再取进展！陈义汉团队发现CDC样激酶4在病理性心脏肥大起重要作用

虽然前期的机制研究确定了许多与病理性心肌肥厚有关的重要信号通路，但针对该疾病的治疗方面一直没有突破。此外，有关于CLKs的研究知识迅速积累，但该家族在心脏生理学和病理学中的作用仍有待进一步探索。

2022年7月8日，同济大学陈义汉、张奇及中国医学科学院心脏节律起源与调控研究团队李丽共同通讯在Nature Communications（IF=18）在线发表题为“CDC-like kinase 4 deficiency contributes to pathological cardiac hypertrophy by modulating NEXN phosphorylation”的研究论文，该研究报告了一项CDC样激酶4(CLK4)通过NEXN磷酸化途径调节心功能的机制研究，研究表明CLK4是心肌细胞肥大和心力衰竭的关键调节因子。敲低CLK4可导致病理性心肌细胞肥大，而过表达CLK4可抵抗苯肾上腺素诱导的心肌细胞肥大。

心肌特异性敲除CLK4的小鼠表现为疾病性心肌肥厚，伴有进行性左室收缩功能障碍和心脏扩张。进一步的研究发现nexilin (NEXN)是CLK4的直接底物，一个模仿磷酸化的NEXN过表达的突变体足以逆转CLK4敲低引起的心肌细胞肥厚性生长。重要的是， NEXN磷酸化恢复之后，心肌特异性CLK4缺失小鼠的心肌肥厚得到了改善。因此，可认为CLK4通过NEXN磷酸化途径调节心功能，其缺乏可能导致病理性心肌肥厚。CLK4也可作为预防和治疗心衰的潜在干预靶点。

另外，2022年7月15日，同济大学陈义汉团队在Cell Research （IF=46）在线发表题为“Glutamate drives ‘local Ca2+ release’ in cardiac pacemaker cells”的研究论文，该研究报告内源性谷氨酸驱动 SANPCs 中的 LCR。使用谷氨酸感应器，该研究揭示了谷氨酸积累和 LCR 发生之间的紧密相关性，表明谷氨酸和 LCR 之间存在潜在关系。谷氨酸的细胞内应用显著增强了完整和透化的 SANPC 中的 LCR。从机制上讲，该研究发现线粒体兴奋性氨基酸转运蛋白 1 (EAAT1) 依赖的线粒体谷氨酸输入促进了 ROS 的产生，进而导致 Ca2+ 操纵蛋白的氧化，最终导致 LCR 增强。重要的是，EAAT1 的消耗降低了离体 SANPCs 的自发放电率和体外和体内的心率，表明 EAAT1 作为谷氨酸转运蛋白在调节心脏自主节律中的核心作用。总之，该研究结果表明，谷氨酸在 SANPCs 中充当 LCR 点火器，为解释自发点火起源的耦合时钟理论增加了一个潜在的重要元素。这些发现为未来预防和治疗心脏起搏器细胞相关的心律失常提供了新的思路。

在应对如高血压和瓣膜缺损等的病理刺激时，心脏逐渐肥大性生长，其特征是心肌细胞大小增加和胎基因程序重新表达。虽然它最初是维持心输出量的适应性反应，但长期的肥大生长与病理性心脏肥大息息相关。前期的机制研究确定了许多与病理性心肌肥厚有关的重要信号通路，但针对该疾病的治疗方面一直没有突破。

CDC样激酶(CLKs)是一个进化保守的双特异性CMGC激酶家族，可以在酪氨酸残基上自磷酸化，并只在丝氨酸/苏氨酸残基上磷酸化其底物。CLK家族由四个成员组成：CLK1、 CLK2、 CLK3和CLK4。在功能上，CLKs可作为选择性剪接的高水平调控因子，通过磷酸化剪接因子(SR蛋白)上富含丝氨酸/精氨酸的结构域，从而在大量的生物过程中发挥调控作用，如肿瘤发生、癌细胞迁移入侵和病毒复制。

此外，CLKs还在RNA剪接以外的过程中发挥作用。例如，面对饲料和高脂肪饮食时，CLK2直接在SR区域磷酸化过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1- α (PGC-1α)，以抑制其对靶基因的活性，通过其控制肝脏糖异生。有研究显示，CLKs 1、2和4位于中体，通过直接磷酸化和激活Aurora B激酶，它们在依赖 Aurora B 的脱落检查点中发挥调节作用。

CLK4调节心肌细胞肥大，其表达随疾病下降（图源自Nature Communications ）

在这里，该团队研究了CLKs在心脏中的功能。研究表明，抑制CLK4会刺激心肌细胞肥大。在衰竭心肌细胞中CLK4表达下调，并且心肌特异性CLK4缺失(Clk4-cKO)导致小鼠心肌肥厚和功能障碍。在机制上，确定了nexilin (NEXN)是CLK4的直接靶点，磷酸化NEXN的减少介导了Clk4-cKO小鼠病理性心肌肥厚和心力衰竭的发展。以上这些结果揭示了CLK4在病理性心肌肥厚中的调节作用和潜在机制，并表明CLK4的恢复可能是治疗心力衰竭的一种潜在的新治疗策略。同时，阐明CLK4调节NEXN磷酸化在心脏病理生理学中的重要性，为探究Z-disk蛋白的功能提供了新的线索。

本研究也存在一定的局限性。首先，在两种心力衰竭模型中获得的结果表明心肌中CLK4蛋白下调，但CLK4在这些情况下如何被调节仍有待进一步研究。其次，体内实验主要在啮齿类动物（小鼠）中进行，这些动物与人类有物种差异;因此，未来的研究应该在人体组织上进行。最后，需要设计和生产一种用于检测磷酸化NEXN S437的磷酸盐特异性抗体，这将有助于未来的功能和机制研究。

参考消息：

https://www.nature.com/articles/s41467-022-31996-9