复旦大学葛均波院士与孙爱军教授团队在Science Bulletin发文：揭秘心肌缺血再灌注损伤中代谢重编程的“翻译守门人”调控机制

通过对人类心力衰竭样本进行深度多组学分析与临床转录组共识聚类，研究团队在57个mRNA修饰相关基因中，精准锁定了m6A读取蛋白复合体成员eIF3m。临床数据证实，eIF3m的特异性下调是缺血性心肌病患者不良预后及心脏移植前生存期缩短的独立且强效的预测因子，彻底打破了传统上仅关注转录水平调控的局限。

结合高分辨率空间转录组学（10x Visium）、Ribo-seq（翻译态核糖体图谱）、PAR-CLIP（交联免疫沉淀RNA测序）及高深度定量蛋白质组学，研究发现eIF3m在应激下脱离经典的eIF3大复合体，特异性识别并结合于金属硫蛋白2（Mt2）mRNA的5'端独特发夹结构，作为极其精准的“翻译守门人”驱动Mt2的高效翻译，为心肌抗氧化防御构建了第一道分子屏障。

该研究详尽阐明了eIF3m缺失导致Mt2翻译停滞，进而彻底释放NF-κB炎症通路与一氧化氮合酶（iNOS）活性的级联病理反应。该病理过程引发过氧亚硝酸盐（ONOO-）的洪峰式爆发，直接对糖酵解关键限速酶Pfkfb3的特定酪氨酸残基（如Tyr197）造成不可逆的3-硝基酪氨酸（3-NT）修饰，导致糖酵解代谢流阻断。这一闭环机制的发现，为临床通过药物稳定eIF3m或诱导Mt2来挽救急性心肌梗死再灌注期的濒死心肌提供了明确的靶向干预策略。

在全球范围内，缺血性心脏病依然是导致心力衰竭和心血管源性死亡的头号病因。在现代心血管重症医学中，急性心肌梗死的标准治疗路径依赖于尽早开通闭塞的冠状动脉以实现血流再灌注（如经皮冠状动脉介入治疗PCI）。然而，伴随血流恢复而来的缺血/再灌注（Ischemia/Reperfusion, I/R）损伤本身会触发更为猛烈的病理性重塑，导致大量心肌细胞不可逆地走向凋亡和坏死，最终引发致命性的心脏收缩功能障碍。在这一极端苛刻的微环境中，心肌组织能否成功实现能量代谢重编程——即在有氧氧化途径因线粒体功能受损和氧供不足而瘫痪时，迅速且高效地将主要能量来源切换为无氧糖酵解，成为了决定心肌损伤修复与细胞存活的生死抉择。

尽管糖酵解在每个葡萄糖分子上产生的ATP数量远低于三羧酸（TCA）循环，但在急性缺血应激下，其极快的反应速度和不依赖氧气的特性构成了心脏唯一的“救命稻草”¹。然而，掌控这一代谢开关的核心调控节点一直未能被充分阐明。传统的分子心脏病学往往将目光聚焦于基因的转录调控层面，但转录过程耗时较长，难以满足急性缺血时心肌对能量的瞬时渴求。近年来，表观转录组学（Epitranscriptomics）和翻译后修饰的兴起，尤其是mRNA修饰（如N6-甲基腺苷，m6A）及其阅读蛋白网络的发现，为理解快速细胞应激提供了全新视角。真核翻译起始因子3（eIF3）作为一个庞大的多亚基复合体，不仅是通用蛋白质合成的机器，其特定亚基（如eIF3m）更被证实具备选择性解码特定mRNA修饰并决定其翻译命运的能力。令人遗憾的是，eIF3m在人类真实世界心力衰竭疾病图谱中的表达全貌，以及其是否直接介入应激心肌的代谢自救过程，在此前均属于认知空白。

