Acly参与UT-B缺失引起心肌肥大脂质代谢重构的分子机制

Myocardial hypertrophy is an important adaptation to energy deficiency caused by environmental stress. To meet the energy demand, hypertrophic myocardial cells use metabolic re-programming mode. However, the energy metabolism pattern and the corresponding mechanisms are not clear. Our previous study showed that urea transporter B（UT-B） null mice would suffer from hypertrophy following by increase of lipid accumulation, glycolysis and ATP citrate lyase（Acly） expression, decrease of TCA efficiency would be exaggerated with aging. These data indicate that the myocardial cells energy supporting is provided by the glycolytic pathway, and pyruvate from glycolysis is transferred into mitochondria for citrate synthesis. Then, the citrate is transpored into the cytoplasm by citrate transport system, which can be transformed to acetyl-coenzyme A (AcCoA) with the help of Acly. Then AcCoA is available to de novo synthesis of lipids, resulting in lipid synthesis, and lipid metabolic remodeling, this may be the mechanism of myocardial hypertrophy in UT-B null mice. Based on the previous study, we will establish UT-B null mice model and high urea or UT-B-deficient cell model, regulate the expression or post-translational modification of Acly, comprehensively observes glucose metabolic product and lipogenesis, illuminate the role of Acly in lipid metabolic remodeling of myocardial cells by high urea loaded, and clarify the the corresponding molecular mechanisms. To provide a new strategy and potential drug targets for hypertrophy invention and treatment.

心肌肥大是心脏对环境应激所致能量匮乏的适应过程。为适应能量需求，肥大心肌细胞发生代谢重编程，但其能量代谢方式及机制尚不清楚。我们前期工作发现，尿素通道蛋白B（UT-B）缺失小鼠随鼠龄进展为心肌肥大并伴脂质堆积、糖酵解增加、三羧酸循环（TCA）速度下降和ATP-柠檬酸裂解酶（Acly）表达增加。由此推测UT-B缺失小鼠心肌主要依赖糖酵解供能，糖酵解生成丙酮酸穿梭入线粒体进入TCA用于合成柠檬酸，后者再通过柠檬酸转运系统进入细胞质，在Acly的作用下裂解成乙酰辅酶A用于脂质从头合成，引发脂质代谢重构。本项目拟利用UT-B缺失小鼠模型以及高尿素和UT-B缺失细胞模型，观察调控Acly表达或翻译后修饰前后糖代谢产物及脂肪生成的变化，明确Acly参与高尿素所致心肌细胞脂质代谢重构，并阐明其分子机制，为心肌肥大干预提供新的策略和潜在的药物治疗靶点。

心肌肥大导致心源性猝死和心力衰竭的发病率明显增高，已成为影响心 血管疾病发病和死亡的独立危险因子。探讨心肌肥大的发生机制并寻找有效的防治措施，具有深远的临床意义和理论价值。本课题从能量代谢入手阐明心肌肥大的机制，可为心肌肥大的治疗提供新的靶点和可靠策略。.通过本课题的实施：.1.体内实验，从柠檬酸在 ATP-柠檬酸裂解酶的作用下从头合成脂肪的角度，利用尿素通道蛋白 B（UT-B）基因敲除鼠模型，探讨UT-B基因敲除鼠心肌细胞脂滴堆积的根本原因，明确了脂质代谢重构参与UT-B基因敲除鼠随龄进展心肌肥大的过程，为其主要内涵机制。表现在UT-B基因敲除鼠尿素蓄积导致心肌细胞尿素循环障碍，继而线粒体 TCA 受阻，能量供应减少，使葡萄糖和脂肪酸的氧化发生代谢重排，转而依赖糖酵解产能，满足心肌对能量的需求，而糖酵解生成的丙酮酸进入线粒体合成柠檬酸，后者转运至细胞质，在ATP-柠檬酸裂解酶（Acly）的作用下参与脂质的从头合成，引发脂质堆积，造成脂质代谢重构。提示Acly可能成为临床治疗心肌肥大的新靶点，从而揭示心肌肥大时脂肪代谢重构的发病机制，为心肌肥大的防治提供理论和实验依据。.2.体外实验，利用高尿素和UT-B缺失细胞以及原代心肌细胞模型，明晰了UT-B 基因缺失后增加了心肌细胞对应激刺激的敏感性，造成心肌肥大易感度更高，更易发生心肌肥大。并进一步确定Acly一定程度上可参与并调控 UT-B 基因缺失或高尿素导致的所致心肌细胞脂质代谢重构，通过下调如 ANP 等心室重构蛋白的表达，改善心肌细胞肥大状态，纠正了心肌细胞脂肪蓄积和脂类物质代谢紊乱，延缓心肌肥大的进程，进一步揭示UT-B在心脏中的生理功能。.3.通过拓展研究，发现①UT-B基因敲除鼠线粒体氧化应激增加和线粒体能量代谢障碍，表现在线粒体复合体亚基与酶活性降低，TCA循环、β氧化和清除ROS关键酶表达下降，ATP产生和ROS产生与清除能力降低；②一种抗氧化、调节能量代谢的中药人参二醇组皂苷同线粒体靶向制剂CoQ10类似，具有潜在治疗UT-B基因敲除小鼠引起的心肌肥大，表现在缩短UT-B基因敲除鼠随龄延长的P-R间期。