2025年12月，哈尔滨医科大学及南京医科大学季勇教授、谢利平教授和韩艺教授在Circulation发表了题为“S-Nitrosylation of Pyruvate Kinase Isoform 2 Drives Cardiac Fibrosis by Promoting Mitochondrial Fission”的文章。系统分析了SNO-PKM2在心肌细胞和心肌成纤维细胞的表达情况，揭示了其通过诱导代谢重编程和线粒体分裂，促进心肌成纤维细胞活化，并最终导致心力衰竭的分子机制。更重要的是，基于该机制，发现了目前治疗溶血性贫血的药物Mitapivat在抑制心肌成纤维细胞活化，延缓心功能恶化和心衰中的临床新作用，为心力衰竭的防治提供了潜在干预策略。
该研究首先在成年小鼠和乳小鼠心肌细胞和心肌成纤维细胞中分别检测了PKM2的表达及SNO修饰，发现PKM2高表达于乳小鼠心肌及心肌成纤维细胞，而在成年小鼠心肌细胞中则无法检测到其表达。这一发现与之前报道的PKM2调控心肌细胞再生一致，并提示PKM2可能与病理条件下成纤维细胞的活化增殖有关。
团队接着在Ang II刺激诱导的心肌成纤维细胞活化模型，主动脉缩窄（TAC）以及急性心肌梗死诱导的小鼠心肌纤维化模型，以及心衰患者心脏组织中验证了SNO-PKM2水平的增加。通过质谱分析联合点突变，确证了其修饰位点为半胱氨酸49和326（Cys49/326）。进一步结合成纤维细胞PKM2敲除鼠，腺相关病毒介导的点突变，在TAC和Ang II微渗泵诱导的心肌纤维化模型中证实了SNO-PKM2通过促进心肌成纤维细胞活化，驱动心肌纤维化及心力衰竭。
进一步从酶活和蛋白互作角度系统分析了SNO-PKM2促进心肌成纤维细胞活化的机制。首先，SNO-PKM2能够抑制PK活性，通过检测稳态葡萄糖代谢物浓度，代谢流分析及使用相应通路抑制剂，发现SNO-PKM2导致成纤维细胞中葡萄糖代谢转向磷酸戊糖途径，而这一代谢转变能够驱动心肌成纤维细胞增殖。其次，PKM2发生SNO修饰后，其互作蛋白发生变化，其中凝溶胶蛋白（Gelsolin, GSN），这一参与线粒体分裂的蛋白与SNO-PKM2互作减弱，转而与线粒体分裂蛋白DRP1互作增强，对三者结合模式分析发现DRP1和PKM2竞争性结合GSN的G4-G6结构域。进一步分析发现，GSN能够招募CaMKII至DRP1并促进其Ser616磷酸化，进而促进DRP1线粒体转位，引起线粒体过度分裂和线粒体功能障碍。而线粒体功能障碍可能进一步影响心肌成纤维细胞整体代谢功能的改变，并最终导致其向肌成纤维细胞转化。
基于上述发现，研究团队筛选发现治疗溶血性贫血的药物Mitapivat能够剂量依赖性激活PKM2，并进一步在TAC和Ang II诱导的心衰模型中验证了Mitapivat对心衰的良好防治效果。实际上，心衰与贫血往往互相促进，在有心脏基础疾病的贫血患者中，使用Mitapivat可能进一步降低心衰发生风险。综上，该研究揭示了SNO-PKM2通过调节心肌成纤维细胞代谢和线粒体功能，促进心肌成纤维细胞活化和心力衰竭的新机制，为临床治疗提供了具有转化潜力的干预策略。
季勇教授团队前期建立了系统的蛋白巯基亚硝基修饰（SNO）检测平台，并发现系列参与心脏重构及心衰的关键调控因子。发现心肌细胞SNO-MLP通过促进TLR3-RIP3复合物形成，激活NLRP3炎症小体，驱动心肌肥大和心衰（Circulation. 2020 Mar 24;141(12):984-1000.）。发现心肌肥厚过程中，心肌细胞线粒体GSNOR表达显著下降，导致SNO-ANT1水平升高，诱导线粒体功能障碍和线粒体自噬受损，从而加重心室重构和心力衰竭（Circ Res. 2023 Jul 21;133(3):220-236.）。系列研究发现NEDD4是诱导心肌细胞中GSNOR水平下降的关键上游因子，其通过泛素化修饰促使GSNOR经蛋白酶体途径降解，参与心衰发生发展（Circ Res. 2025 Feb 14;136(4):422-438.）。此外，研究团队还发现HINT1通过与PKCβ1互作，抑制其膜易位及磷酸化，进而下调抑制MEK/ERK/YY1信号通路和HOXA5表达，最终抑制TGF-β信号通路活化，改善心室重构（Circulation. 2021 Aug 24;144(8):638-654.）。
哈尔滨医科大学寒地心血管病全国重点实验室和南京医科大学心脑血管重大疾病新靶标与转化研究重点实验室季勇教授、南京医科大学谢利平教授、哈尔滨医科大学附属第二医院韩艺教授为该论文的共同通讯作者。南京医科大学罗姗姗教授、叶聃宇博士、张艳副教授为该论文共同第一作者。该工作得到了哈尔滨医科大学于波教授、张志仁教授及孙长颢教授，南京医科大学第一附属医院孔祥清教授，厦门大学附属第一医院黄峥嵘教授以及南京医科大学附属南京第一医院陈鑫教授的大力支持。
原文链接：https://www.ahajournals.org/doi/10.1161/CIRCULATIONAHA.125.075903