更为棘手的是，心肌I/R损伤过程中伴随着超氧化物与一氧化氮（NO）的同时爆发，两者瞬间结合生成剧毒的过氧亚硝酸盐（ONOO-）。这种强氧化剂能够对细胞内关键蛋白质的酪氨酸残基实施3-硝基酪氨酸（3-NT）修饰（硝化损伤），严重破坏酶的空间构象和催化活性。这种硝化应激如何精确打击糖酵解通路？上游又是何种转录后机制在苦苦维系着心肌的抗氧化防线？针对这些困扰缺血性心脏病治疗的核心难题，开发能够同时提升糖酵解动力学效率并抵御氧化损伤的双效干预靶点，已成为当今心血管领域不可回避的重大科学挑战。

为了在临床维度上寻找真正具有决定性意义的代谢调控中枢，复旦大学葛均波院士与孙爱军教授带领的交叉研究团队首先从人类射血分数降低型心力衰竭（HFrEF）患者的左心室游离壁组织切入。通过对12条mRNA修饰路径上的57个关键基因进行系统性高通量筛选与无监督共识聚类，研究人员发现了一个与预后极度不良亚群高度相关的特征性分子图谱。数据降维分析及LASSO Cox回归模型精准剔除了共线性干扰，确认m6A阅读蛋白eIF3m不仅在缺血性心肌病标本中呈现出断崖式下调，更与其他翻译起始因子形成明显的蛋白-蛋白相互作用（PPI）调控网络核心，其表达水平的高低直接宣判了心衰患者心脏移植前生存期的长短。

为了在活体内确证eIF3m的病理生理学因果关系，研究团队利用Cre-LoxP系统成功构建了心肌细胞特异性eIF3m敲除（cKO, eIF3m^fl/fl; myh6-creERT2）与特异性敲入（cKI, eIF3m^CAG/+; myh6-icre）小鼠模型。在正常生理状态下，改变eIF3m的丰度并未引发心脏结构的异常。然而，当对小鼠实施左冠状动脉前降支（LAD）结扎及松解手术以诱发严重的I/R损伤后，生理表型的分化极为震撼。超声心动图的连续随访（见下表临床前超声数据）显示，术后21天，cKO小鼠的射血分数（EF）和短轴缩短率（FS）发生崩塌式坠落，伴随极度扩大的心室容积（LVEDV/LVESV）。

组织学分析（TTC/Evans blue双染）及原位细胞凋亡检测（TUNEL及Cleaved Caspase-3）进一步证实，eIF3m的缺失使得心肌对缺血损伤的抵抗力几乎归零，引发了极为严重的替代性纤维化和血清损伤标志物（LDH、cTnI）的激增。更为精细的10x Visium空间转录组学（Spatial Transcriptomics）重分析表明，在心梗发生后的第3天，eIF3m的下调并非全心弥漫性的泛泛之变，而是极为精准地定位于梗死边缘区（Border Zone，由Nppa高表达圈定）的心肌细胞，其在相邻的成纤维细胞和内皮细胞中则保持不变。

在揭示了宏观表型后，团队深入代谢微观世界，利用Seahorse实时细胞外通量分析仪（XFe24/96）测定细胞外酸化率（ECAR）。动态通量数据确凿无疑地证明，eIF3m的过表达能够在恶劣的促炎缺血微环境（TNF-α刺激）中，强力托举起心肌细胞的基础糖酵解速率和最大糖酵解容量。为了追踪碳骨架的去向，研究人员开展了精密的[U-13C]葡萄糖稳定同位素代谢示踪实验。结果显示，eIF3m不仅驱动碳流大量涌入糖酵解途径生成磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）和3-磷酸甘油酸（3PG），更打通了核糖-5-磷酸（R5P）和甘油-3-磷酸（G3P）的合成旁路。这种合成代谢的激增，为处于极端应激下的细胞进行核苷酸合成、细胞膜脂质修复及蛋白质更新提供了源源不断的原材料¹。令人意外的是，广泛的qPCR筛查显示，所有主流糖酵解酶的基因转录水平在eIF3m调控下均纹丝不动。这暗示着，代谢流的巨大落差来源于更下游的“翻译与修饰密码”。

