氧-乙酰氨基葡萄糖（O-GlcNAc）糖基化水平的升高是心力衰竭的標(biāo)志之一[1]，但目前還尚不清楚過(guò)量的O-GlcNAc糖基化是否會(huì)引起心力衰竭和心肌病。

近日，由美國(guó)約翰霍普金斯大學(xué)的Mark Anderson和Priya Umapathi領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)在心血管領(lǐng)域頂級(jí)期刊Circulation發(fā)表重要研究成果，他們發(fā)現(xiàn)過(guò)量的O-GlcNAc糖基化確實(shí)可導(dǎo)致心力衰竭和心肌病，而且背后的機(jī)制可能是線粒體能量代謝受到阻斷。

研究人員還發(fā)現(xiàn)，增加O-GlcNAc水解酶（OGA）活性和降低O-GlcNAc糖基化水平可能緩解心力衰竭和心肌病[2]。

這個(gè)研究明確了O-GlcNAc糖基化水平的升高是導(dǎo)致心力衰竭和心肌病發(fā)生的直接原因，并認(rèn)為降低心肌中過(guò)量的O-GlcNAc糖基化可能成為一種新的治療心肌病的方法。

論文首頁(yè)截圖

O-GlcNAc糖基化是蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)錄和翻譯后一種特殊的糖修飾，它與細(xì)胞內(nèi)多種病理生理過(guò)程相關(guān)[3]。

O-GlcNAc糖基化的總水平由線粒體能量代謝調(diào)節(jié)決定，參與這一調(diào)節(jié)過(guò)程的兩種關(guān)鍵酶分別是：O-GlcNAc轉(zhuǎn)移酶（OGT）和O-GlcNAc水解酶（OGA）[4]。

然而，O-GlcNAc糖基化在不同心血管疾病的作用仍有爭(zhēng)論。

有研究人員發(fā)現(xiàn)，在梗死性心力衰竭疾病中，心肌細(xì)胞特異性缺失OGT，會(huì)導(dǎo)致O-GlcNAc糖基化水平下降，增加細(xì)胞凋亡和纖維化，從而加重心臟重塑，最終加劇心功能障礙和死亡率，這表明升高O-GlcNAc糖基化可能改善心力衰竭[5]。此外，在患有糖尿病或高血糖并伴隨心肌功能障礙的患者中，也有研究發(fā)現(xiàn)O-GlcNAc糖基化水平升高，并且OGT抑制劑可以改善病理性心肌肥大[1]。

不過(guò)，也有研究發(fā)現(xiàn)，在心力衰竭狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)O-GlcNAc糖基化呈現(xiàn)明顯的升高[6]。這似乎意味著O-GlcNAc糖基化有害。

雖然目前O-GlcNAc糖基化升高是心力衰竭的標(biāo)志之一，但尚不清楚過(guò)量的O-GlcNAc糖基化會(huì)引起還是促進(jìn)心力衰竭和心肌病。

導(dǎo)致這種矛盾存在的主要原因是：病理性的應(yīng)激反應(yīng)對(duì)心臟的作用是很復(fù)雜的，并且目前還沒有基因工具手段可以在體內(nèi)獨(dú)立控制葡萄糖或病理應(yīng)激條件下的O-GlcNAc糖基化水平，這些都限制了人們對(duì)心肌病中O-GlcNAc糖基化作用的理解。

于是約翰霍普金斯大學(xué)的研究人員們構(gòu)建了心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)OGA（OGA TG）的小鼠和心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)OGT（OGT TG）的小鼠，這兩種基因型小鼠可以獨(dú)立控制心肌中的O-GlcNAc糖基化水平，并能直接檢測(cè)升高的O-GlcNAc糖基化究竟是心肌病的原因還是結(jié)果。

接下來(lái)，咱們就一起來(lái)看看研究人員是如何開展相關(guān)研究的。

他們首先使用主動(dòng)脈弓縮窄（TAC）模型來(lái)模擬人類左心室肥大和心力衰竭的病理生理過(guò)程[7]。結(jié)果表明，在TAC誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠中，O-GlcNAc糖基化水平顯著升高。

這些結(jié)果與之前的研究結(jié)果是一致的，即在心臟受到病理性應(yīng)激反應(yīng)時(shí)，O-GlcNAc糖基化增加。

在這些發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)上，他們接下來(lái)想知道在心臟受到持續(xù)的應(yīng)激刺激時(shí)，降低O-GlcNAc糖基化是否可緩解心力衰竭。

（A）小鼠主動(dòng)脈弓縮窄（TAC）模型示意圖

（B）在TAC誘導(dǎo)的心力衰竭小鼠中，O-GlcNAc糖基化水平顯著升高

為了檢測(cè)在病理性應(yīng)激條件下降低O-GlcNAc糖基化水平是否對(duì)心力衰竭具有保護(hù)作用，他們建立了心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)OGA（OGA TG）的小鼠，發(fā)現(xiàn)OGA TG小鼠心臟中的O-GlcNAc糖基化水平降低。

隨后對(duì)OGA TG小鼠進(jìn)行TAC手術(shù)造模，與TAC術(shù)后的野生型（WT）小鼠相比，OGA TG小鼠的左心室肥大和心力衰竭得到了明顯的緩解，不會(huì)引起心肌病。

