琥珀酸鹽及琥珀?；c心血管疾病

王玉婷 石琳

心血管疾?。–VD）是目前世界范圍內(nèi)死亡的主要原因之一[1]。心臟為高耗能器官，心肌代謝可利用多種底物，胎兒心肌代謝主要利用葡萄糖酵解及乳酸氧化[2]，成人心肌代謝主要底物為脂肪酸（60%～90%）[3]，當(dāng)其心功能下降時(shí)，則脂肪酸供能減少，糖酵解供能增加[4]。

蛋白質(zhì)翻譯后修飾（PTM）是控制基因表達(dá)而不改變生物體遺傳序列的表觀遺傳機(jī)制。既往大量研究主要集中在PTM 中的賴氨酸乙酰化[5]，隨著蛋白質(zhì)組學(xué)的發(fā)展及質(zhì)譜的應(yīng)用，許多新型賴氨酸?；揎椖Ｊ奖话l(fā)現(xiàn)，包括賴氨酸丙?；?、丙二?；?、丁酰化、琥珀酰化等。已有研究發(fā)現(xiàn)CVD 的發(fā)病機(jī)制與上述新型?；^(guò)程密切相關(guān)[6-7]，其中琥珀酰輔酶A 在心臟中的表達(dá)水平遠(yuǎn)高于其他器官，琥珀酰化也是心臟PTM 的關(guān)鍵部分[8]。

1 琥珀酸鹽

琥珀酸鹽主要產(chǎn)生并存在于宿主及微生物的線粒體基質(zhì)中，應(yīng)激和炎癥反應(yīng)時(shí)也可在細(xì)胞外積聚。琥珀酸鹽大部分由三羧酸（TCA）循環(huán)中琥珀酰輔酶A 轉(zhuǎn)化形成，另有小部分為α-酮戊二酸脫氫酶復(fù)合物的下游產(chǎn)物，或γ-氨基丁酸、乙醛酸分解形成[9]。琥珀酸鹽主要通過(guò)琥珀酸脫氫酶（SDH）或線粒體電子傳遞鏈的復(fù)合物Ⅱ氧化代謝為富馬酸鹽[10]。

2 琥珀?；?/h2>

2.1 琥珀?；陌l(fā)生過(guò)程

琥珀?；侵笇㈢牾；?CO-CH2-CH2-COOH）與賴氨酸殘基的N-ε-胺共價(jià)結(jié)合的動(dòng)態(tài)可逆過(guò)程，在多種真核生物及原核生物如大腸桿菌、酵母細(xì)胞、剛地弓形蟲、HeLa 細(xì)胞和小鼠肝臟中廣泛存在[11]。琥珀?；饕l(fā)生于線粒體，其次是細(xì)胞質(zhì)和細(xì)胞核，故在富含線粒體的高耗能組織（如心臟、棕色脂肪組織和肝臟）中含量豐富[8]。琥珀酸可以直接轉(zhuǎn)化為琥珀?；墓w琥珀酸輔酶A，后進(jìn)一步衍化為琥珀?；ｇ牾；鶠樗嵝怎；蓪①嚢彼釟埢姾赊D(zhuǎn)化為負(fù)電荷[12]。

2.2 琥珀?；恼{(diào)控

沉默信息調(diào)節(jié)因子（Sirtuin）是高度保守的煙酰胺腺嘌呤二核苷酸依賴性脫酰酶家族。Sirtuin5（Sirt5）具有去丙二?；负腿ョ牾；傅淖饔?。琥珀?；躍irt5 監(jiān)管，2 者共同參與尿素循環(huán)、氨轉(zhuǎn)移和葡萄糖代謝等細(xì)胞代謝過(guò)程[13]，同時(shí)在心臟中調(diào)節(jié)TCA 循環(huán)、脂肪酸代謝、氧化磷酸化、丙酮酸代謝、酮生成、支鏈氨基酸代謝和三磷酸腺苷（ATP）合成。Sadhukhan 等[8]報(bào)道在Sirt5敲除小鼠心臟細(xì)胞中，琥珀酰輔酶A 和琥珀酰肉堿水平與對(duì)照組無(wú)明顯差異，而琥珀酰化水平明顯增加，揭示了Sirt5 對(duì)琥珀酰化的負(fù)向調(diào)控作用。

