來源：iNature（ID:Plant_ihuman）
N6-甲基腺苷（m6A）是最常見的哺乳動物轉錄後mRNA修飾，涉及多種生物過程和疾病。然而，其在心力衰竭（HF）期間心臟能量代謝變化中的作用仍然難以捉摸。
2021年11月2日，復旦大學葛均波及孫愛軍共同通訊在Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=18.19）線上發表題為“m6Ademethylase FTO attenuates cardiac dysfunction by regulating glucose uptake and glycolysis in mice with pressure overload-induced heart failure”的研究論文，該研究是第一項在橫向主動脈縮窄（TAC）誘導的HF小鼠模型中使用功能喪失和功能獲得方法系統探索m6A和FTO在心臟代謝中的調節作用的研究。
該研究已經確定了FTO在心臟功能和結構中的調節作用，特別是葡萄糖代謝。這項工作提供了HF期間心臟代謝穩態中m6A修飾的新概念，並強烈建議FTO作為HF預防和治療的潜在目標。考慮到葡萄糖氧化在HF能量供應中的重要性，未來的研究有必要系統地評估FTO在心臟葡萄糖氧化中的作用。
N6-甲基腺苷（m6A）是最常見的哺乳動物轉錄後mRNA修飾，涉及多種生物過程和疾病。然而，其在心力衰竭（HF）期間心臟能量代謝變化中的作用仍然難以捉摸。在這裡，該研究探討了m6A去甲基酶FTO在壓力超負荷誘導的HF期間葡萄糖代謝中的作用。
甲基化RNA免疫沉澱測序（MeRIP-seq）用於繪製橫向主動脈縮窄（TAC）和對照心臟中轉錄組範圍的m6A修飾。TAC中鑒定出的m6A峰的數量高於對照心臟。與之前的報導一致，在TAC和對照心臟中，m6A峰在3'-非翻譯區域富集。m6A峰的特徵在於典型的RGAAR（R = A或G）基序。基因本體分析顯示，TAC後的m6A變化不是隨機分佈在整個基因組中，而是在某些mRNA類別中特异性新增，特別是在與代謝相關的那些類別中。
隨後的KEGG分析顯示糖酵解顯著富集，包括醛縮酶B（Aldob）、磷酸甘油酸變位酶2（Pgam2）、磷酸葡萄糖變位酶2（Pgm2）、磷酸丙糖異構酶（Tpi1）等5個糖酵解相關基因和二氫硫辛醯脫氫酶（Dld）。然後，該研究還通過斑點印迹發現與對照小鼠相比，TAC小鼠中m6A甲基化新增。為了評估HF患者中的FTO表達，分析了來自基因表達綜合資料庫的13顆衰竭心臟和15顆未衰竭心臟（GDS2206）的表達譜。HF患者也表現出降低的FTO表達。
文章模式圖（圖源自Signal Transduction and TargetedTherapy）
為了研究FTO在HF中的潜在作用，通過AAV9過表達FTO進行了功能獲得實驗。與TAC組相比，FTO過表達降低了TAC誘導的高m6A甲基化。FTO過表達在TAC後2周對心臟功能沒有影響。然而，FTO過表達在TAC後4周和8周顯著減輕了心臟功能障礙。FTO過表達還减弱了TAC後左心室肥厚和擴大。此外，在TAC後8周，與TAC小鼠相比，TAC + aavFTO小鼠表現出顯著改善的運動耐力。FTO過表達對TAC小鼠的體重沒有影響。這些資料表明FTO過表達可改善TAC小鼠的心臟功能障礙。然而，FTO的敲低顯示出相反的錶型。
由於MeRIP-seq檢查顯示m6A修飾主要發生在代謝途徑的mRNA中，囙此該研究探討了FTO敲低對心臟代謝參數的影響。通過微型PET/CT在TAC小鼠中觀察到葡萄糖攝取顯著增加，而FTO敲低會降低葡萄糖攝取。接下來，通過透射電子顯微鏡觀察線粒體結構。在來自TAC小鼠的心肌細胞中證實了低線粒體-基質電子密度、無序的脊和成簇的線粒體，並且這些變化通過FTO敲低進一步加劇。總之，該研究資料表明FTO敲低加劇了心臟功能障礙和重塑、心臟線粒體結構變化，並降低了TAC後的心臟能量供應。
為了進一步評估FTO在體外的代謝作用，該研究在分離的原代心肌細胞中生成了三個用於FTO敲低的腺病毒系。在#2腺病毒系中證實了最强的敲低效率，囙此用於後續實驗。在血管緊張素II（Ang II）刺激後證實FTO表達降低，這類比了TAC小鼠模型中FTO的表達模式。細胞外酸化率表明Ang II刺激新增了心肌細胞的糖酵解。然而，FTO敲低降低了心肌細胞的糖酵解能力。這些發現表明FTO在心肌細胞代謝穩態中的重要作用。
由於ATP生成的障礙可能直接影響收縮功能，在FTO敲低後評估心肌細胞的收縮功能。正如預期的那樣，在Ang II刺激後心肌細胞收縮和再延長曲線减少，並在FTO敲低後進一步减少。囙此，FTO敲低破壞了心肌細胞中Ang II刺激後的糖酵解能力和ATP產生，導致收縮功能障礙加重。KEGG分析顯示，TAC後五個糖酵解相關基因的m6A發生了改。一致地，在FTO敲低的TAC小鼠中檢測到它們的蛋白質表達水准。此外，與TAC小鼠相比，TAC + KD小鼠的PGAM2顯著降低。
由於通過微PET/CT觀察到心肌細胞葡萄糖攝取的改變，囙此在FTO敲低後評估了葡萄糖轉運蛋白（GLUT）蛋白。FTO敲低降低了TAC小鼠轉錄水准的Glut4表達。然而，MeRIP-seq沒有揭示葡萄糖攝取相關基因的m6A修飾的任何變化。正如預期的那樣，與TAC小鼠相比，TAC + KD小鼠中的GLUT4和磷酸化AKT（p-AKT）蛋白水准顯著下調。此外，PGAM2、GLUT4和p-AKT的表達在FTO過表達後上調。總的來說，該研究的發現表明FTO以m6A依賴性管道調節糖酵解，並且還可能通過調節AKT-GLUT4軸來調節葡萄糖攝取。
總之，這是第一項在TAC誘導的HF小鼠模型中使用功能喪失和功能獲得方法系統探索m6A和FTO在心臟代謝中的調節作用的研究。總之，該研究已經確定了FTO在心臟功能和結構中的調節作用，特別是葡萄糖代謝。這項工作提供了HF期間心臟代謝穩態中m6A修飾的新概念，並強烈建議FTO作為HF預防和治療的潜在目標。考慮到葡萄糖氧化在HF能量供應中的重要性，未來的研究有必要系統地評估FTO在心臟葡萄糖氧化中的作用。
參考消息：
https://www.nature.com/articles/s41392-021-00699-w
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