脂肪细胞脂肪酸结合蛋白4（FABP4）通过不依赖于钙离子的通路抑制心肌细胞收缩：机制与治疗意义

《Frontiers in Physiology》：Adipocyte fatty acid-binding protein 4 suppresses contraction of mouse ventricular myocytes via a calcium-independent pathway

本研究综述揭示了脂肪因子FABP4（脂肪酸结合蛋白4）对心肌功能的直接负性肌力作用。研究发现，全长FABP4主要通过不依赖于L型钙电流和钙瞬变的通路抑制心肌收缩，提示其可能靶向肌丝蛋白。然而，其N端肽段（FABP4aa1-20）则通过降低钙瞬变振幅发挥抑制作用，且第15位谷氨酸是关键残基。这项工作深入阐明了肥胖相关心脏功能障碍的一种新病理机制，并为靶向FABP4 N端结构域以改善心功能提供了理论基础。

　　

背景介绍

肥胖已成为全球性的公共卫生问题，是高血压、冠心病和心力衰竭等心血管并发症的主要驱动因素。脂肪组织不仅是能量储存库，更是活跃的内分泌器官，能够分泌一系列被称为脂肪因子的生物活性分子。在这些脂肪因子中，脂肪细胞脂肪酸结合蛋白4（FABP4，或称A-FABP）扮演着关键角色。FABP4属于细胞内脂质结合蛋白家族，主要负责促进长链脂肪酸的转运和代谢。除了在脂肪细胞和巨噬细胞中高表达并可分泌外，FABP4也在包括内皮细胞和可能的心肌细胞等其他细胞类型中被检测到。研究表明，循环FABP4水平与冠状动脉疾病和心力衰竭的严重程度呈正相关，因此被认为是心血管疾病的重要预后生物标志物。有趣的是，另一种主要在心肌中表达的脂肪酸结合蛋白（FABP3）也对心肌收缩有抑制作用。先前的研究表明，从人脂肪细胞分泌的FABP4可直接抑制心肌细胞收缩，而这一作用可由其N端的20个氨基酸肽段（FABP4_aa1-20）模拟。然而，FABP4抑制心肌收缩的具体细胞机制，特别是其对钙离子（Ca²⁺）稳态的影响，仍不完全清楚。

研究方法

本研究采用成年C57BL/6雄性小鼠作为实验对象。通过标准的Langendorff灌流法分离得到成年小鼠心室肌细胞。蛋白质免疫印迹和实时定量聚合酶链反应被用来检测心肌组织及分离的心肌细胞中FABP4和FABP3的表达。核心的功能学评估包括：使用IonOptix系统同时测量急性给予重组人FABP4或其合成的N端肽段（FABP4_aa1-20）后，心肌细胞的收缩功能和细胞内钙瞬变。全细胞膜片钳技术被用来评估FABP4对L型钙电流的影响。通过定点突变（E15K）评估了关键氨基酸残基的功能重要性，并使用非线性回归分析了剂量-反应曲线。

研究发现

FABP4在小鼠心肌组织和心肌细胞中表达

研究首先证实了FABP4在小鼠心肌组织和分离的成年心室肌细胞中均有蛋白质和mRNA水平的表达。正如预期，心肌的主要亚型FABP3的表达量在组织和细胞中都显著高于FABP4。这些数据表明心肌细胞是内源性和外源性FABP4的潜在直接靶点。

FABP4诱导双相剂量依赖性抑制心肌细胞收缩

外源性应用FABP4（0.5 nM）可显著降低心肌细胞的收缩幅度。这种收缩力的抑制主要由最大收缩速率的降低和收缩达峰时间的缩短所驱动。全面的剂量-反应分析显示，FABP4以剂量依赖的方式抑制心肌细胞收缩，在浓度高于50 nM时达到平台期。有趣的是，将数据拟合到双位点结合模型（与单一位点模型相比拟合度更高）显示，FABP4的抑制可能存在双相机制，包含一个高亲和力组分（EC₅₀= 0.010 pM）和一个低亲和力组分（EC₅₀= 0.120 nM）。

