Circulation 北京大学第三医院李子健团队/中科院上海有机所刘聪团队合作揭示HIP-55动态相分离在心力衰竭中的保护机制

心力衰竭是多种心血管疾病的终末阶段，其5年生存率约为45.5%，低于大部分恶性肿瘤。交感-肾上腺素系统在维持机体正常生理功能中发挥重要作用。然而，长期交感-肾上腺素系统过度激活介导的β肾上腺素受体下游信号通路紊乱也是导致心衰发生发展的关键原因。因此，阐明β肾上腺素受体在生理/病理情况下的转换机制、发现关键的β肾上腺素受体调控分子对于理解心衰的发生发展及发现心衰干预靶点是非常重要的。

2024年2月8日，北京大学第三医院李子健教授课题组与中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心刘聪研究员课题组在Circulation杂志发表题为“Phosphorylation-Regulated Dynamic Phase Separation of HIP-55 Protects Against Heart Failure”的研究论文。本研究首次证实交感-肾上腺素系统能够动态调控心脏蛋白质相分离，并揭示了病理性交感-肾上腺素过度激活介导的蛋白质异常相分离在心衰发生发展中的重要作用。

李子健教授团队前期通过差异蛋白质组学首先鉴定出β-肾上腺素受体信号通路潜在的调控分子：信号接头蛋白HIP-55。在本研究中，作者发现敲除HIP-55促进长期交感过度激活导致的心衰进展，而心脏特异性过表达HIP-55则抑制心衰进展，表明HIP-55是心衰的内源性保护因子。

作者在细胞研究中观察到，HIP-55在细胞内能够形成凝集体，且HIP-55凝集体能够动态融合，荧光漂白恢复(FRAP)实验以及体外重组纯化蛋白体系证明HIP-55能够组装形成液态性质的凝集体，表明HIP-55发生相分离(图1)。

图1. HIP-55发生相分离

进一步蛋白质序列分析以及结构预测显示，HIP-55包含一段R/E/A/Q富集的低复杂度结构域(low-complexity domain, LCD)。因此，电荷相互作用可能是驱动HIP-55相分离的关键因素。将HIP-55 LCD中的22个R突变为A (HIP-55 R/A)则使HIP-55完全丧失相分离能力(图2)，表明HIP-55相分离能力由其内部LCD中的电荷相互作用所介导。

图2. HIP-55 LCD区域的电荷相互作用驱动HIP-55相分离

已有众多研究表明，蛋白磷酸化能够调控蛋白质电荷相互作用，进而调控蛋白相分离能力。李子健课题组既往研究显示HIP-55是AKT激酶的底物蛋白，且AKT磷酸化HIP-55的S269/T291底物位点位于其LCD区域内。随后，作者通过一系列体内体外实验证实HIP-55 S269/T291磷酸化能够调控HIP-55相分离(图3)。

图3. HIP-55 LCD的S269/T291磷酸化调控HIP-55动态相分离

前述FRAP结果显示，HIP-55凝集体只具有一定程度的动态性。结合HIP-55蛋白质序列分析结果，提示HIP-55相分离凝集体具有往不可溶沉淀转化的倾向。作者进一步证实，交感-肾上腺素系统过度激活减少HIP-55 S269/T291磷酸化，导致HIP-55过度相分离。随着病理性刺激的持续，HIP-55相分离凝集体会转化为不可溶沉淀(图4)。这些结果显示，交感-肾上腺素受体过度激活促进HIP-55过度相分离并导致HIP-55沉淀形成。

图4. 交感-肾上腺素系统过度激活促进HIP-55过度相分离及沉淀形成

作者进一步探究了HIP-55的动态相分离在调控β-AR信号通路稳态中的作用。作者首先证明了HIP-55能够负调控β-AR/P38通路的过度激活，随后利用HIP-55 R/A(不能形成相分离)与HIP-55 AA(形成过度相分离)证明了HIP-55抑制β-AR/P38信号通路过度激活依赖于HIP-55动态相分离(图5)。最后，作者构建了心脏特异性过表达HIP-55 AA基因编辑鼠，在体证实了HIP-55动态相分离在心力衰竭中的保护作用。

图5. HIP-55抑制β-AR信号通路过度激活依赖于HIP-55动态相分离

综上所述，本研究阐明了信号接头蛋白HIP-55是β肾上腺素受体信号通路的内源性调控分子，且其调控能力依赖于HIP-55自身的动态相分离。长期交感-肾上腺素系统过度激活导致心脏HIP-55蛋白异常相分离，进而导致β肾上腺素受体信号通路紊乱及心衰的发生发展。本研究揭示了交感-肾上腺素系统过度激活介导心衰发生发展的新机制，为心衰的药物开发提供了理论基础和新靶点。

HIP-55动态相分离在心力衰竭中的保护作用模式图

北京大学第三医院博士后姜允奇、中国科学院上海有机化学研究所生物与化学交叉研究中心谷锦阁(已出站)和北京大学第三医院研究生牛小豆(已毕业)为文章的共同第一作者，北医三院李子健教授和中科院上海有机所刘聪研究员为共同通讯作者。该成果得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金重点国际合作项目、国家自然科学基金重点区域联合项目、上海市科学技术委员会、中国医学科学院医学科研管理/代谢性心血管疾病基础与临床研究创新单元、北大-清华生命科学联合中心等项目的资助。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.123.067519