扩张型心肌病（DCM）是一种以左心室扩张和收缩功能障碍为特征的复杂心肌疾病。四分之一至一半的扩张型心肌病与家族遗传相关，包括编码细胞骨架蛋白、肌节成分和线粒体蛋白等基因的突变。然而，特发性扩张型心肌病的分子机制有待进一步阐明。
通过O连接β-N-乙酰葡糖胺（O-GlcNAc）对蛋白质进行翻译后修饰可调节其稳定性和功能。许多蛋白质可以被O-GlcNAc糖基化修饰并参与钙信号转导、线粒体功能和代谢等多种生理病理过程。已有研究显示，O-GlcNAc糖基化在多种心脏疾病中发挥重要而复杂的功能，而在DCM中心肌O-GlcNAc糖基化异常的调控机制还不清楚。蛋白质精氨酸甲基转移酶5（PRMT5）属于II型PRMT家族，介导细胞中精氨酸的大部分对称二甲基化，在转录调节、RNA加工、蛋白质功能调控及信号转导等过程中皆发挥了重要功能。目前，关于PRMT5是否能够调节心脏蛋白质O-GlcNAc糖基化以及在DCM中是否发挥功能尚属未知。
年9月10日，来医院生命组学研究所/蛋白质组学国家重点实验室/国家蛋白质科学中心（北京）杨晓研究员、王剑副研究医院心内科张幼怡教授团队在CirculationResearch上发表了题为“PRMT5PreventsDilatedCardiomyopathyviaSuppressionofProteinO-GlcNAcylation”的研究论文，确定了PRMT5是心脏蛋白O-GlcNAc糖基化的一种新调控因子，并发现心肌细胞中PRMT5缺失导致蛋白O-GlcNAc糖基化失调并诱导DCM发生。
首先，研究者在GEO数据库中发现扩张型心肌病患者心室标本中PRMT5表达显著降低。利用Prmt5fl/fl与αMHC-Cre小鼠杂交制备出心肌细胞特异性Prmt5基因敲除小鼠（Prmt5-cKO），发现7月龄Prmt5-cKO小鼠的心脏显著增大，心体比和心脏重量与胫骨长度比显著增加，心室壁厚度和心肌细胞横截面积显著减少，心肌发生明显的纤维化。超声心动图显示5月龄的Prmt5-cKO小鼠表现出心脏收缩力受损和舒张功能异常，7月龄的Prmt5-cKO小鼠的心脏收缩功能受损进一步加重。这些结果表明心肌细胞Prmt5基因敲除导致DCM。
为了探索PRMT5缺失导致DCM的分子机制，研究者进行了转录组测序分析，对个差异表达基因（个下调基因和个上调基因）进行通路富集分析，发现主要与肌肉功能、能量代谢和物质运输有关。由于能量代谢的变化对心脏稳态维持具有重要影响，因此研究者进一步使用非靶向代谢组学方法，发现蛋白O-GlcNAc糖基化修饰的供体糖UDP-GlcNAc在Prmt5-cKO小鼠心脏组织中明显减少，而蛋白O-GlcNAc修饰则显著上调。该结果提示，心肌细胞Prmt5基因敲除小鼠心脏O-GlcNAc糖基化的升高不是由于UDP-GlcNAc生成增加所引起。
研究者进一步发现Prmt5-cKO小鼠心脏蛋白O-GlcNAc糖基化的增加是由于蛋白O-GlcNAc糖基化修饰的关键酶O-连接N-乙酰葡糖胺水解酶（OGA）的下调所导致。OGA下调的原因一方面可能是PRMT5通过转录因子E2F1介导的Oga转录抑制引起的。另一方面，研究者使用可变剪切分析（rMATS）发现，PRMT5主要通过调节OgamRNA的可变剪接来调节OGA的表达及O-GlcNAc糖基化水平。另外，GEO数据库中DCM患者样本PRMT5和OGA的mRNA水平呈正相关。
为了研究成体Prmt5敲除对心脏稳态的影响，研究者通过向1月龄Prmt5fl/fl小鼠注射携带cTNT启动子驱动Cre重组酶表达的AAV9病毒，以及将Prmt5fl/fl与可诱导型心肌细胞Cre小鼠（αMHC-MerCreMer）交配，制备出可诱导型心肌细胞Prmt5基因敲除小鼠模型，共同证明了成年小鼠心肌细胞中PRMT5的缺失也会损害心脏中的OGA表达和剪接，导致心肌O-GlcNAc糖基化的升高和DCM发生。最后，为了验证Oga调节的O-GlcNAc糖基化是否真正介导了Prmt5敲除引起的DCM表型，研究者利用AAV9在心脏过表达OGA，发现可使蛋白O-GlcNAc糖基化正常化，并部分挽救Prmt5-cKO小鼠的DCM表型。
该研究揭示了PRMT5通过抑制蛋白O-GlcNAc糖基化维持心脏稳态的重要生理功能，首次发现PRMT5缺失导致DCM发生的分子机制，并提示靶向PRMT5-OGA轴是扩张型心肌病的潜在治疗策略。
该论文的共同第一作者医院生命组学研究所/蛋白质组学国家重点实验室/国家蛋白质科学中心（北京）的李振华助理研究员、博士研究生徐京平医院的宋峣博士。医院生命组学研究所/蛋白质组学国家重点实验室/国家蛋白质科学中心（北京）杨晓研究员、王剑副研究医院张幼怡教授为共同通讯作者。
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本文编辑：佚名
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