为了在浩如烟海的转录本中揪出受eIF3m独家偏爱的下游靶点，研究团队构建了极为严苛的四重多组学交叉筛选体系，最终将目标精准锁定于金属硫蛋白2（Mt2）。catRAPID算法及RIP（RNA免疫沉淀）实验证实，eIF3m通过识别Mt2 mRNA 5'端的稳定茎环结构，直接招募43S前起始复合物。即使通过基因工程将Mt2的经典起始密码子ATG突变为TGG，eIF3m依然能够通过非经典起始或漏扫（leaky scanning）机制强行驱动其翻译，足见这种靶向结合的强悍与特异性。

随着抗氧化中枢Mt2的确定，一条清晰的病理损伤链浮出水面。缺血诱导的eIF3m缺失导致Mt2产能停滞，从而解除了对核因子κB（NF-κB）信号通路的抑制。NF-κB的过度核转位引爆了一氧化氮合酶（iNOS），产生海量的过氧亚硝酸盐（ONOO-）。这种剧毒的活性氮物质如同精确制导武器，对糖酵解核心激活酶——6-磷酸果糖-2-激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（Pfkfb3）实施了大规模的硝化攻击。质谱（Mass spectrometry）分析精确捕捉到，在eIF3m敲除的心脏中，Pfkfb3蛋白的Tyr197等关键酪氨酸残基被深度改写为3-硝基酪氨酸（3-NT）。这种空间位阻极大的化学修饰彻底摧毁了Pfkfb3的激酶活性底袋，导致其催化产物Fructose-2,6-bisphosphate骤降，糖酵解代谢流随之被彻底掐断。

最终的拯救实验（Rescue Assay）为这一闭环画上了完美的句号：在eIF3m缺失的心肌细胞中外源性导入靶向Mt2腺病毒（ADV-Mt2），能够奇迹般地压制iNOS累积，抹除Pfkfb3的硝化烙印，并满血复活细胞的糖酵解容量。

综上所述，该研究不仅在基础理论上首次将表观转录组学的翻译机器、天然抗氧化网络与能量代谢重编程无缝连接，更为缺血性心脏病的临床干预开辟了令人振奋的现实路径：在急性心梗血管再通的关键“脆弱期”，通过小分子化合物稳定eIF3m蛋白免遭泛素化降解，或应用锌离子载体（如醋酸锌）靶向诱导内源性Mt2表达，有望完美模拟这一天然的代谢护城河，从而极大地遏制再灌注损伤，挽救患者生命。

图1. 临床多组学共识聚类及风险模型鉴定预后靶点eIF3m 

本图展示了对人类射血分数降低型心衰（HFrEF）队列的深度解析。(a-b) 基因集富集分析（GSEA）与热图指出，代谢通路异常与11种mRNA修饰调节因子的表达紊乱高度相关。(c-e) 聚类与网络分析将患者精准分层，揭示eIF3m及Nudt12的联合下调定义了一个预后极其恶劣的临床亚型。(f-i) LASSO Cox回归与生存分析曲线无可辩驳地证明，eIF3m高表达群体的心脏移植前生存期显著延长，确立了eIF3m作为心衰关键预后评估标志物的临床地位。

图2. 心肌细胞特异性缺失eIF3m全面加剧心脏缺血/再灌注（I/R）损伤 

展示了严密的活体动物遗传学实验证据。(a-d) 通过Cre-LoxP与CRISPR/Cas9技术精巧构建的cKO与cKI小鼠基因型鉴定方案。(e) M型超声心动图动态追踪显示，eIF3m缺失使得I/R术后21天的小鼠射血分数（EF）发生灾难性衰退。(f-k) 激光共聚焦显微图像及生化检测直观呈现出，cKO小鼠梗死边缘区的TUNEL阳性凋亡细胞呈爆炸式增长，TTC/Evans blue染色证实其梗死面积与心肌损伤标志物（LDH/cTnI）远超野生型对照，坐实了eIF3m的内源性心脏保护功能。

