Circulation：非典型鞘脂通过影响线粒体功能导致缺血性心肌病

2024年4月，弗吉尼亚联邦大学等单位的相关研究人员在《Circulation》（IF: 37.8）上发表了题为“SPTLC3 Is Essential for Complex I Activity and Contributes to Ischemic Cardiomyopathy”的研究论文，揭示了非典型鞘脂在缺血性心肌病（ICM）中的新作用，以及SPTLC3（丝氨酸棕榈酰转移酶长链碱性亚基3）在调节心肌线粒体代谢中的重要功能。

亮点概述：

在终末期缺血性心力衰竭患者中，通过SPTLC3发生的鞘脂生物合成的替代途径被激活。
在缺血性心肌病的背景下，SPTLC3及其产物对于维持正常的电子传输链（ETC）复合物I活性和调节线粒体膜的脂质组成至关重要。
心肌细胞特异性SPTLC3的缺失在小鼠缺血性心肌病中对纤维化、左心室功能障碍和心肌细胞肥大具有保护作用。

研究背景：

冠状动脉的部分或完全阻塞会导致心肌梗死（MI），最终导致ICM。高血压、胆固醇、体重指数和其他传统风险因素，无论是单独还是组合指标，都不能完全预测导致ICM的不良事件。

鞘脂的生物合成开始于氨基酸和脂酰辅酶 A 的缩合，由丝氨酸棕榈酰转移酶(SPT)催化。SPT由催化亚基SPTLC2、非催化亚基SPTLC1和几个调节亚基组成。SPT 缩合丝氨酸和棕榈酰辅酶 A 形成18碳(d18)鞘氨醇骨架，随后将其结合到所有下游鞘脂中，包括神经酰胺及其下游产物。

最近，发现了SPT酶的另一个催化亚基SPTLC3。SPT复合物中包含SPTLC3导致16碳(d16)鞘氨醇骨架的产生。尽管对SPTLC3及其产生的替代鞘脂的功能知之甚少，但该研究团队的一项研究表明，SPTLC3衍生的d16鞘脂在小鼠心脏鞘脂组中占很大一部分，并在脂毒性小鼠模型中增加。

研究人员首先发现，SPTLC3在终末期 ICM 人类心脏和非再灌注 MI 诱导的 ICM 小鼠心脏中被诱导。通过靶向脂质组学分析组织样本中的非经典（d16）和经典（d18）鞘脂组谱，发现与对照样品相比，ICM样品表现出d16鞘脂的积累。具体表现为，人类和小鼠 ICM 心脏组织中的 d16-二氢鞘氨醇(d16-DHS)及其磷酸化衍生物d16-二氢鞘氨醇-1-磷酸(d16-DHS1P)显著升高，而相应的 d18碱基的水平降低。而在ICM小鼠模型中，观察到 d16-鞘脂物种更为急剧的增加，包括 d16-鞘氨醇-1-磷酸、d16-鞘氨醇、含有20-碳N-酰基链的d16神经酰胺(d16/C20)、以及d16/C24:1鞘磷脂。进一步的染色质免疫沉淀结果表明，SPTLC3的诱导部分归因于缺血条件下缺氧诱导因子1α（HIF1α）的转录调控。

ICM中SPTLC3和SPTLC3衍生鞘脂的诱导

接着，研究人员构建了一种心肌细胞特异性敲除SPTLC3（cSPTLC3^KO）小鼠，超声心动图及代谢组学数据分析显示，SPTLC3的耗竭减轻了慢性缺血中的氧化应激、纤维化和肥大，并且小鼠表现出心脏功能的改善和存活率的提高，以及酮和葡萄糖底物代谢利用的增加。

cSPTLC3^KO小鼠部分免受非再灌注心肌梗死的影响

为了进一步评估cSPTLC3^KO小鼠表现出MI后不良心脏重塑减弱的潜在途径，研究人员从SPTLC3^fl/fl和KO小鼠的心脏中分离出RNA，并进行RNA-Seq分析。GO分析显示线粒体途径富集，包括ETC、氧化磷酸化（Oxphos），但不包括三羧酸循环或脂肪酸β-氧化。电子显微镜观察及线粒体融合蛋白的表达分析显示，cSPTLC3^KO小鼠线粒体大小增加，这是由于其分裂受到影响。

鞘脂的主要作用是调节膜流动性，由于线粒体功能会受到膜流动性和电位（线粒体膜电位[ΔΨm]）变化的影响，研究人员对其进行了评估。发现与SPTLC3^fl/fl线粒体相比，cSPTLC3^KO的ΔΨm低了约2倍。