3 琥珀酸鹽及琥珀?；贑VD中的作用機(jī)制

3.1 缺血性心臟病

在心肌細(xì)胞缺血性損傷的不同時(shí)期，琥珀酸鹽有不同的作用。心肌處于缺血狀態(tài)時(shí)，缺氧導(dǎo)致乳酸堆積及pH 下降，琥珀酸鹽通過(guò)單羧酸鹽轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1 從胞內(nèi)傳送至胞外，與琥珀酸受體1 結(jié)合，調(diào)節(jié)血管張力，改善心臟肥大[14]。同時(shí)琥珀酸鹽是缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）-1α 的穩(wěn)定劑，心臟缺血時(shí)可以保護(hù)心臟。功能失調(diào)的心臟發(fā)生代謝異常，導(dǎo)致缺血后心臟中琥珀酸鹽積累，反而使HIF 羥化酶抑制劑琥珀酸鹽的表達(dá)降低，抑制HIF-1α 的活性[15]?；钚匝酰≧OS）是心肌缺血再灌注的重要驅(qū)動(dòng)因子，線粒體電子傳遞鏈中的復(fù)合物Ⅰ為ROS 的重要來(lái)源。心肌缺血時(shí)，富馬酸鹽通過(guò)復(fù)合物Ⅱ的反向作用轉(zhuǎn)化為琥珀酸鹽，導(dǎo)致琥珀酸鹽積聚，再灌注后氧含量回升，以琥珀酸鹽形式儲(chǔ)存在復(fù)合物Ⅱ中的巨大電子池快速氧化，復(fù)合物Ⅲ無(wú)法消耗琥珀酸鹽氧化提供的所有電子，多余的電子被迫通過(guò)復(fù)合物Ⅰ反向傳遞，導(dǎo)致ROS 大爆發(fā)和心肌細(xì)胞死亡[16]。再灌注早期，冠狀動(dòng)脈內(nèi)的丙二酸鹽抑制SDH，增加琥珀酸表達(dá)水平，在豬短暫冠狀動(dòng)脈閉塞模型中，再灌注損傷和梗死面積減少，而不引起心肌收縮功能下降或心律失常[17]。因此，琥珀酸鹽對(duì)缺血狀態(tài)下的心肌細(xì)胞有保護(hù)作用，但會(huì)損傷再灌注狀態(tài)下的心肌細(xì)胞。

缺血環(huán)境下，心肌琥珀?；匠氏陆第厔?shì)。當(dāng)人心肌細(xì)胞處于缺血狀態(tài)時(shí)，琥珀酰輔酶A 生成減少，線粒體琥珀酰膽堿A 隨之減少，心肌細(xì)胞肌原纖維及線粒體蛋白中琥珀酰化水平隨之降低[18]，ST 段抬高型心肌梗死患者和大鼠外周血清蛋白琥珀酰化水平同樣呈下降趨勢(shì)[19]。Zhou 等[20]發(fā)現(xiàn)在心肌梗死后的急性缺血期，Sirt5 通過(guò)肝-心串?dāng)_機(jī)制抑制心肌細(xì)胞琥珀?；憩F(xiàn)出心臟保護(hù)作用。Boylston 等[21]發(fā)現(xiàn)，缺血損傷后Sirt5敲除小鼠模型心臟的心肌梗死面積較對(duì)照組增加。心肌細(xì)胞缺血損傷時(shí)，賴氨酸琥珀?；较陆担琒irt5可進(jìn)一步下調(diào)琥珀?；?。

3.2 高血壓

琥珀酸鹽在肥胖高血壓[22]及妊娠高血壓[23]患者血液循環(huán)中表達(dá)水平升高。琥珀酸鹽表達(dá)水平增加，刺激腎素分泌，促使血壓上升[24]。保持全身及局部琥珀酸鹽穩(wěn)態(tài)，有利于維持血壓的穩(wěn)定。SDH基因缺失可發(fā)生嗜鉻細(xì)胞瘤，引起血壓升高[25]。

