USP38基因缺失通过抑制TLR4/CaMKII信号通路，减轻肥胖小鼠的心律失常性心肌重构

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：USP38 deficiency mitigates arrhythmogenic remodeling in obese mice by inhibiting TLR4/CaMKII signaling

　　心脏特异性USP38基因敲除显著改善肥胖小鼠代谢异常和心脏重构，抑制TLR4/CaMKII信号通路可降低室性心律失常风险。

　　

陶晨|杨洪杰|杨功|张静静|黄赫|魏帅

武汉大学人民医院心脏病科，中国湖北省武汉市430060

摘要

与肥胖相关的代谢紊乱和心脏重塑显著促进了室性心律失常（VA）的发生，而室性心律失常是猝死的主要原因之一。尽管我们之前的研究已经表明去泛素化酶USP38在心血管病理中起作用，但其在肥胖相关室性心律失常中的确切作用仍不清楚。本文旨在阐明USP38在肥胖诱导的室性心律失常中的功能作用及其潜在机制。我们通过商业途径获得了心脏特异性USP38敲除（CKO）小鼠。实验中，肥胖小鼠被喂食高脂饮食（HFD），而对照组小鼠则接受正常饮食（ND）。研究发现，肥胖小鼠的心脏组织中USP38的表达显著升高。心脏特异性USP38的缺失显著改善了代谢状况，并减轻了病理重塑，表现为纤维化标志物（α-SMA、胶原蛋白I、胶原蛋白III）、肥大标志物（ANP、BNP、β-MHC）以及异常离子通道表达（Cav1.2、Kv1.5、Kv2.1、Kv4.2、Kv4.3）的降低。相应地，诱发室性心律失常的发生率也显著降低。共免疫沉淀实验确认了USP38与Toll样受体-4（TLR4）信号通路之间的直接相互作用。进一步分析表明，USP38敲除在体内和体外均能有效抑制TLR4介导的CaMKII激活。因此，心脏特异性USP38敲除通过抑制TLR4/CaMKII信号通路，有效减轻了肥胖引起的心脏肥大、纤维化和电重构，从而显著降低了室性心律失常的易感性。

引言

能量密集型食品的过度摄入使肥胖成为全球健康问题的焦点。肥胖会导致复杂的代谢紊乱、慢性低度炎症和离子通道失调，这些因素都会促进心脏的结构和电重构[1]。因此，肥胖现在被认为是心血管疾病发病率和死亡率的一个独立风险因素[2,3]。值得注意的是，即使在没有明显结构性心脏病的肥胖人群中，也出现了猝死（SCD），其中室性心律失常（VA）是主要的死亡原因[4]。流行病学研究进一步表明，肥胖显著增加了室性心律失常和猝死的风险[5]。尽管存在这些关联，肥胖与心律失常发生之间的机制联系仍不甚明了，且缺乏针对性的预防策略。

超过80%的细胞内蛋白质通过泛素-蛋白酶体系统进行降解，该系统的活性由一类称为泛素特异性蛋白酶（USPs）的酶精细调控[6]。多种USPs（包括USP8、USP14和USP25）通过Toll样受体-4（TLR4）信号通路调节小胶质细胞表型、自噬和先天免疫反应[7,8]。我们之前的研究表明，在肥胖动物中TLR4信号通路被强烈激活，从而加剧了心肌肥大、纤维化和电生理不稳定，增加了室性心律失常的风险[9],[10],[11]。在USP家族中，USP38能够稳定癌蛋白c-Myc（一种调控细胞增殖和代谢的因子）[12]，并且最近的研究表明其缺失可以减轻白细胞浸润和炎症[13]。然而，USP38在肥胖引起的心脏重塑和心律失常发生中的作用尚未被充分探索。本研究探讨了心脏特异性USP38缺乏对肥胖小鼠结构和电重构以及室性心律失常倾向的影响，重点关注TLR4依赖的机制。

材料与方法

详细的方法部分描述了所有程序和方案，可参见补充方法。

高脂饮食诱导的肥胖小鼠模型的特征

小鼠被分为四组，如图1A所示。与Flox-ND组相比，CKO-ND组的心脏组织中USP38蛋白表达显著降低（图1B）。相反，喂食高脂饮食20周的小鼠（Flox-HFD组）的心脏组织中USP38蛋白水平显著升高（图1B）。代谢评估显示，Flox-HFD组的体重显著高于Flox-ND组（图1）

讨论

在本研究中，喂食高脂饮食20周的小鼠表现出多种代谢紊乱，包括血糖、甘油三酯（TG）、总胆固醇（TC）和低密度脂蛋白胆固醇（LDL-c）显著升高。这些肥胖小鼠表现出明显的心脏纤维化（α-SMA、胶原蛋白I和胶原蛋白III）和心肌肥大（ANP、BNP、β-MHC），心电图（ECG）上的QTc间期延长，以及通过TLR4/CaMKII信号通路介导的室性心律失常易感性增强。重要的是，Flox-HFD组中USP38蛋白表达显著上调。

结论

总之，心脏特异性USP38敲除通过抑制TLR4/CaMKII信号通路，有效减轻了肥胖引起的心脏肥大、纤维化和电重构，从而显著降低了室性心律失常的易感性。因此，靶向抑制USP38可能是一种有前景的治疗策略，用于预防肥胖相关的室性心律失常。

作者贡献声明

魏帅：项目管理工作。

知情同意声明

不适用。

机构审查委员会声明

动物实验获得了武汉大学人民医院动物护理和使用委员会的批准（编号：20220301A）。

资助

本工作得到了湖北省自然科学基金的资助（编号：2022CFB708）。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。