靶向SIRT4-SUCLG1去丁酰化轴：人参皂苷Rb3改善HFpEF心肌能量代谢衰竭的新机制

一、研究背景

保留射血分数心力衰竭（HFpEF）是一种以舒张功能障碍和代谢失调为特征的复杂心血管疾病，目前临床上缺乏显著降低死亡率的靶向治疗手段。心肌能量供应不足是HFpEF的核心病理特征，越来越多证据提示翻译后修饰（PTMs）是调控心脏代谢酶活性的关键。其中，丁酰化修饰（Butyrylation）作为一种代谢感应器，其在HFpEF发病机制中的作用尚属空白。

在三羧酸（TCA）循环中，SUCLG1负责催化琥珀酰辅酶A转化为琥珀酸并偶联生成ATP。HFpEF中Sirtuin家族酶（可能为SIRT4）的缺失会导致SUCLG1发生病理性过丁酰化，从而阻断TCA循环通量，引发心肌能量衰竭；而具有代谢调节潜力的天然产物人参皂苷Rb3（G-Rb3），可能通过与SIRT4相互作用来重编程这一代谢轴，发挥抗HFpEF的治疗作用。

二、研究结果

1. 雄性小鼠更易呈现典型的HFpEF代谢及病理表型

在HFpEF模型中，虽然雌雄小鼠均保留了收缩功能并出现了舒张功能障碍（E/A及E/e′升高），但雄性模型小鼠更早且更显著地表现出体重增加、心脏肥大、肺水肿以及更严重的血脂异常（甘油三酯、胆固醇等升高）。结论：雄性小鼠对该代谢驱动的HFpEF模型更为敏感，展现出更符合临床特征的病理表型，是后续机制研究的理想动物模型。

2. HFpEF心脏组织中呈现异常的全局蛋白丁酰化升高

组织学证实模型组小鼠出现明显的心肌细胞排列紊乱、间质纤维化和炎症浸润。对心肌组织裂解液进行10种翻译后修饰（PTMs）的全局免疫印迹筛查，结果显示乙酰化和丁酰化在对照组与模型组之间的差异最为显著。鉴于丁酰化在心血管领域的空白及其对代谢应激的敏感性，研究将其锁定为核心靶标。结论：蛋白质丁酰化水平异常升高是HFpEF心肌组织中突出的翻译后修饰事件。

3. 丁酰化组学锁定SUCLG1为HFpEF核心差异修饰蛋白

通过高通量丁酰化组学分析，鉴定出92个显著变化的丁酰化蛋白和171个差异位点，且多数定位在线粒体。通路富集分析显示，这些蛋白高度集中于有氧呼吸及TCA循环代谢通路中。其中，SUCLG1的K90位点是显著上调排名前五的核心差异修饰位点。结论：TCA循环关键酶SUCLG1在K90位点的过丁酰化是HFpEF中导致代谢紊乱的关键候选分子事件。

4. SIRT4缺失导致SUCLG1异常丁酰化与线粒体代谢功能障碍

实验发现，HFpEF小鼠中SUCLG1蛋白表达量未变，但其丁酰化水平显著升高，伴随其催化产物琥珀酸及ATP的显著下降。体外将SUCLG1的K90位点突变为精氨酸（模拟去丁酰化状态）可成功恢复琥珀酸和ATP水平。通过筛选发现SIRT4是与SUCLG1特异性结合的调节酶，且SIRT4在HFpEF心肌中显著下调。结论：SIRT4下调驱动了SUCLG1-K90位点的异常高丁酰化，阻断了琥珀酰辅酶A向琥珀酸的转化，引发心肌能量匮乏。

 5. SIRT4过表达可促进SUCLG1去丁酰化并挽救细胞能量代谢

在利用去氧肾上腺素（PE）诱导的肥大及代谢应激细胞模型（H9c2和原代新生大鼠心室肌细胞NRVMs）中，同样再现了SUCLG1高丁酰化、SIRT4低表达、琥珀酸及ATP下降的病理特征；在NRVMs中还观察到了上游底物琥珀酰辅酶A的堆积。利用慢病毒介导SIRT4过表达，可特异性逆转SUCLG1高丁酰化，并恢复琥珀酸和ATP生成。结论：SIRT4介导的SUCLG1去丁酰化是挽救应激心肌细胞线粒体能量衰竭的关键干预节点。

6. 人参皂苷Rb3可直接结合SIRT4并改善HFpEF的舒张功能及病理重构

分子对接与表面等离子体共振（SPR）实验证实天然化合物G-Rb3能与SIRT4稳定结合。在动物水平，经过四周治疗，中、高剂量G-Rb3可显著降低血压，改善超声心动图下的舒张功能障碍（降低E/A和E/e′比值），明显减轻心肌细胞肥大、纤维化、炎症浸润和肺水肿，并部分纠正了血脂异常。结论：G-Rb3作为一种SIRT4相互作用分子，在体内表现出强效的抗心脏重构、改善舒张功能和调节脂质代谢的治疗潜力。

 7. G-Rb3依赖SIRT4-SUCLG1去丁酰化轴恢复心肌ATP供应

体内和体外实验一致表明，G-Rb3能剂量依赖性地上调SIRT4表达，进而降低SUCLG1丁酰化水平，打通代谢瓶颈并重新提升琥珀酸和ATP水平。采用药理学手段引入SIRT4特异性抑制剂（SIRT4-IN-1）进行功能阻断后，G-Rb3促进SUCLG1去丁酰化、恢复琥珀酸及ATP的作用被完全抵消。结论：SIRT4是G-Rb3发挥抗HFpEF作用的必经功能靶点，G-Rb3经由“上调SIRT4-促SUCLG1去丁酰化-恢复能量代谢”这一连贯机制起效。

 三、研究结论

本研究系统揭示了HFpEF中导致心肌能量失败的全新翻译后修饰机制：疾病状态下SIRT4表达下调，导致TCA循环关键酶SUCLG1（K90位点）发生病理性过丁酰化，阻滞了琥珀酰辅酶A向琥珀酸的转化，最终导致心肌ATP产出锐减和舒张功能障碍。

同时，研究鉴定出天然产物“人参皂苷Rb3（G-Rb3）作为一种新型SIRT4相互作用调节剂”。G-Rb3通过结合并上调SIRT4，推动SUCLG1去丁酰化，成功打通了受阻的能量代谢回路，恢复TCA通量与ATP稳态，有效改善了HFpEF的病理重构与心功能。该成果不仅填补了丁酰化修饰在心血管代谢调控中的认知空白，也为以SIRT4和代谢修饰为靶点的HFpEF临床药物开发提供了具有高度转化价值的新策略。

Yu X, Guo Y, Liu S, Li S, Liu Y, Jin L, Wang Y, Liu Z, Cheng Y, Wang D. SIRT4-mediated debutyrylation of SUCLG1 rescues myocardial energy failure in HFpEF: Ginsenoside Rb3 as a novel SIRT4-interacting regulator. Pharmacol Res. 2026 May;227:108196. doi: 10.