缺血性损伤的分子靶点。