Nat Commun 浙江大学尹德领教授和王建安院士团队发现长链非编码RNA维持心脏稳态和线粒体功能的新机制

脓毒症心功能障碍是脓毒症的重要并发症，其特征为心肌收缩力下降与能量代谢障碍，最终导致多器官功能衰竭。长链非编码RNA (lncRNA)调控代谢等多种过程。然而，lncRNA对于脓毒症心功能障碍的作用机制尚不清楚。本研究发现并鉴定的lncRNA Cpat通过调控柠檬酸合酶(CS)的乙酰化修饰，维持线粒体代谢复合物的完整性和能量稳态，从而发挥心脏保护作用。

2025年10月10日，浙江大学医学院附属第二医院、经血管植入器械全国重点实验室尹德领教授和王建安院士作为共同通讯作者，在Nature Communications上在线发表了题为“Cardiomyocyte LncRNA Cpat Maintains Cardiac Homeostasis and Mitochondrial Function by Targeting Citrate Synthase Acetylation”的研究论文。该研究通过多组学，系统性筛选并鉴定富集于心肌细胞的Cpat在维持心脏稳态和线粒体功能中的关键作用及机制。 

首先，研究者利用小鼠心脏组织的高通量测序等技术筛选并鉴定了主要富集于心肌细胞的Cpat在脓毒症心脏组织中表达显著下调(图1)。 

图1. 鉴定主要富集于心肌细胞的lncRNA Cpat在脓毒症小鼠心脏中的下调表达

为明确Cpat在脓毒症心肌损伤中的作用，研究团队发现过表达Cpat显著改善了脓毒症诱导的心脏功能障碍和小鼠的存活率，并降低心肌损伤，揭示了Cpat具有保护心脏免受脓毒症引起损伤的作用(图2)。研究也表明，Cpat在减少全身性炎症反应中发挥重要作用。 

图2. Cpat过表达改善了LPS诱导脓毒症小鼠的心脏功能障碍

为阐明Cpat在脓毒症中的保护作用及机制，研究者利用RNA Pull down & LC-MS/MS和RIP技术，发现Cpat与多条代谢途径相关的蛋白质相互作用，其中“代谢通路”和“蛋白质转运”位居前列(图3b和3c)。进一步研究发现，Cpat通过其特定的结构域与线粒体RNA转运蛋白Pnpt1相互作用，调控线粒体功能。应用不同的Pnpt1突变体和Cpat片段分析表明，Cpat通过loop3和loop4与Pnpt1结合，促进其向线粒体转运(图3m)。另外，Cpat过表达显著改善脓毒症诱导的心脏线粒体呼吸功能，恢复受损的线粒体形态，阐明了Cpat在脓毒症心脏损伤中对线粒体功能的保护作用，从而揭示了Cpat通过与Pnpt1的相互作用，促进线粒体功能，发挥其心脏保护作用。 

图3. Cpat通过loop3和loop4与线粒体相关蛋白Pnpt1相互作用

随后，研究团队发现Pnpt1过表达显著增加Cpat在线粒体和细胞裂解液中的水平，而Pnpt1敲低则显著减少Cpat在线粒体中的含量，这表明Pnpt1是Cpat从细胞质到线粒体转运的关键蛋白。进一步实验阐明Cpat与线粒体蛋白CS直接相互作用，并与TCA循环酶ACO2和MDH2形成复合物(图4)。这些结果表明，Pnpt1介导Cpat转运到线粒体，Cpat通过与CS等酶的相互作用调控线粒体代谢，发挥心脏保护作用。 

图4. Pnpt1协助Cpat转运到线粒体与柠檬酸合酶CS结合

随后，研究者探讨了Cpat如何通过调节CS的乙酰化水平，影响MDH2-CS-ACO2复合物的稳定性。研究发现，LPS处理显著增加了CS的乙酰化水平，而Cpat过表达则显著降低了CS的乙酰化水平。相反，Cpat敲低则导致CS的乙酰化水平升高。使用去乙酰化酶抑制剂明显增加了CS的乙酰化水平，进而破坏了MDH2-CS-ACO2复合物的稳定性。值得注意的是，Cpat过表达能够减轻这些去乙酰化酶抑制剂对复合物稳定性的负面影响，而Cpat敲低则无法缓解这一效果。这些结果表明，Cpat通过抑制CS乙酰化，维持线粒体代谢和TCA循环的稳定性(图5)。 

图5. Cpat通过降低CS的乙酰化，维持MDH2-CS-ACO2复合物的稳定性

研究团队还发现，GCN5作为乙酰转移酶，直接与CS相互作用，参与其乙酰化过程。在LPS处理后，GCN5与CS的相互作用显著增强，而Cpat过表达则显著抑制了这种增强的相互作用。Cpat通过抑制GCN5的活性，而减少CS的乙酰化水平，进而维持了MDH2-CS-ACO2复合物稳定性。质谱分析揭示CS上6个关键赖氨酸位点(K52、K103、K107、K366、K370、K375)，在LPS处理下乙酰化修饰。通过对这些赖氨酸位点的突变(如K52R、K366R、K370R)发现，这些突变有效阻止LPS诱导的CS乙酰化并减少与MDH2和ACO2的结合，进一步揭示乙酰化在稳定复合物中的关键作用(图6)。 

图6. Cpat通过抑制GCN5介导的CS乙酰化稳定MDH2-CS-ACO2复合物

综上，该研究揭示了lncRNA Cpat在脓毒症诱导的心功能障碍中的保护作用。Cpat通过调节CS的乙酰化，维持MDH2-CS-ACO2复合物的稳定性，进而促进TCA循环代谢的正常进行。在机制层面，Cpat通过抑制GCN5介导的CS乙酰化，抑制线粒体功能障碍，改善心肌细胞代谢和功能状态的保护作用(图6j)。

此前研究中，尹德领/王建安/陈静海团队探讨了蛋白修饰中的去泛素化修饰在心脏病理重构中的作用(Advanced Science. 2025;12(23):e2416478)。与此研究不同，本研究揭示了Cpat通过调节乙酰化修饰维持心脏稳态和线粒体功能的作用机制。这两种蛋白修饰泛素化修饰和乙酰化修饰，均在心脏代谢稳态中发挥关键作用。

浙大二院余帆为该论文的第一作者。浙大二院尹德领教授和王建安院士为论文的共同通讯作者。该工作还得到哈佛大学施国平教授和浙大二院陈静海教授及胡新央教授的支持与合作。该项研究由国家自然科学基金、国家重点研发计划、经血管植入器械全国重点实验室基金、美国NIH等资助。

参考文献：

Yu, F., et al. Cardiomyocyte lncRNA Cpat maintains cardiac homeostasis and mitochondria function by targeting citrate synthase acetylation. Nat Commun 16, 9022 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-64072-z