Theranostics | 唐颢/王文恭团队揭示RNA胞嘧啶甲基化酶Nsun2在心脏功能稳态维持及其病理性重构中的关键调控作用

iNature · 公众号 · · 2025-01-25 09:49

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慢性心力衰竭是全球范围内心血管疾病死亡的主要原因之一，其核心病理过程是心脏的肥厚与重构，主要特点是心肌细胞肥大、心肌纤维增生、细胞外基质重塑以及心脏几何形态的改变等。其中，心肌细胞肥大是心脏对各种病理刺激（如高血压、心肌梗死、主动脉狭窄等）的适应性反应。在此程中，心肌细胞通过增加体积来维持心脏输出量，减轻心室壁张力。然而，若这些刺激持续存在，肥厚的心脏很容易发展为失代偿状态，最终导致心脏衰竭。因此，解析心肌肥厚的机制尤其是在慢性病理性重构过程的调控因子至关重要。

近年来，RNA修饰作为表观遗传学的重要组成部分在心脏生理和病理过程中的作用逐渐受到关注。其中m6A修饰已被证实参与心脏应激反应和稳态维持。然而，其他RNA修饰（如m5C）在心脏中的作用尚不清楚。Nsun2作为已被广泛研究的RNA m5C修饰酶，影响RNA的代谢，包括mRNA的成熟、翻译和降解过程，进而调控各种生理病理过程。

近日，国家心血管病中心华中分中心&阜外华中心血管病医院、国家卫健委心血管疾病再生医学重点实验室唐颢课题组，联合北京大学医学部王文恭、易霞教授课题组在国际著名期刊《Theranostics》（中科院1区TOP期刊，IF：12.4）上发表题为“Nsun2 controls cardiac homeostasis and hypertrophic response by regulating PRKACA expression”的长篇研究论文，揭示Nsun2在心脏稳态及病理性肥厚重构中的关键作用，为心脏疾病的诊治提供了新的思路。

研究者首先利用公共数据库中的RNA测序数据和snRNA-seq数据集，分析了人类肥厚型心肌病（HCM）患者心脏组织中RNA m5C修饰蛋白的表达变化，发现Nsun2在HCM和NHCM患者心肌中均显著升高。随后，研究者收集收集了健康供体（正常）、HCM和非HCM患者的左心室组织样本，通过实验验证了上述改变。

进一步，研究者构建了体外细胞模型和体内 改良式主动脉缩窄（MTAC，26G） 小鼠模型，不同于常规TAC模型，此模型在手术后的2-3周，心脏收缩能力增强，心肌肥厚，提示心脏进入代偿期，而在6周左右时，心脏功能明显下降，提示心脏开始进入失代偿状态， 表明此模型能够很好地模拟临床上心脏肥厚重构的慢性过程 。随后，研究者通过Western blot和免疫荧光证实了Nsun2在MTAC诱导的心肌肥大早期即显著上调，且早于肥大标志蛋白MYH7。

为了明确Nsun2在心脏肥厚重构中的功能，研究者通过Cre/LoxP系统特异性敲除小鼠心肌细胞中的Nsun2基因。随后在自然养老至18个月（年龄增龄同样会导致心肌细胞适应性肥大），MTAC模型以及AngII诱导心肌肥大小鼠模型中，观察了Nsun2敲除后对心脏肥厚重构的影响，结果发现，心脏中Nsun2的缺乏会削弱其对各种刺激状态下的肥大适应反应，加速心脏向失代偿期发展，表现为心肌收缩力下降，心脏室壁变薄，纤维化加重。

为揭示NSun2调控心脏肥厚的机制，研究者分离心肌细胞进行RNA m⁵C-RIP测序，通过分析发现，cAMP信号通路的关键组分PRKACA和AKAP6的变化尤为突出。IGV可视化分析发现，Nsun2敲除显著降低PRKACA和AKAP6基因的m⁵C峰富集。随后，研究者通过m⁵C-RIP-qPCR和Nsun2-miCLP-qPCR等方法验证了验证了Nsun2对PRKACA mRNA的直接甲基化作用。并进一步利用分子生物学技术手段揭示了Nsun2调控PRKACA的翻译效率，且依赖于m5C reader YBX1。

PKA信号通路在心肌肥大重塑中扮演着重要角色。为阐明Nsun2对PKA信号传导的影响，研究团队对PKA信号通路下游的多种细胞生物学事件进行了系统性检测。结果表明， Nsun2基因敲除显著抑制了MTAC诱导的PKA活性增加以及已知的PKA底物磷酸化水平的改变。同时，进一步的实验表明，Nsun2缺失显著削弱了MTAC诱导的心肌细胞收缩力和舒张力，相应地，心肌细胞中钙瞬变的幅度受到了抑制。综上所述，Nsun2缺失导致心肌细胞中PKA信号传导的阻断，与持续表达PKA抑制肽（PKI）的心肌细胞表现出相似的特征。

为阐明Nsun2-PRKACA调控在心肌病理性肥大中的作用，研究者设计了两种模型干预Nsun2对PRKACA的调控：在心肌细胞特异性过表达Nsun2的情况下，注射PKA的抑制剂H-89或者过表达Nsun2结合PRKACA的3UTR片段封闭Nsun2对内源性PRKACA的调控作用，随后进行MTAC的造模，并评估对心脏肥厚重构的影响。结果表明，Nsun2显著加速了术后3周的心肌肥大进展，而给予抑制剂或者PRKACA-WT片段后均能够抑制心脏早期代偿性肥大变化，进一步验证了PKA信号通路在Nsun2介导的压力过载诱导的心肌肥大中的重要作用。

本研究首次揭示了Nsun2在心脏稳态和心肌肥大中的重要作用，并阐明了其通过调控PRKACA表达和PKA信号通路的分子机制。这一发现不仅丰富了我们对RNA修饰在心脏生理和病理过程中作用的认识，还为心肌肥大和心力衰竭的治疗提供了新的潜在靶点。本研究的另一个亮点在于采用改良式主动脉缩窄模型（MTAC）能够很好地模拟临床上慢性心脏病理性重塑的过程，为后续的研究提供了新的参考模型。总之，Nsun2及其调控的PRKACA-PKA信号通路为心脏疾病的治疗提供了新的视角。随着对RNA修饰在心脏生理和病理过程中作用的不断深入，我们有望开发出基于RNA修饰调控的新型治疗策略，为改善心脏疾病患者的预后带来希望。

该研究工作受到北京大学医学部王文恭教授亲自指导。国家心血管病中心华中分中心&阜外华中心血管病医院简冬冬博士、程晓雷博士和齐大屯博士为本文共同第一作者。北京大学医学部易霞教授与国家心血管病中心华中分中心&阜外华中心血管病医院唐颢教授、邢珺月教授为本文共同通讯作者。该项目研究受到国家自然科学基金，河南省自然科学基金和河南省科技研发计划联合基金的资助。

原文链接：

doi:10.7150/thno.104441

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