3.3 心肌纖維化

Milutinovi? 等[26]發(fā)現(xiàn)，使用線粒體毒素3-硝基丙酸抑制SDH 活性時(shí)，心肌細(xì)胞出現(xiàn)糖原累積、心肌細(xì)胞彌漫性腫脹、肌原纖維體積分?jǐn)?shù)較低的細(xì)胞橫紋丟失以及單核浸潤(rùn)的纖維化。在主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)（TAC）建立的心肌纖維化和心力衰竭小鼠模型中，槲皮素可增加Sirt5 的表達(dá)，抑制琥珀?；?，維持線粒體穩(wěn)態(tài)，在炎癥反應(yīng)時(shí)保護(hù)小鼠心肌細(xì)胞，改善心肌纖維化，降低心力衰竭的發(fā)生率[27]。因此，琥珀酸及琥珀酰化均可導(dǎo)致心肌纖維化。

3.4 心肌肥大

琥珀酸鹽依賴G 蛋白偶聯(lián)受體91（GPR91）可導(dǎo)致心肌肥大。琥珀酸鹽可直接結(jié)合并激活GPR91，促進(jìn)心肌肥大信號(hào)的表達(dá)，如細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2 的磷酸化、鈣（鈣調(diào)素）依賴性蛋白激酶Ⅱδ 的表達(dá)以及組蛋白去乙?；? 向細(xì)胞質(zhì)的轉(zhuǎn)位[28]。在肺動(dòng)脈環(huán)扎術(shù)誘導(dǎo)右心室肥大大鼠中，琥珀酸鹽刺激GPR91/磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）-蛋白激酶B（Akt）軸，上調(diào)肥大基因，加重心室肌肥大[29]。丙二酸抑制SDH，琥珀酸表達(dá)水平升高，導(dǎo)致成人心肌細(xì)胞增殖[30]。

他莫昔芬誘導(dǎo)的心臟特異性Sirt5敲除產(chǎn)后小鼠，暴露于長(zhǎng)期慢性壓力負(fù)荷時(shí)，心肌細(xì)胞蛋白的琥珀?；匠掷m(xù)上升，誘導(dǎo)小鼠心肌肥大；全身Sirt5敲除的產(chǎn)后小鼠長(zhǎng)期暴露于慢性壓力負(fù)荷時(shí)，死亡率增加[31]。這提示琥珀?；瘏⑴c心肌肥大的進(jìn)程，具體的作用機(jī)制尚不明確。

3.5 心律失常

琥珀酸鹽表達(dá)水平增加，引起TCA 中物質(zhì)變化，這與心房顫動(dòng)（AF）的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[32]。在大白豬心室顫動(dòng)實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，心肌?xì)胞中出現(xiàn)琥珀酸鹽累積[33]。Bai 等[34]發(fā)現(xiàn)AF 患者左心耳組織蛋白中，246 個(gè)位點(diǎn)出現(xiàn)琥珀酰化上調(diào)，45 個(gè)位點(diǎn)出現(xiàn)琥珀酰化下調(diào)，在能量代謝、細(xì)胞外基質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)相關(guān)蛋白中，琥珀?；虯F 狀態(tài)下的蛋白具有高度富集性。琥珀酰化可能是AF 患者心臟能量代謝新的潛在調(diào)節(jié)模型。

3.6 心力衰竭

當(dāng)SDH 相關(guān)基因缺失時(shí)，琥珀酸鹽表達(dá)水平增加，心肌細(xì)胞損傷，心功能下降[35]。琥珀酸鹽的蓄積也與心房功能障礙相關(guān)。琥珀酰輔酶A 敲除小鼠的琥珀?；捷^低，TAC 后小鼠心功能無(wú)明顯下降[36]。而在Sirt5敲除小鼠中琥珀酰輔酶A表達(dá)水平升高，琥珀?；缴险{(diào)，小鼠出現(xiàn)隨年齡增加的射血分?jǐn)?shù)降低，心功能下降[8]。因此，琥珀酸鹽及琥珀?；蓪?dǎo)致心功能下降。

4 小結(jié)

琥珀酰化與琥珀酸鹽不僅直接參與CVD 的病理生理過(guò)程，還通過(guò)參與應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、肥胖等相關(guān)病因及誘因間接調(diào)控CVD，共同參與心臟的負(fù)向調(diào)節(jié)，其在CVD 發(fā)展中的機(jī)制有待進(jìn)一步研究。