缺血性心脏病是全球范围内发病率和死亡率最高的疾病之一，对公共健康构成重大威胁。再灌治疗(如经皮冠状动脉介入治疗)作为恢复缺血心肌供血的有效手段，已成为当前治疗心肌梗死的标准临床方案。虽然近年来血运重建技术的不断优化显著降低了心肌梗死患者的短期死亡率，但再灌本身却可诱发额外的心肌细胞死亡和不可逆心肌损伤，这一现象被称为缺血/再灌(Ischemia/Reperfusion, I/R)损伤。I/R损伤不仅削弱了再灌治疗的整体获益，还显著增加了患者发生心力衰竭和长期死亡的风险。在I/R损伤过程中，心肌细胞的死亡是决定性事件之一，也是本研究关注的核心指标。

研究聚焦的另一个关键通路是花生四烯酸(Arachidonic acid, AA)，这是一类广泛存在于体内的多不饱和脂肪酸，种类丰富、含量充足，具有多种生物学功能。既往研究已证实，AA及其代谢产物在炎症、氧化应激和细胞死亡等多种生理病理过程中发挥重要作用，并与多种疾病(包括心血管疾病)密切相关。尽管近年来关于AA在心血管疾病机制中的研究取得了诸多进展，但对于AA代谢酶在心脏I/R损伤中的表达特征及功能机制仍缺乏系统性认识。尤其是在AA代谢产物如何调控I/R诱导的心肌细胞死亡方面，相关信号通路仍有待深入挖掘和阐明。

2025年5月21日，北京大学基础医学院心血管研究所/北京大学第三医院张岩研究员团队和北京大学未来技术学院肖瑞平教授团队在心脏缺血/再灌损伤的分子机制上取得重要进展，在美国心脏协会(AHA)主办的国际权威期刊Circulation杂志发表了题为“Intracellular L-PGDS-derived 15d-PGJ2 inhibits CaMKII through lipoxidation to alleviate cardiac ischemia/reperfusion injury”的研究论文。该研究揭示了I/R过程中心肌细胞死亡和心脏损伤的新机制，即AA通路的脂质运载蛋白型前列腺素D2合成酶(L-PGDS)与其产物15d-PGJ2的含量降低，导致Ca²⁺/钙调蛋白依赖性激酶II (Ca²⁺/ calmodulin-dependent protein kinase II, CaMKII)信号通路激活，进而导致心肌细胞死亡和心脏损伤；同时还提出了CaMKII蛋白的新型翻译后修饰—由15d-PGJ2介导的脂氧化修饰(lipoxidation)，并提出15d-PGJ2作为生物内源性小分子保护心肌I/R损伤的临床潜力。上述发现深化了AA通路对心肌细胞死亡调控机制的理解，并为心血管疾病的机制研究与临床干预提供了新的思路。 

该团队首先基于小鼠急性I/R模型的心脏组织RNA测序数据，对花生四烯酸代谢酶的表达谱进行了系统筛选。结果显示，负责编码L-PGDS的基因Ptgds在I/R 4小时和24小时损伤的心脏中显著下调。研究人员随后在多个在体与细胞模型中系统验证了这一现象：包括不同时长的I/R术后心脏组织、缺氧/复氧(hypoxia/reoxygenation, H/R)后的原代新生大鼠心室肌细胞(NRVMs)、成年大鼠心肌细胞(ARVMs)、人胚胎干细胞来源的心肌细胞(ES-HCMs)，这些系统均显示出L-PGDS的降低。 

图1. L-PGDS在缺血/再灌注损伤心脏中的表达下调

接下来，为了深入研究L-PGDS在此病理过程中的具体作用，本研究构建了L-PGDS的腺病毒(Ad-L-PGDS)。通过使用腺病毒在乳鼠心肌细胞中过表达L-PGDS，随后对这些心肌细胞进行H/R处理以模拟I/R引起的损伤。在NRVMs、ARVMs和ES-HCMs中均观察到：L-PGDS过表达可显著降低细胞损伤标志物—乳酸脱氢酶(LDH)释放水平，以及细胞凋亡关键指标Caspase 3/7的活性，提示其对心肌细胞具有明显的保护作用；相反，当通过小干扰RNA (siRNA)敲低L-PGDS表达时，心肌细胞对H/R刺激的敏感性显著增强，损伤程度加重。这一系列结果明确支持了L-PGDS在缺血/再灌损伤中的心肌保护作用。 

图2. L-PGDS是心肌细胞抵抗缺氧/复氧诱导细胞死亡所必需的关键因子

为进一步在在体水平验证L-PGDS在I/R损伤过程中的功能，研究团队采用腺相关病毒9型(AAV9)结合心脏特异性肌钙蛋白T (cTNT)启动子，构建了在心肌细胞中特异性过表达L-PGDS的转导系统(AAV-L-PGDS)。在该模型中，通过建立急性心肌I/R损伤模型(30分钟缺血，24小时再灌)，研究发现：L-PGDS过表达显著减小心肌梗死面积，减少心肌细胞凋亡和DNA损伤，显示出明确的心脏保护作用。在此基础上，研究者进一步延长再灌时间至4周，模拟慢性期的心肌重构过程。结果显示，L-PGDS的持续过表达可明显改善心脏收缩功能(如左室射血分数)，减轻心肌纤维化程度，有效抑制慢性I/R后心室重构的发生。上述结果充分表明，L-PGDS不仅可在急性期减轻I/R所致的心肌损伤，还能在慢性期持续发挥心功能保护作用。 

