杨宝峰院士多组学揭示CD36棕榈酰化介导脂代谢紊乱与线粒体自噬缺陷，加剧心肌梗死后心功能损伤
发布时间：
2026-01-31
心肌梗死（MI）后心肌能量底物代谢改变和线粒体损伤，导致心脏结构与功能异常。脂肪酸转运蛋白CD36可维持心肌脂质稳态和线粒体代谢，棕榈酰化修饰影响其亚细胞定位并调控脂肪酸（FA）代谢，但在MI中的作用尚未可知。
2025年7月17日，哈尔滨医科大学杨宝峰院士/张勇教授团队凭借蛋白组学、代谢组学、scRNA-seq与Co-IP-MS等发现，MI后CD36棕榈酰化水平上调，膜定位增加。抑制该修饰，可产生“一石二鸟”的治疗效应：其一，减少CD36膜定位和FA过载，缓解脂毒性；其二，驱动CD36进入线粒体，通过增强PGAM5介导的线粒体自噬维持线粒体稳态和心脏能量供应。
标题：Inhibiting CD36 palmitoylation improves cardiac function post infarction by regulating lipid metabolic homeostasis and autophagy.
译名：抑制CD36棕榈酰化通过调节脂质代谢稳态和自噬改善梗死后心脏功能
影响因子：IF=15.7
期刊：Nature communications
发表时间：2025年7月17日
核心结果
1.蛋白质组学揭示MI后代谢重编程和线粒体功能障碍
建立小鼠MI模型（结扎左冠状动脉4周），实验证实小鼠心脏功能受损。蛋白质组测序鉴定出307种差异蛋白。GO/KEGG分析显示，MI组中代谢通路（TCA/碳代谢）下调，其中上调蛋白与心脏病理通路相关（NF-κB通路/铁死亡），下调蛋白参与能量生成（ATP代谢/氧化磷酸化）。并且MI中FA代谢/降解/延长相关蛋白表达约降低两倍。
亚细胞定位分析显示差异蛋白主要富集于线粒体。非靶代谢组学结果进一步支持MI后FA代谢通路发生显著变化。分子实验进一步证实MI后心肌脂代谢异常（有害脂质体积累、FA代谢酶失调、氧化应激增强）和线粒体功能障碍（线粒体复合物相关基因表达和ATP含量↓）。还出现葡萄糖代谢受损如葡萄糖摄取降低（Micro-PET/CT），葡萄糖转运蛋白Glut4膜定位减少（总蛋白不变）。
2.单细胞RNA测序确认CD36是心肌细胞代谢的关键调控因子
scRNA-seq鉴定的452种DEGs富集于氧化磷酸化、FA降解和TCA循环等代谢通路，并锁定FA代谢基因CD36。PCR/WB/共聚焦显微镜发现，MI组CD36 mRNA表达增加，总蛋白不变，且CD36亚细胞定位改变（膜↑，胞内↓）。表明CD36是调控MI后心肌细胞代谢和线粒体功能的潜在分子靶点。
3.抑制CD36介导的FA摄取可通过减少梗死面积和调节代谢来改善心脏功能
超声心动图、TTC/HE/Masson染色显示，使用CD3抑制剂SSO处理MI小鼠后，小鼠心肌功能改善、梗死面积减少、胶原沉积减轻。结构上，SSO组心肌超微结构损伤减轻，细胞水肿减轻和线粒体基质保留（TEM）。还改善了代谢紊乱，表现为有毒脂质中间体水平降低、氧化应激减轻、葡萄糖摄取增加。表明抑制CD36可以减少有毒脂质体的过度积累，纠正线粒体异常。
4.棕榈酰化对于CD36的质膜定位和细胞FA摄取活性都是必需的
CD36膜定位增加机制：IP-ABE（酰基-生物素交换）显示，MI小鼠心脏中CD36棕榈酰化水平显著增加。棕榈酸PA增加了CD36棕榈酰化及其膜定位，而棕榈酰转移酶抑制剂2-BP则降低，总蛋白无变化。随后双标流式细胞术表明棕榈酰化通过调节CD36的亚细胞定位，影响心肌细胞中FA结合和摄取活性。
