运动代谢记忆通过PDK4阻止病理性心脏肥大

背景：病理性心脏肥大仍是心力衰竭的主要诱因，其中葡萄糖代谢障碍扮演核心角色。尽管已知运动能增强心肌葡萄糖利用，但运动诱导的长期代谢重编程效应及其在预防病理性肥大中的作用尚不明确。本研究阐明了运动诱导肥大预处理（EHP）所引发的持续性代谢记忆机制及其心脏保护作用，重点关注RNA甲基化与花生四烯酸代谢。方法：我们采用正电子发射断层扫描/计算机断层扫描评估心脏葡萄糖摄取，并通过批量RNA测序分析静息状态与EHP小鼠的心肌基因表达谱。通过腺相关病毒介导的过表达和他莫昔芬诱导的心脏特异性Pdk4敲除实现Pdk4（丙酮酸脱氢酶激酶4）的遗传操作。在心脏特异性Pdk4敲除小鼠及对照（MCM [Myh6-MerCreMer]）小鼠中通过横主动脉缩窄术诱导压力超负荷。采用焦磷酸测序、单碱基延伸与连接定量聚合酶链反应及双荧光素酶报告实验研究EHP对Pdk4的表观遗传调控。对心脏组织及新生大鼠心肌细胞/成纤维细胞进行非靶向代谢组学、分子对接、分子动力学模拟和细胞热位移分析，以鉴定关键代谢物及其作用机制。结果：EHP即使在生理性肥大消退后仍能维持心肌葡萄糖偏好性，这一效应通过METTL3（甲基转移酶样蛋白3）依赖性m6A RNA甲基化抑制Pdk4表达介导。过表达Pdk4会消除EHP介导的心脏保护作用，而敲除Pdk4在压力超负荷下可增强心功能并减轻纤维化。代谢组学分析鉴定出花生四烯酸衍生物5-KETE（5-氧代-6E,8Z,11Z,14Z-二十碳四烯酸）、12-酮-白三烯B4和20-羟基-白三烯B4作为新型肥大与纤维化抑制剂。这些代谢物通过抑制ERK2（细胞外信号调节激酶2）/MAPK1（丝裂原活化蛋白激酶1）通路减轻心肌细胞肥大和成纤维细胞转分化。结论：本研究确立了EHP通过RNA甲基化依赖性抑制Pdk4诱导代谢记忆的统一机制，该机制导致花生四烯酸代谢改变及保护性脂质介质积累。这些发现揭示了靶向PDK4-花生四烯酸代谢物轴缓解病理性心脏重塑的治疗潜力。