N 端乙酰化失调引发心律失常和心肌病：机制揭示与治疗新希望

在心脏稳态中，N 端乙酰化作用不明。研究人员针对 NAA10 功能展开研究，发现 NAA10R4S变体可致心脏复极化异常、收缩力下降等。该研究明确了 N 端乙酰化在心脏调节中的作用，为相关疾病机制及治疗提供依据。

　　在生命的 “发动机”—— 心脏的奥秘探索中，科学家们一直致力于解开各种谜题。蛋白质的 N 端乙酰化修饰，作为一种在生物体内广泛存在且进化上高度保守的修饰方式，在众多生物学过程中扮演着重要角色。然而，在心脏这个关键器官里，N 端乙酰化究竟发挥着怎样的作用，长期以来却如同迷雾一般笼罩着科研人员。以往的研究虽已发现 N 端乙酰化与多种细胞功能相关，可对于它在维持心脏正常功能、预防心脏疾病方面的具体机制，人们知之甚少。特别是在面对心律失常、心肌病等严重威胁人类健康的心脏疾病时，N 端乙酰化是否参与其中，又起着何种关键作用，成为亟待解决的科学问题。

为了揭开这些谜团，来自哈佛大学医学院波士顿儿童医院心内科等机构的研究人员，踏上了探索之旅。他们围绕 N 端乙酰化在心脏稳态中的作用展开深入研究。通过不懈努力，研究取得了丰硕成果，相关论文发表在《Nature Communications》上。这一研究不仅揭示了 N 端乙酰化在心脏调节中的关键角色，还为理解心律失常、心肌病等疾病的发病机制提供了新的视角，更为开发潜在的治疗方法指明了方向。

研究人员采用了多种关键技术方法。在样本来源上，研究使用了患者外周血单个核细胞重编程的诱导多能干细胞（iPSC），并构建了携带 NAA10^R4S变体的基因编辑 iPSC 系。实验技术方面，运用了细胞电生理学技术，如膜片钳记录和多电极阵列（MEA）技术，来检测心肌细胞的电生理特性；采用蛋白质组学技术，包括疏水标签辅助 N 端富集（HYTANE）和赖氨酸 N 端富集（LATE）方法，鉴定 N 端乙酰化修饰的蛋白质。

研究结果如下：

• 鉴定出未识别的 NAA10 变体：研究人员在一个四代家族中，发现多个成员存在 QT 间期延长和心源性猝死现象。经过基因检测，确定了一个此前未被识别的 NAA10 变体（c.10 C > A，p.R4S），该变体与疾病表型共分离。携带 NAA10^R4S变体的男性家族成员，有显著的 QT 间期延长和 T 波异常，部分患者还出现了心室心动过速、心力衰竭等症状，这表明该变体与严重的 QT 间期延长、室性心律失常和扩张型心肌病有关。
• R4S 突变损害 NatA 催化活性：NAA10 蛋白第 4 位精氨酸（R4）高度保守，R4S 突变会破坏 NAA10 与 NAA15 的相互作用，使 NAA10-R4S 共免疫沉淀的 NAA15 比野生型 NAA10 少 50%。同时，NAA10-R4S 蛋白稳定性降低，降解速度加快。此外，NAA10-R4S 的催化活性显著低于野生型，即使增加蛋白浓度也无法弥补这一缺陷，说明该突变使 NatA 复合物不稳定，直接损害了 NAA10 的酶活性。
• NAA10^R4S-iPSC-CMs 复极化延长：研究人员利用患者的体细胞重编程获得 iPSC 系，并将其分化为心肌细胞（iPSC-CMs）。与野生型 iPSC-CMs 相比，NAA10^R4S-iPSC-CMs 的场电位持续时间（FPD）和动作电位持续时间（APD）显著延长，且 APD 恢复曲线更陡峭，起搏捕获率更长，这意味着心律失常风险增加。同时，敲低野生型 iPSC-CMs 中的 NAA10 也会延长 FPD，表明 NAA10^R4S变体导致 iPSC-CMs 出现严重复极化异常和心律失常标志物增加。
• NAA10 功能障碍失调钠钾电流：通过分析与先天性长 QT 综合征（cLQTS）相关蛋白的 N 端序列，研究人员发现多个心脏离子通道可能是 NatA 的靶点，受 NAA10 功能障碍影响。实验结果显示，NAA10^R4S变体使晚期钠电流（I_NaL）增加，慢延迟整流钾电流（I_Ks）减少。进一步研究发现，这是由于 NAA10^R4S变体增加了 Na_v1.5 通道的表面表达，减少了 KCNQ1 通道的表面表达，从而影响了离子通道的功能，导致 QT 间期延长和心律失常风险增加。
• NAA10^R4S-iPSC-CMs 存在结构和收缩异常：NAA10 相关综合征患者有多种心脏疾病表型。研究发现，NAA10^R4S-iPSC-CMs 的肌节排列紊乱，肌节堆积密度降低，肌节长度增加，呈现出扩张型心肌病样表型。由 NAA10^R4S-iPSC-CMs 生成的 3D 工程心脏组织（EHTs）收缩力显著低于野生型，表明 NAA10^R4S变体导致 iPSC-CMs 出现结构和收缩异常。
• NAA10^R4S-iPSC-CMs 钙处理异常：细胞内 Ca²⁺稳态对心肌细胞功能至关重要。研究发现，NAA10^R4S-iPSC-CMs 在生理起搏频率（1Hz）下，舒张期 Ca²⁺水平显著升高，Ca²⁺瞬态松弛系数增加，表明 Ca²⁺清除受到破坏。同时，参与 Ca²⁺重摄取的蛋白质，如 SERCA/PLN 和 NCX1 水平下降，说明 NAA10 功能障碍通过损害 Ca²⁺重摄取和增加舒张期 Ca²⁺，改变了心肌细胞的 Ca²⁺信号。
• NAA10 疾病表型的挽救：研究人员构建了表达野生型 NAA10 的腺病毒（Ad-NAA10），并将其转导至 NAA10^R4S-iPSC-CMs 中。结果显示，Ad-NAA10 可显著缩短 NAA10^R4S-iPSC-CMs 的 FPD，部分挽救其结构缺陷，表明基因替代疗法可能是治疗 NAA10 相关综合征的可行策略。
• NAA10^R4S-iPSC-CMs 中全局 Nt - 乙酰化被破坏：研究人员通过蛋白质组学技术，鉴定出 985 种 N 端乙酰化蛋白质，其中大部分是 NatA 的底物。与野生型相比，NAA10^R4S-iPSC-CMs 中 69% 的 NatA 靶点 N 端乙酰化水平降低，且相关蛋白的表达也发生变化，涉及代谢过程和心脏肌肉发育等通路。这表明 NAA10^R4S变体显著损害了 NatA 的功能，降低了全局 N 端乙酰化水平，影响了心肌细胞的结构和功能相关通路。

研究结论和讨论部分指出，该研究揭示了 NAA10 和 N 端乙酰化在心脏稳态中的重要作用。NAA10^R4S变体通过影响 NAA10 的稳定性、与 NAA15 的相互作用以及酶活性，导致心脏离子通道功能异常、Ca²⁺处理缺陷和肌节结构紊乱，最终引发心律失常和心肌病。这一研究不仅拓宽了人们对 NAA10 相关综合征心脏表型的认识，还为开发针对这些疾病的治疗方法提供了理论依据。同时，研究中建立的 iPSC 模型为进一步研究 NAA10 在心脏疾病中的作用提供了有力工具，未来可在动物模型中进一步优化和测试相关治疗策略，有望为心律失常和心肌病患者带来新的希望。