由此可見，心肌中過(guò)量的O-GlcNAc糖基化與病理性應(yīng)激反應(yīng)有關(guān)，而增加OGA的表達(dá)可以降低過(guò)量的O-GlcNAc糖基化，并保護(hù)TAC術(shù)后的心肌肥大和心力衰竭。

OGA過(guò)表達(dá)降低O-GlcNAc糖基化水平以及改善心肌肥大和心力衰竭

接下來(lái)研究人員們建立了心肌細(xì)胞過(guò)表達(dá)OGT（OGT TG）的小鼠，發(fā)現(xiàn)沒有經(jīng)過(guò)TAC手術(shù)的OGT TG小鼠心臟中O-GlcNAc糖基化水平就是升高的，并且發(fā)生了擴(kuò)張性心肌病，左心室射血分?jǐn)?shù)降低，左心室直徑增加，左心室功能降低和過(guò)早死亡。

此外，他們通過(guò)手術(shù)在小鼠體內(nèi)植入心電圖檢測(cè)儀觀察到，OGT TG小鼠會(huì)出現(xiàn)心動(dòng)過(guò)緩、心動(dòng)過(guò)速和室顫等心律失常表征。以上現(xiàn)象可能也是導(dǎo)致小鼠過(guò)早死亡的部分原因。

由于TAC模型后的病理性心肌肥大和心力衰竭與線粒體能量代謝紊亂有關(guān)，并且線粒體復(fù)合物I是O-GlcNAc糖基化增加和改變線粒體呼吸功能的靶點(diǎn)[8]。于是他們檢測(cè)了線粒體復(fù)合物I，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，OGT TG小鼠心臟中復(fù)合物I的表達(dá)和活性顯著降低。

這些結(jié)果表明，心肌中O-GlcNAc糖基化的升高可能不依賴于病理性應(yīng)激反應(yīng)，OGT的增加也會(huì)導(dǎo)致O-GlcNAc糖基化的增加，從而引起擴(kuò)張性心肌病，心律失常和過(guò)早死亡，并且這些可能是由線粒體能量代謝受到抑制所引起的。

過(guò)表達(dá)OGT使O-GlcNAc糖基化水平升高，以及導(dǎo)致心力衰竭、心肌病和過(guò)早死亡

研究人員們通過(guò)在OGT TG小鼠中的發(fā)現(xiàn)，解釋了過(guò)量的O-GlcNAc糖基化是導(dǎo)致心肌病的直接原因。

然而他們也存在疑慮：過(guò)表達(dá)OGT是否可能也有其他的病理作用，且不依賴于O-GlcNAc糖基化。

為了進(jìn)一步探究這些假設(shè)，他們對(duì)OGA TG小鼠與OGT TG小鼠進(jìn)行了雜交，發(fā)現(xiàn)雜交后的雙轉(zhuǎn)基因小鼠，盡管心肌中的OGT升高，但是O-GlcNAc糖基化水平降低，并且左心室射血分?jǐn)?shù)和左心室擴(kuò)張得到顯著改善，緩解心肌病的發(fā)生發(fā)展和過(guò)早死亡。

由此可見，OGT TG小鼠的心肌病是由O-GlcNAc糖基化水平升高引起的，而不是轉(zhuǎn)基因過(guò)表達(dá)蛋白的非特異性結(jié)果。

OGT X OGA雙轉(zhuǎn)基因小鼠的O-GlcNAc糖基化水平降低，以及緩解心力衰竭、心肌病和過(guò)早死亡

最后研究人員們使用轉(zhuǎn)錄組學(xué)和功能實(shí)驗(yàn)表明，OGT TG小鼠心臟中線粒體能量代謝中斷，以及復(fù)合物I的活性降低，但雜交的轉(zhuǎn)基因小鼠的復(fù)合物I的活性得到了恢復(fù)。

綜上，過(guò)量的O-GlcNAc糖基化可導(dǎo)致心肌病，這可能是由于線粒體能量代謝受到阻斷，而增加OGA活性和降低O-GlcNAc糖基化水平可能緩解心力衰竭和心肌病。

我們都知道，心肌中O-GlcNAc糖基化水平升高與多種心血管疾病和代謝性疾病相關(guān)，如主動(dòng)脈狹窄、高血壓、缺血和糖尿病等。

本研究提供了可以獨(dú)立控制心肌中O-GlcNAc糖基化水平的轉(zhuǎn)基因小鼠模型，來(lái)闡明心肌中O-GlcNAc糖基化可能不依賴于病理性應(yīng)激反應(yīng)。并且心肌中O-GlcNAc糖基化水平升高會(huì)引起擴(kuò)張性心肌病和過(guò)早死亡，而心肌中過(guò)表達(dá)OGA可使O-GlcNAc糖基化水平降低，對(duì)病理性心肌肥大具體保護(hù)作用。

這提示了我們，降低心肌中過(guò)量的O-GlcNAc糖基化可能有助于心力衰竭的治療，且O-GlcNAc糖基化有望成為新的治療心肌病的靶點(diǎn)，對(duì)臨床應(yīng)用具有重要意義。

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