图3. eIF3m在炎症应激下精准驱动心肌糖酵解及合成代谢重编程 

本图深入微观代谢网络，揭示物质流向。(a) Seahorse细胞外通量分析仪实时描绘了eIF3m过表达（蓝色曲线）如何在TNF-α毒性环境下，强力拉升最大糖酵解容量。(b-j) [U-13C]葡萄糖稳定同位素示踪精美地刻画了碳骨架的分布图谱：eIF3m促使代谢流大幅涌入磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）等中间产物，并显著拓宽了核糖-5-磷酸（R5P）等用于大分子合成的旁路途径。(k) 基因表达数据证实这一切代谢奇迹并非源自糖酵解酶自身的转录上调，将机制导向了翻译层面。

图4. eIF3m在体外强效阻断TNF-α诱导的Pfkfb3硝化灭活  

聚焦于蛋白质修饰层面的精准打击防范。(a-d) 免疫荧光与ROS探针（DCFH-DA）成像显示，eIF3m能够以摧枯拉朽之势清除细胞内累积的超氧化物与剧毒的过氧亚硝酸盐（ONOO-）。(e-h) 免疫印迹（Western Blot）及免疫沉淀（IP）实验揭示了背后的分子交锋：eIF3m强力冻结了NF-κB通路的磷酸化激活（p-P65/p-IκBα），遏制了iNOS的大量合成，从而奇迹般地保全了核心限速酶Pfkfb3免受55kDa位置上的3-硝基酪氨酸（3-NT）修饰，维持了其催化活性。

图5. 交叉多组学证实eIF3m直接靶向结合并促进Mt2的翻译 

本研究的最核心分子机制图谱。(a) 巧夺天工的四重复合韦恩图（Venn plot），将Ribo-seq、CLIP-seq、蛋白质组及TE比值四大组学交汇，在海量基因中唯一锁定了金属硫蛋白2（Mt2）。(b-e) 细胞、动物及人类标本的三重验证均显示eIF3m丰度与Mt2蛋白水平的绝对正相关。(f-k) catRAPID空间结构预测、RNA pull-down及RIP测序无可辩驳地证实了eIF3m与Mt2 mRNA 5'端的物理锚定；荧光素酶报告基因实验进一步证明，即使突变起始密码子，eIF3m依然能强行驱动Mt2的翻译输出。(l-s) RNA-seq与挽救实验最终闭环，确证Mt2就是执行eIF3m抗炎与抗硝化指令的直接且唯一的下游“特种兵”。

图6. 机制总结模式图：eIF3m-Mt2-Pfkfb3代谢保护闭环的全景工作逻辑 

心肌缺血及随后的血管再灌注引发强烈的微环境炎症风暴（如TNF-α大量释放），导致心肌细胞内关键翻译调控因子eIF3m的异常降解。这一缺口使得下游最核心的抗氧化蛋白Mt2翻译停滞。抗氧化防线的溃败解除了对NF-κB信号系统的封印，诱发iNOS与ONOO-的狂飙。高浓度的硝化自由基进而对糖酵解命脉Pfkfb3实施精准的硝化修饰（3-NT）致其彻底失活。该全景图深刻揭示，修复或模拟这一eIF3m介导的翻译保护链，将为逆转心肌代谢枯竭与组织坏死带来划时代的干预曙光。