FABP4对收缩的抑制作用基本不依赖于钙瞬变

为了探究FABP4的负性肌力作用是否由钙处理改变介导，研究同步测量了钙瞬变。在能显著抑制收缩的浓度下，FABP4仅引起钙瞬变振幅轻微但显著的降低，而对钙衰减速率和钙达峰时间无显著影响。剂量-反应分析进一步表明，虽然FABP4能以浓度依赖的方式抑制钙瞬变振幅和衰减速率，但其效力远低于其对收缩力的抑制。直接对比显示，在FABP4显著抑制收缩的浓度下，其对钙瞬变的影响微乎其微。这表明FABP4诱导的收缩抑制主要机制独立于细胞内整体钙动力学变化。

FABP4不调节L型钙通道活性

为了排除其对钙流入的影响，研究者测量了L型钙电流。应用5 nM的FABP4（这是一个可引发强烈低亲和力收缩反应的浓度）对钙电流的电流-电压关系没有显著影响。这一结果进一步支持了FABP4的负性肌力作用并非通过调节主要的钙离子进入通路介导的结论。

N端肽段FABP4_aa1-20通过钙依赖性机制抑制收缩

与全长蛋白类似，合成的FABP4 N端肽段（FABP4_aa1-20， 0.5 nM）可显著抑制心肌细胞的收缩幅度、最大收缩速率和达峰时间。剂量-反应曲线拟合显示，该肽段以单相、低亲和力的方式抑制收缩，其EC₅₀为0.110 nM，与全长蛋白的低亲和力组分几乎一致。然而，与全长蛋白截然不同的是，FABP4_aa1-20的抑制效应与钙处理的改变密切相关。该肽段能以剂量依赖的方式显著抑制钙瞬变振幅和衰减速率，且其抑制收缩和抑制钙瞬变的效力相近。这表明，与全长蛋白不同，分离的N端肽段主要通过钙依赖性机制来抑制收缩力。

第15位谷氨酸是FABP4_aa1-20抑制活性的关键残基

FABP3和FABP4的氨基酸序列高度同源，仅在N端前20个残基中有四处差异。其中一处关键差异在第15位：FABP3是赖氨酸（K，碱性），而FABP4是谷氨酸（E，酸性）。研究确认FABP4_aa1-20对收缩的抑制能力显著强于FABP3_aa1-20。通过定点诱变，将FABP4_aa1-20第15位的谷氨酸突变为赖氨酸，可使其抑制效应减弱约50%。相反，将FABP3_aa1-20第15位的赖氨酸突变为谷氨酸，则能增强其抑制活性。这些结果强烈表明，位于第15位的带负电荷的谷氨酸是FABP4 N端结构域心脏抑制功能的关键决定因素。

结论与展望

本研究为FABP4对心室肌细胞的直接负性肌力效应提供了新的机制见解。主要发现有三点：第一，全长FABP4主要通过不依赖于L型钙电流或整体钙瞬变改变的机制抑制心肌细胞收缩，提示其对肌节蛋白有直接作用。第二，FABP4的剂量-反应关系似乎是双相的，尽管其超高高亲和力成分的生理相关性尚需进一步研究。第三，与之形成对比的是，N端肽段FABP4_aa1-20能重现低亲和力抑制效应，但却是通过钙依赖性通路实现的，且其第15位的谷氨酸残基对其活性至关重要。

全长FABP4与其N端肽段在机制上的分歧尤为引人深思。这表明全蛋白的结构背景至关重要。全长蛋白的C端部分可能在空间上阻碍了N端接近并调节钙处理机制。而当N端以游离肽段形式存在时，它可能与这些靶点相互作用，导致观察到的钙瞬变抑制。定点诱变数据确定了Glu15是FABP4 N端结构域生物活性的关键残基。这一发现为设计潜在的靶向治疗抑制剂，以阻断FABP4的不利心脏效应，提供了具体的分子靶点。

这项研究表明，FABP4主要通过不依赖于钙离子的通路（可能涉及调节肌丝钙敏感性）来有效抑制心室肌细胞收缩。然而，其N端结构域则通过一种不同的钙依赖性机制发挥作用。这些发现揭示了代谢与心脏功能之间联系的一个新复杂层面，并确定了FABP4的N端是缓解肥胖相关心脏疾病的潜在治疗靶点。未来研究需要进一步在体验证这些发现，并探索其在整合生理背景下的意义。