去泛素化酶OTUD7B通过稳定HNF4α调控脂肪酸氧化抑制铁死亡缓解压力超负荷诱导的心肌肥厚

《Biomarker Research》：Deubiquitinase OTUD7B stabilizes HNF4α to alleviate pressure overload-induced cardiac hypertrophy by regulating fatty acid oxidation and inhibiting ferroptosis

本研究针对心肌肥厚这一导致心力衰竭的关键病理过程，探索了去泛素化酶OTUD7B通过调控脂肪酸代谢缓解疾病进展的分子机制。研究人员发现OTUD7B通过去泛素化稳定转录因子HNF4α，上调脂肪酸氧化相关基因表达，抑制铁死亡，从而改善压力超负荷诱导的心肌肥厚和心功能障碍。该研究揭示了OTUD7B-HNF4α轴在心肌代谢重构中的核心作用，为心肌肥厚的治疗提供了新靶点。

　　

心脏作为人体最重要的动力泵，其结构和功能的维持对生命至关重要。然而，当心脏长期承受高血压、主动脉狭窄等压力超负荷时，会启动代偿性心肌肥厚反应。这种最初有益的适应性变化，若持续发展将转变为病理性重构，最终导致心力衰竭。尽管近年来针对心肌肥厚的治疗取得了一定进展，如肌球蛋白抑制剂Mavacamten的临床应用，但其使用仍受限于可能降低左心室射血分数的副作用。因此，深入探索心肌肥厚的分子机制，寻找新的治疗靶点具有重要临床意义。

天津医科大学第一中心临床学院和南开大学医学院的研究团队在《Biomarker Research》发表的研究，聚焦于蛋白质翻译后修饰中的去泛素化过程。去泛素化酶（DUBs）通过逆转底物蛋白的泛素化修饰，调控蛋白稳定性和功能，在心血管疾病中发挥重要作用。特别是卵巢肿瘤结构域蛋白7B（OTUD7B），作为OTU家族成员，已被报道参与肿瘤发生和抗病毒免疫等过程，但其在心肌肥厚中的作用尚不清楚。同时，脂肪酸氧化（FAO）作为心肌能量代谢的主要途径，其紊乱与心肌肥厚密切相关。转录因子HNF4α是调控脂质代谢的关键分子，但其在心肌肥厚中的调控机制仍有待阐明。

研究人员采用了一系列关键技术方法：通过横向主动脉缩窄术（TAC）建立小鼠压力超负荷心肌肥厚模型；利用腺相关病毒AAV9实现心肌特异性OTUD7B敲低；采用转录组测序分析代谢通路变化；通过分子对接和免疫共沉淀验证OTUD7B与HNF4α的相互作用；使用环己酰亚胺追踪实验和泛素化修饰分析阐明蛋白稳定性调控机制；结合铁死亡标志物检测和抑制剂干预实验验证相关通路。

研究首先通过生物信息学分析发现，在人类肥厚型心肌病样本和Ang II诱导的小鼠心肌肥厚模型中，OTUD7B表达显著下调。单细胞测序数据进一步证实心肌细胞中OTUD7B的表达降低。在TAC手术诱导的心肌肥厚小鼠模型和苯肾上腺素（PE）处理的体外心肌细胞模型中，OTUD7B蛋白水平也明显下降。

为明确OTUD7B的功能，研究人员构建了心肌特异性OTUD7B敲低小鼠。结果显示，OTUD7B缺失加剧了TAC诱导的心室重构和心功能恶化，表现为射血分数（EF）和短轴缩短率（FS）降低，左心室收缩末期内径（LVESd）和舒张末期内径（LVEDd）增加。组织学分析显示心肌细胞横截面积增大，纤维化程度加重。分子标志物如脑钠肽（BNP）、肌球蛋白重链7（Myh7）和III型胶原（Col3a1）表达上调。体外实验同样证实，OTUD7B敲低促进PE诱导的心肌细胞肥大，而其过表达则发挥保护作用。

机制研究发现，OTUD7B缺失导致线粒体嵴结构破坏、脂滴堆积，铁离子（Fe²⁺）含量增加，脂质过氧化物积累，同时抗氧化酶超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽（GSH）水平下降，铁死亡标志蛋白ACSL4上调而GPX4和xCT下调。转录组分析显示OTUD7B敲低显著抑制脂肪酸代谢和氧化磷酸化通路。进一步研究发现OTUD7B直接结合并去泛素化HNF4α，通过特异性切割K48连接的泛素链阻止其通过蛋白酶体途径降解，从而稳定HNF4α蛋白水平。HNF4α进而调控脂肪酸氧化相关基因（如Acot1、Cpt1b、Acadm等）的表达。

研究最后通过铁死亡抑制剂Ferrostatin-1（Fer-1）和HNF4α过表达进行干预，成功逆转了OTUD7B敲低导致的铁死亡、脂肪酸代谢紊乱和心肌肥厚表型。这证实OTUD7B-HNF4α轴通过调控脂肪酸氧化和抑制铁死亡发挥心肌保护作用。

这项研究首次揭示了OTUD7B在心肌肥厚中的保护作用及其分子机制，阐明了蛋白质稳定性调控、代谢重编程和细胞死亡之间的复杂联系。研究发现OTUD7B通过去泛素化稳定HNF4α，维持脂肪酸氧化代谢稳态，抑制铁死亡，从而缓解压力超负荷诱导的心肌肥厚。这不仅拓展了对心肌肥厚发病机制的认识，也为开发针对OTUD7B-HNF4α轴的靶向治疗策略提供了理论依据。特别是将蛋白质翻译后修饰、代谢调控和细胞死亡机制有机联系起来，为理解心血管疾病的分子基础提供了新视角。未来研究可进一步探索OTUD7B在心肌细胞与其他心脏细胞（如成纤维细胞、免疫细胞）中的差异作用，以及在不同性别和年龄个体中的表达调控特点，为临床转化奠定更坚实基础。