通讯作者

葛均波，男，中国科学院院士，国际著名心血管病专家，长江学者特聘教授、国家杰青。现任复旦大学附属中山医院心内科主任、教授、博导，国家放射与治疗临床医学研究中心主任、上海市心血管病研究所所长、复旦大学生物医学研究院院长、中国医师协会心血管内科医师分会荣誉会长、中国医师协会毕业后医学教育心血管病学专科委员会主任委员、世界心脏联盟常务理事、日本循环协会国际荣誉会员、美国哥伦比亚大学客座教授，曾任中华医学会心血管病分会主任委员，美国心脏病学会国际顾问，亚太介入心脏病学会主席。先后荣获全国先进工作者、全国创新争先奖章、白求恩奖章、中国医师奖、何梁何利科学技术进步奖、世界杰出华人医师霍英东奖、国际心血管创新大会 (ICI) 终身成就奖。担任《Cardiology Plus》主编、《Heart(BMJ Journals)》副主编、《International Journal of Cardiology》中国高级副主编、《Herz》国际部编辑。共发表 SCI 收录的通讯作者论文740篇；主编英文专著1部、中文专著23部，主编《内科学（第9版）》2021年获全国教材建设一等奖。作为第一完成人获得国家科技进步二等奖、国家技术发明奖二等奖、上海市科技功臣奖、上海市科技进步奖一等奖、上海市技术发明奖一等奖、教育部科技进步一等奖等科技奖项17项。

长期致力于推动我国重大心血管疾病诊疗技术革新和成果转化，在冠状动脉（冠脉）腔内影像诊断、复杂介入诊疗技术创新、新型器械研发和心血管危重症救治体系建立等方面，开展了卓有成效的研究工作。1、在冠状动脉腔内影像诊断领域，首次发现冠脉心肌桥的血管内超声（IVUS）特征性“半月现象”，使其检出率由冠脉造影的不足5%提高至95%以上，已成为心肌桥诊断的金标准。2、在复杂冠脉病变介入治疗领域，针对该领域有待攻克的“最后堡垒”—冠脉慢性完全闭塞病变（CTO），为解决传统术式开通率较低的问题，首创“逆向导丝技术”及其系列辅助技术，使介入手术成功率提升至90%以上，目前已成为CTO介入治疗的三大常规术式之一。3、在新型冠脉支架研发领域，针对传统冠脉支架内血栓发生的关键环节，主持创制我国首枚“可降解涂层支架”和“生物可吸收支架”，国际原创“三氧化二砷药物支架”，显著降低致死性支架内血栓风险，实现我国冠脉介入产品自主研发的重大突破。4、在高危心脏瓣膜疾病治疗领域，打破外科手术禁区，国内率先开展“经皮二尖瓣夹合术”，首创“经心尖二尖瓣夹合术式”和微创器械ValveClamp，显著提高手术效率和成功率，实现我国心脏瓣膜微创技术和产品创新的重要突破。5、倡导并推动我国重大心血管疾病救治体系建设，倡导建立“中国胸痛中心”、“中国房颤中心”等，推动国家救治网络建设；推行急性心肌梗死急诊介入“绿色通道”救治理念20年，为当前我国胸痛中心建设提供模式借鉴。6、首提“泛血管医学”理念，建立起我国血管性疾病系统管理体系。2019年，以“泛血管医学”理论为指导的国家放射与治疗临床医学研究中心在复旦大学附属中山医院成立；2021年，“泛血管医学研究”写入科技部国家“十四五”重点研发计划。

孙爱军教授目前担任上海市心血管临床医学中心副主任，复旦大学中山医院临床医学研究院副院长，心研所实验室主任，国家卫健委缺血性心脏病重点实验室主任。学术任职包括中华医学会心血管病学分会委员、 中华医学会罕见病分会委员、中国细胞生物学学会医学细胞生物学分会常委、上海市衰老与退行性疾病学会血管衰老与心脑血管疾病分会主委、美国心脏协会委员（FAHA）、欧洲心脏病学会委员（FESC）。

长期从事心力衰竭和能量代谢研究，发现了导致遗传性心力衰竭的新基因，拓展了传统观点；阐明了线粒体代谢及炎症免疫在心肌保护、延缓心衰进展的机理并转化，成果被写入心血管内科学教科书，及中国和欧洲心力衰竭指南或专家共识。主持国家重点研发及基金委重点、杰青等多个项目，以通讯或第一作者在Eur Heart J, Circulation，PNAS等发表SCI论文120余篇，获国家发明或实用新型专利20余项，部分实现了临床转化。担任多家国内外期刊主编和编委，多个国家及省部级重点实验室学术委员会委员，获多项科技成果奖。

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