图3. L-PGDS上调减轻I/R导致的心肌损伤、心脏重构及心衰

为了进一步明确L-PGDS在心脏保护中的作用机制，研究团队关注其下游代谢产物并聚焦于15d-PGJ2。通过质谱和ELISA检测发现，无论在小鼠急性I/R模型的血清和心肌组织中，还是在心肌梗死患者PCI术后血浆中，15d-PGJ2水平均显著下降，与L-PGDS表达趋势一致。功能验证显示，补充15d-PGJ2可显著减轻H/R处理下NRVMs、ARVMs和ES-HCMs的损伤。在体模型中，再灌前给予低剂量15d-PGJ2也有效减少了心肌梗死面积、细胞凋亡和DNA损伤。本研究揭示15d-PGJ2是L-PGDS介导心肌保护的重要效应分子，其水平下降是I/R损伤的重要环节，而外源补充可显著缓解急性损伤，显示出良好的治疗潜力。 

图4. I/R损伤显著降低15d-PGJ2水平

进一步机制研究显示，15d-PGJ2可直接与心肌细胞内的Ca²⁺/钙调蛋白依赖性激酶II (CaMKII)结合。通过生物素标记的15d-PGJ2探针及蛋白质组学分析，研究团队首次确认CaMKII是15d-PGJ2的直接作用靶点。功能实验发现，15d-PGJ2可剂量依赖性抑制CaMKII-δ9的激酶活性，且对其他亚型(α、β、γ)选择性较低，表现出良好的特异性。同时，15d-PGJ2处理可显著减少CaMKII活化及其介导的心肌细胞死亡。这一结果首次发现15d-PGJ2是一种内源性小分子CaMKII抑制剂，揭示其在调控心肌细胞命运中的关键作用，也为开发CaMKII靶向治疗策略提供了新方向。 

图5. 15d-PGJ2是内源性CaMKII抑制剂

在I/R诱导的心脏损伤模型中，研究发现15d-PGJ2显著抑制CaMKII的磷酸化激活。这一作用不依赖于其已知受体(PPARγ或DP2)，提示15d-PGJ2通过直接机制发挥功能。在体与在体外实验均显示，L-PGDS过表达能够提高15d-PGJ2水平，并显著减弱CaMKII的过度激活；相反，敲低L-PGDS则加重CaMKII激活程度。这一发现进一步明确了L-PGDS/15d-PGJ2通过直接抑制CaMKII活性发挥心脏保护作用。 

图6. L-PGDS/15d-PGJ2信号轴抑制I/R诱导的CaMKII过度激活

为揭示15d-PGJ2抑制CaMKII的机制，研究团队利用质谱分析发现，15d-PGJ2可通过脂氧化方式修饰CaMKII-δ9的C495位点。该位点位于CaMKII的聚合结构域，是其形成十二聚体结构并实现活化所必需。进一步实验表明，该修饰可破坏CaMKII的寡聚体组装，抑制其自磷酸化和活性维持。突变C495位点后，15d-PGJ2失去了抑制CaMKII的能力，证实该位点是其关键作用位点。 

图7. 15d-PGJ2通过脂氧化修饰C495位点抑制CaMKII活性

综合上述发现，研究团队进一步总结了L-PGDS/15d-PGJ2/CaMKII信号通路在I/R损伤中发挥保护作用的机制图。在正常生理状态下，L-PGDS稳定表达并持续生成15d-PGJ2，后者通过结合CaMKII的C495位点，诱导其发生脂氧化修饰，破坏CaMKII多聚体的组装，从而抑制其活化，维持心肌细胞稳定存活。而在缺血/再灌过程中，L-PGDS表达下调导致15d-PGJ2生成减少，脂氧化修饰水平下降，CaMKII恢复十二聚体结构并发生自磷酸化激活，最终引发心肌细胞死亡，加重心脏损伤。 

北京大学基础医学院心血管研究所张岩研究员为该文章的通讯作者，北京大学未来技术学院博士生胡晴媚为文章的第一作者。此外，本研究得到了北京大学肖瑞平教授、王世强教授、北京协和医院张抒扬教授，以及北京大学基础医学院郑巧霞研究员等专家的技术支持。特别感谢北京大学陈知行研究员课题组为本研究提供的探针设计与构建关键技术支撑。

论文链接：

https://doi.org/10.1161/CIRCULATIONAHA.124.070936

Tags： Circulation 北京大学张岩/肖瑞平团队发现心脏缺血/再灌损伤防治的新靶点