山东大学齐鲁医院陈玉国教授团队发现代谢醛诱导心肌细胞铁死亡的作用及机制

  近日，山东大学齐鲁医院急诊科陈玉国教授团队在Advanced Science（中科院1区， 5年平均IF=16.2）在线发表题为“Deubiquitinase OTUD5 as a novel protector against 4-HNE-triggered ferroptosis in myocardial ischemia/reperfusion injury”的研究论文。

  该论文为陈玉国/薛丽团队开展急危重症醛代谢紊乱系列研究的又一原创性研究成果，揭示了4-羟基壬烯醛 （4-HNE）诱发心肌细胞铁死亡的新机制，其通过促进GPX4泛素化降解与铁死亡形成正反馈环路，加剧心肌损伤；并且鉴定出OTUD5是抑制该环路的重要保护因子，为心肌缺血再灌注损伤（myocardial ischemia/reperfusion injury，MI/RI）的治疗提供了新思路及靶点。山东大学齐鲁医院为该论文的第一作者和通讯作者单位，陈玉国教授、徐峰教授、薛丽副教授为该论文的通讯作者，博士研究生刘路路、庞佼佼副教授、秦丹丹助理研究员为该论文的第一作者。

  急性心肌梗死是急诊科常见的高危胸痛，致死致残率高。尽管再灌注是治疗心梗最有效的措施，但也会加重心肌细胞死亡，引起MI/RI。近年来研究发现可调控的细胞死亡在MI/RI中发挥重要作用，其中也包括铁死亡，2019年首次证实铁死亡参与MI/RI。4-HNE是铁死亡的重要脂质过氧化标志物，在铁死亡过程中大量积聚。4-HNE同时作为一种α不饱和脂肪醛，性质活泼，可通过调控蛋白翻译后修饰等作用诱导心肌细胞凋亡和程序性坏死。然而，I/R过程中4-HNE是否具有诱导心肌细胞铁死亡作用，目前尚不清楚。

  本研究中，陈玉国/薛丽团队运用活性醛质谱检测等技术，发现在MI/R后活性醛4-HNE大量累积；且在再次灌注24h时，铁死亡发生最明显。ALDH2是代谢4-HNE的关键酶，采用ALDH2 cKO小鼠和其激活剂Alda-1，可分别促进和减轻MI/RI铁死亡，明确了4-HNE在MI/RI铁死亡中的关键作用。进一步进行机制探索，发现4-HNE通过加合铁死亡关键分子GPX4促进其泛素化修饰，直接诱导了心肌细胞铁死亡，形成了4-HNE-铁死亡正反馈环路，加重了MI/RI心肌损伤；进一步筛选出OTUD5可能是参与4-HNE诱导GPX4泛素化增加的关键去泛素化酶。通过质谱、GST-pull down、表面等离子共振（SPR）等实验明确GPX4与OTUD5可发生直接结合，并且Co-IP、邻位连接技术（PLA）等证明4-HNE抑制OTUD5与GPX4间结合；4-HNE性质活泼，可以通过加合作用促进蛋白羰基化影响蛋白功能，进一步通过实验证明4-HNE加合GPX4、OTUD5，并促进GPX4在93位点的半胱氨酸以及OTUD5在247位点的半胱氨酸发生羰基化修饰，进而减少OTUD5与GPX4的结合，促进GPX4的泛素化降解。进一步证实调控OTUD5表达可影响4-HNE诱导的GPX4泛素化降解而上调去泛素化酶OTUD5可阻断4-HNE-铁死亡环路保护心肌，为MI/RI治疗提供了新的策略和靶点。该研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划等项目的资助。

  陈玉国教授团队围绕“急危重心血管疾病、心脏骤停与心肺脑复苏、脏器功能监测评估支持与保护、急危重症医疗大数据人工智能及急救设备研发”五大方向开展临床基础转换研究工作，引领我国“大急诊急救”体系建设。近年来，课题组在急危重心血管疾病等方面取得了一系列高水平成果，近五年先后在专业领域权威和顶级期刊发表多篇论文（JAHA2018，ATVB 2019，Atherosclerosis 2020，Eur Heart J 2020，JCI Insight 2021，ATVB 2022，Nature Reviews Cardiology 2023，Advanced Science2023），并获得省部级一、二等奖和中华医学科技奖一等奖。上述研究工作得到了国家自然科学基金面上和重点项目、国家和省重点研发计划、山东大学临床研究中心专项等项目的资助。