Cell Death Dis 首都医科大学附属北京朝阳医院李汇华教授团队揭示蛋白酶体PSMB8改善心肌缺血再灌注损伤的新机制

缺血性心脏病已成为全球导致心脏病和死亡的主要风险因素。通过溶栓治疗或血管成形术进行早期再通是减少缺血损伤最有效的方法；然而，再灌注本身可能导致心肌细胞死亡和功能障碍，这种现象被称为缺血/再灌注(I/R)损伤。线粒体功能障碍是心肌I/R损伤的核心病理机制，其中线粒体动力学起关键作用，但其调控的分子机制尚不十分明确。

2024年11月8日，首都医科大学附属北京朝阳医院李汇华教授团队在Cell Death & Disease杂志上发表了题为“Psmb8 inhibits mitochondrial fission and alleviates myocardial ischaemia/reperfusion injury by targeting Drp1 degradation”的研究论文。该研究揭示了免疫蛋白酶体Psmb8催化亚基在心肌I/R损伤过程中调节心肌细胞线粒体稳态的新机制，为心脏I/R损伤的防治提供了新靶点和新策略。

首先，研究者对I/R组和对照组小鼠心脏中的六种蛋白酶体亚基进行了检测，发现Psmb8的表达显著降低。通过对新生大鼠心肌和成纤维细胞的缺氧/复氧(H/R)处理，进一步明确Psmb8在心肌细胞中的表达呈时间依赖性下降，而在成纤维细胞中则未见明显改变。同时，基于公开的心肌梗死患者单细胞核RNA测序数据库，研究者还验证了MI患者心脏组织和心肌细胞中Psmb8表达水平也显著降低。

为研究Psmb8在心肌I/R损伤中的作用，研究者首先应用腺相关病毒载体(AVV9)构建了心肌特异性过表达Psmb8的小鼠模型。心脏I/R术后，Psmb8过表达组小鼠的心脏梗死面积、心肌细胞凋亡数量、超氧化物水平以及Bax/Bcl-2比率均较对照组明显降低，表明心肌特异性过表达Psmb8可有效改善I/R引起的心脏损伤和功能障碍。

为了探讨Psmb8介导的心肌保护机制，研究者对心肌特异性过表达Psmb8和野生小鼠行I/R术，24小时后取小鼠的心脏组织进行了蛋白质组学分析。GO与Wiki通路富集分析显示，Psmb8过表达小鼠心脏的线粒体相关通路显著上调。为进一步评估Psmb8对线粒体结构和功能的影响，研究者对心肌特异过表达Psmb8小鼠的心脏功能、组织病理学变化及线粒体动力学参数进行分析。结果显示，Psmb8过表达促进了Drp1-Mfn1/2的平衡，抑制线粒体裂变，从而改善了I/R介导的心脏损伤和功能障碍。相反，在Psmb8敲除小鼠中，I/R介导的这些作用进一步加重。这些结果在体外细胞实验中得到验证。总之，体内体外实验表明，Psmb8通过改善Drp1-Mfn1/2的平衡，抑制线粒体过度裂变，从而保护I/R诱导的心肌细胞损伤和心功能障碍。

鉴于Drp1是线粒体裂变与融合平衡的核心调节因子，研究者进一步探索了Psmb8与Drp1的相互作用。通过免疫共沉淀和液相色谱-串联质谱技术，研究者发现Psmb8与Drp1之间存在直接相互作用，并结合ZDOCK软件和Co-IP实验明确了Psmb8与Drp1的结合结构域。免疫沉淀实验还证实，Psmb8过表达能够促进心肌细胞中泛素化的Drp1降解，表明Drp1是Psmb8的一个新底物。最后，在心肌特异性Drp1敲低小鼠模型，证明Psmb8缺失通过升高Drp1加重I/R介导的心肌损伤和心功能障碍。

综上所述，本研究表明，Psmb8通过靶向Drp1降解，进而抑制线粒体过度分裂，达到改善I/R后心脏损伤和功能障碍。这一发现揭示了激活Psmb8可能成为干预缺血性心脏病的一个新策略。

首都医科大学附属北京朝阳医院急诊医学中心苏慧翔博士研究生和徐泺泺博士研究生为本文的共同第一作者，李汇华教授和姜文溪助理研究员为本文的共同通讯作者。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41419-024-07189-1