Nat Commun｜中山大学附属第一医院吴钟凯/梁孟亚/冯康倪团队揭示氟非尼酮改善心力衰竭的分子机制

研究背景

心脏肌浆网/内质网钙离子ATP酶2a（SERCA2a）的表达和活性降低，导致细胞内钙离子稳态失衡，被认为是心力衰竭（HF）的标志。然而，针对SERCA2a的治疗HF的有效方法尚未被发现。近期，中山大学附属第一医院吴钟凯、梁孟亚、冯康倪教授团队在Nature Communications（IF 18.1）上发表文章"Fluorofenidone ameliorates pressure overload-induced heart failure by stabilizing SERCA2a in male mice"，研究表明氟非尼酮通过阻断WWP1与SERCA2a的相互作用，抑制WWP1催化的K27连接的多聚泛素化来稳定SERCA2a，预防压力超负荷引起的心力衰竭。

· 维真助力 - AAV ·

AAV9-cTnT-shAtp2a2降低SERCA2a的mRNA和蛋白水平

研究结果

1、氟非尼酮作用于SERCA2a并通过抑制多聚泛素化增强了其稳定性

作者发现氟非尼酮减轻了PE（苯肾上腺素）诱导的心肌细胞肥大，且PE处理后SERCA2a的mRNA和蛋白质水平显著下调。因此作者进一步探讨了氟非尼酮对SERCA2a的影响，发现氟非尼酮能够剂量依赖性地逆转PE诱导的NRCMs和H9C2细胞中SERCA2a蛋白水平的下降。结合药物亲和力响应靶点稳定性（DARTS）、细胞热位移测定（CETSA）和表面等离子共振（SPR）方法，作者确定SERCA2a是氟非尼酮的直接结合伙伴。基因沉默实验发现SERCA2a敲低显著抑制了氟非尼酮逆转细胞尺寸增大的功能，表明氟非尼酮通过调节SERCA2a发挥缓解心脏肥大的作用。氟非尼酮剂量依赖性地上调SERCA2a蛋白水平及活性，但对其mRNA水平无影响，作者推测氟非尼酮可能通过影响其降解而非合成机制发挥作用，阻断合成实验表明氟非尼酮显著延缓了SERCA2a的降解，进一步研究发现氟非尼酮通过抑制SERCA2a的多聚泛素化增强了其稳定性。

图1 氟非尼酮靶向SERCA2a并通过抑制泛素化来稳定其结构

2、WWP1直接与SERCA2a互作参与人类衰竭心脏中SERCA2a的多泛素化和降解过程

为了探索与SERCA2a相互作用的E3泛素连接酶，并确定氟非尼酮是否影响它们之间的相互作用，作者通过免疫沉淀-质谱分析、Co-IP等实验证实WWP1直接与SERCA2a相互作用，氟非尼酮能够有效抑制这种互作。为探究WWP1在慢性HF进展中对SERCA2a的调控作用，作者分析了心力衰竭患者左心室心肌组织中WWP1与SERCA2a的结合程度及SERCA2a的多聚泛素化水平。发现SERCA2a的多聚泛素化水平与WWP1和SERCA2a之间的结合程度呈显著正相关。同时检测了左心室心肌中ANP的表达以反映心力衰竭的严重程度，发现心力衰竭患者中ANP的蛋白水平与SERCA2a的含量呈显著负相关，而与SERCA2a的多聚泛素化水平及WWP1与SERCA2a的结合程度均呈正相关，这些结果表明在心力衰竭过程中，WWP1与SERCA2a的泛素化及降解密切相关。机制研究发现氟非尼酮减弱了WWP1与SERCA2a的结合，并抑制WWP1介导的SERCA2a的K27连接多泛素化。

图2 WWP1直接与SERCA2a互作参与人类衰竭心脏中SERCA2a的多泛素化和降解过程

3、SERCA2a敲低降低了氟非尼酮对TAC小鼠的保护作用

作者发现氟非尼酮对主动脉弓缩窄（TAC）诱导的心力衰竭具有保护作用。为了进一步从机制上验证氟非尼酮对压力超负荷诱导的心力衰竭的保护作用，作者使用AAV9-cTnT-shAtp2a2下调小鼠心脏中的SERCA2a表达。发现AAV9-cTnT-shAtp2a2的递送导致左心室心肌中SERCA2a的mRNA和蛋白质水平显著降低，并加重了由TAC手术引起的心力衰竭。此外，氟非尼酮给药可以缓解注射AAV9-cTnT-shNC的TAC小鼠中心脏功能恶化，但在注射AAV9-cTnT-shAtp2a2的小鼠中，氟非尼酮的这些心脏保护作用不同程度的减弱。这些结果表明氟非尼酮通过调节SERCA2a来保护压力超负荷引起的心力衰竭。

图3 SERCA2a的敲低降低了氟非尼酮对TAC小鼠的保护作用

研究结论

本研究表明氟非尼酮通过抑制WWP1催化的K27连接的多聚泛素化来稳定SERCA2a，并预防压力超负荷引起的心力衰竭。确定氟非尼酮是一种通过靶向抑制SERCA2a多聚泛素化而发挥心肌保护作用的药物。这种靶向SERCA2a的小分子药物可能为治疗心肌肥厚和心力衰竭提供一种有前景的治疗策略。