J Clin Invest 浙大二院王建安院士/胡新央教授团队揭示FMO2改善缺血后心肌损伤新机制

心肌梗死(MI)是全球主要的致死原因之一。尽管再灌注策略和药物治疗取得了重要进展，MI仍对全球健康构成严重威胁。在缺血期间，大量心肌细胞死亡被认为是导致心肌损伤的重要病理过程，并进一步促使心力衰竭的发生。然而，MI后心肌细胞死亡的基本机制尚未完全阐明，依然缺乏有效的靶向治疗手段。

2024年10月31日，浙江大学医学院附属第二医院王建安院士/胡新央教授团队在Journal of Clinical Investigation杂志上发表了题为“Flavin-containing monooxygenase 2 confers cardioprotection in ischemia models through its disulfide-bond catalytic activity”的研究论文。该研究首次揭示了含黄素单加氧酶2 (FMO2)作为心肌细胞中参与蛋白质氧化折叠的关键调节因子，为缺血性心脏病的治疗提供了新的策略和干预靶点。

首先，作者对常氧和缺氧条件下的新生大鼠心肌细胞(NRCMs)进行高通量转录组测序分析，发现参与氧化还原过程的基因中，FMO2升高最为显著。在分离的大鼠心梗后心肌细胞中，FMO2蛋白表达明显增加。同时，在培养的NRCMs中，缺氧处理后FMO2的蛋白和mRNA水平显著上调。

为研究FMO2在心肌缺血损伤中的作用，作者利用腺相关病毒载体构建心肌细胞特异性敲减或表达FMO2的大鼠模型。在MI术后第3天，FMO2敲减组心脏梗死周边区心肌细胞凋亡增加；在MI后第28天，敲减组的心脏存活心肌细胞数量减少，心功能下降且瘢痕面积增大。而心肌细胞特异性过表达FMO2则表现出显著的心脏保护作用。

为了探究FMO2介导的心肌保护机制，作者对过表达FMO2的心肌细胞进行高通量转录组测序分析。KEGG富集分析显示，“the protein processing in endoplasmic reticulum pathway”最为相关。研究发现，敲减FMO2会加重内质网应激，表现为78kDa葡萄糖调节蛋白(GRP78)、C/EBP同源蛋白(CHOP)和cleaved caspase 12的蛋白表达上调，而过表达FMO2则产生相反的效果。此外，敲减FMO2会上调未折叠蛋白反应(UPR)通路蛋白激酶RNA样内质网激酶(PERK)、剪切型X-box结合蛋白1 (sXBP1)和激活转录因子6 (ATF6)的表达，而过表达FMO2抑制UPR。这些结果表明，FMO2可能通过UPR通路减少心肌细胞凋亡。

FMO2的表达显著增强了心肌细胞对二硫键还原剂DTT诱导的细胞毒性的抵抗力。利用5,5'-二硫代双(2-硝基苯甲酸)(DTNB)，作者发现过表达FMO2的NRCMs中巯基水平较低，而敲减FMO2的细胞中巯基水平更高。FMO2蛋白可以直接催化还原性谷胱甘肽(GSH)内的巯基形成二硫键(氧化性谷胱甘肽GSSG)，并且可以催化十肽NRCSQGSCWN上的半胱氨酸残基形成二硫键。这些结果表明，FMO2能够催化二硫键的形成。通过结构分析等方法，作者发现FMO2依赖其GVSG基序催化未折叠/错误折叠蛋白中的二硫键形成。体内外实验结果均表明，GVSG突变的FMO2无法催化二硫键形成，失去对内质网应激和UPR介导的心肌细胞凋亡的保护作用。

综上所述，此项研究表明FMO2依赖其酶活性，通过GVSG基序催化二硫键形成，从而抑制UPR途径，减轻心梗后心肌细胞死亡和心功能障碍，揭示了FMO2在治疗缺血性心脏病中的重要治疗潜力。

浙江大学医学院附属第二医院心血管内科医师刘庆年、黄继钮、丁豪、干部保健科陶悦为本文共同第一作者，王建安院士、胡新央教授为共同通讯作者。

原文链接：

https://www.jci.org/articles/view/177077