缺氧验证：缺氧诱导心肌CD36棕榈酰化和膜定位增加，FA摄取增多以及有毒脂质体积累，PA加剧该效应，而2-BP则抑制。表明抑制CD36棕榈酰化可以通过改变CD36膜定位，减轻心肌细胞中因缺氧诱导的有毒脂质体积累。
突变体验证：构建CD36棕榈酰化位点突变体（AA-SS-CD36，Cys→Ala/Ser），转染后细胞膜CD36减少，胞内增加，FA摄取降低。缺氧条件下，突变体组有害脂质积累、线粒体OCR改善，ROS减少。凸显了抑制CD36棕榈酰化在改善MI后梗死面积的潜力。
5.抑制CD36棕榈酰化可缓解MI引起的心脏损伤
在MI小鼠中敲除CD36后，过表达AA-SS-CD36组膜CD36含量低于过表达WT-CD36组。超声心动图、HE染色和TEM显示，AA-SS-CD36组MI后心肌功能改善，纤维化减少，心肌超微结构破坏和线粒体损伤缓解。
此外，AA-SS-CD36减少心毒性脂质体、抑制线粒体氧化应激、改善心肌线粒体功能并增强心肌葡萄糖摄取。表明抑制CD36棕榈酰化可通过减少梗死面积和脂毒性代谢物，增强心脏功能，使线粒体功能正常化，并防止线粒体氧化能力受损后脂质过载。
6.PGAM5在抑制CD36棕榈酰化介导的心肌细胞自噬中起关键作用
研究表明MI后心肌自噬下调，WB、TEM和自噬拮抗剂3-MA处理证实了这一现象，且抑制CD36棕榈酰化可以通过促进心肌细胞自噬，部分保护MI后的心脏功能。
下游靶点筛选：Co-IP-MS鉴定386种CD36互作蛋白，与自噬数据库交集得到25种候选基因，其中PGAM5（线粒体磷酸酶）参与线粒体自噬通路。Co-IP证实两者结合，抑制CD36棕榈酰化可增强该结合。敲低PGAM5表达可阻断AA-SS-CD36介导的自噬体形成（Cyto-ID染色）。表明CD36棕榈酰化抑制诱导自噬的关键靶点是PGAM5。
随后发现抑制CD36棕榈酰化后可逆转MI导致的线粒体CD36、PGAM5减少。那么CD36棕榈酰化是如何影响线粒体PGAM5表达呢？结果发现AA-SS-CD36组PGAM5的mRNA水平无变化，但蛋白稳定性增加（CHX处理实验）。Co-IP证实抑制CD36棕榈酰化后，PGAM5泛素化水平显著降低。
PGAM5下游通路验证：已知PGAM5可通过调控Fundc1和Drp1磷酸化，分别参与线粒体自噬、裂变。实验发现，AA-SS-CD36组线粒体Fundc1和Drp1-S637磷酸化水平显著降低，S616磷酸化和总蛋白水平不变。并且线粒体中Drp1招募量显著增加。此外，线粒体自噬抑制剂Mdivi-1处理后，抑制CD36棕榈酰化改善的心肌功能被减弱，LC3B-II水平降低。
以上表明抑制CD36棕榈酰化促进CD36线粒体定位增加，并增强其与PGAM5结合，从而抑制PGAM5泛素化和降解，使线粒体PGAM5水平升高。这导致Fundc1/Drp1磷酸化水平降低，最终促进心肌细胞线粒体自噬。
文章总结
本研究首先利用蛋白质组、代谢组学和scRNA-seq揭示了CD36是调控MI后心脏代谢和线粒体功能的关键靶点。进一步的IP-ABE技术证实CD36棕榈酰化促进其膜定位和脂肪酸摄取功能，敲低/过表达和动物实验证明抑制CD36棕榈酰化可缓解MI后心脏损伤，减轻脂毒性。随后使用Co-IP-MS鉴定其下游靶点为线粒体蛋白PGAM5，泛素化实验表明CD36棕榈酰化增强PGAM5泛素化水平。最后，WB等验证下游通路：PGAM5通过去磷酸化激活Fundc1和Drp1蛋白，协同促进线粒体自噬，修复线粒体功能。
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