Circ Res 南京医科大学孔祥清团队揭示NAT10介导ac4C乙酰化修饰在心脏重构中的新机制

心力衰竭(Heart failure, HF)是一种以心脏重构为主要特点的临床症状，是导致心血管疾病死亡的主要原因，由于其发病率不断上升，心衰已成为影响全球2300多万人的主要公共卫生负担。基因调控可能在心脏重构中发挥重要作用，但其原因尚不清楚，需要进一步研究以确定预防和治疗的新靶点。

越来越多的证据表明，受转录因子和表观遗传过程调控的异常基因表达在心脏重构中起着重要作用，并可能提供新的治疗靶点。例如，RNA N6-腺苷甲基化修饰(m6A)已被证明在心脏重构的发展中起着关键作用。N4-乙酰胞苷乙酰化(ac4C)普遍存在于许多RNA中，包括tRNA、RNAs和mRNA在原核和真核生物中普遍存在。ac4C修饰可以提高mRNA的翻译效率和准确性，ac4C水平已被证明在代谢性疾病和癌症中发生显著改变。然而，ac4C乙酰化在心脏重构中的作用仍不清楚。

2023年11月13日，南京医科大学孔祥清、陈连民及同济大学杨传熙共同通讯在Circulation Research上发表题为“NAT10 Is Involved in Cardiac Remodeling Through ac4C-Mediated Transcriptomic Regulation”的研究。该研究首次在人心肌肥厚及小鼠心脏重构模型中揭示了NAT10介导的ac4C修饰图谱，阐明了NAT10介导CD47/ROCK2的ac4C修饰是心脏重构的新机制，同时也为临床上治疗心力衰竭中心脏重构提供了新的角度和潜在的治疗靶点。

首先，该团队史倞(Jing Shi)、杨传熙(Chuanxi Yang)、张晶(Jing Zhang)、赵锟(Kun Zhao)博士等通过分析三个公开发表的扩张性心肌病患者左心室样本的单细胞测序数据，发现相较于对照样本，人扩张性心肌病中NAT10表达显著升高，并且NAT10表达升高集中在心肌细胞及活化的心脏成纤维细胞中。进一步，通过在多种体外和体内心脏重构模型以及心肌肥厚患者中检测发现，NAT10及ac4C乙酰化修饰水平均显著升高，提示心脏重构中NAT10介导的ac4C乙酰化修饰可能是一种普遍且相对保守的分子机制。

接着，为了探究NAT10在心脏重构中的功能，研究者设计了一系列体外（心肌细胞(neonatal mouse cardiomyocytes, NMCMs)、心肌成纤维细胞(neonatal mouse cardiac fibroblasts, NMCFs)）和体内(Ang Ⅱ、TAC模型)功能获得和功能缺失实验。充分证实了沉默或抑制NAT10表达，可显著改善心脏重构模型中结构和心功能改变，包括心肌细胞肥大、纤维化、心脏重构基因表达和炎症因子释放过程。

前人研究显示，NAT10是现已知RNA ac4C乙酰化修饰唯一调控酶。因此，研究者利用ac4C-RIP-seq技术首次全面系统的揭示了人心肌肥厚组织及小鼠心脏重构模型中的ac4C乙酰化修饰图谱。通过功能富集分析发现两个物种之间存在显著的重叠，其ac4C乙酰化修饰的转录本主要编码与超分子纤维组织、肌动蛋白丝基础过程和肌肉系统过程相关的蛋白质，并进一步证实了ac4C乙酰化修饰可能通过改变某些关键基因的表达，从而参与心脏重构过程。

鉴于已知NAT10介导ac4C在转录后水平上可调控mRNA稳定性和翻译效率。研究者首先通过SLAM-seq技术在过表达NAT10的NMCMs及NMCFs中检测mRNA稳定性，结果证实，上调NAT10后，NMCMs及NMCFs中mRNA稳定性均明显提高。通过多组学联合分析及功能富集分析进一步聚焦共同的ECM-receptor interaction信号通路，其中包括已有报道在心脏重构中发挥重要作用的关键基因Cd47、Rock2、Itga9、Fn1、Sptbn1和Hspg2。进一步通过实验筛选发现，在心脏重构中，NAT10高表达可能是通过增加Cd47和Rock2 mRNA的ac4C水平稳定其表达，从而参与促进心脏重构的潜在原因。

进一步，研究者利用Ribo-seq技术继续探索NAT10介导ac4C乙酰化修饰在心脏重构中调控mRNA翻译效率研究。结果证实，心脏重构小鼠中富集于心脏相关生物过程的转录本的翻译效率发生了改变，NAT10介导ac4C乙酰化修饰可显著提高关键基因的翻译效率。有意思的是，通过多组学联合分析发现可能存在7个关键基因(Cd47、Rock2、Fn1、Cox4、C3、Zfp3、Rn7sk)可能参与了心脏重构过程，而上述验证实验明确了只有Cd47和Rock2在NMCMs和NMCFs中可被NAT10调控其ac4C乙酰化修饰水平。这些数据表明，CD47和ROCK2可能是心脏重构过程中NAT10的重要靶点。

最后，研究者利用已知的NAT10抑制剂Remodelin，通过TAC心脏重构模型进一步证实，无论是在TAC诱导之前还是之后给药，Remodelin均能显著改善心功能障碍、心肌细胞肥大、纤维化和炎症反应。

综上所述，本研究首次在人类和小鼠心脏重构样本中发现了NAT10及ac4C乙酰化修饰水平升高的普遍规律，首次系统的揭示了心脏重构中ac4C乙酰化修饰图谱，并揭示了NAT10介导ac4C乙酰化修饰作为一种调节心力衰竭中心脏重构新机制，同时探索了NAT10介导ac4C乙酰化修饰调控CD47和ROCK2的下游调控机制，为临床上治疗心力衰竭中心脏重构提供了潜在的治疗新靶点。

南京医科大学第一附属医院史倞副教授、同济大学附属杨浦医院杨传熙博士、南京医科大学第一附属医院张晶、赵锟博士为论文共同第一作者。南京医科大学第一附属医院孔祥清教授、陈连民教授以及同济大学附属杨浦医院杨传熙博士为论文共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金海外优青、面上、青年项目支持。

原文链接：

https://www.ahajournals.org/doi/abs/10.1161/CIRCRESAHA.122.322244