脓毒症（Sepsis）和内毒素血症（Endotoxemia, ETM）常导致多器官衰竭，其中约40-50%的患者会出现心功能障碍，这主要是由于机体对感染产生的异常免疫反应和过度炎症所致。巨噬细胞在识别细菌内毒素后，虽然对抵抗感染至关重要，但其过度的促炎激活会引发全身炎症反应综合征，进而导致心肌收缩力下降和细胞死亡。近年来，RNA转录后修饰（如m6A、ac4C）被发现是表观遗传调控的关键组成部分。NAT10（N-乙酰转移酶10）是目前已知的唯一真核生物ac4C writer（写入酶），它可以催化mRNA的ac4C修饰从而提高mRNA的稳定性和翻译效率 。然而，NAT10在巨噬细胞炎症激活中的具体功能，以及其如何通过ac4C修饰调控脓毒症引起的心脏损伤，仍有待深入探索。

论文索引

 

【DOI】10.1038/s41419-025-07796-6 

【发表时间】2025年7月1日

【单位】复旦大学中山医院心内科葛均波院士团队

【关键词】NAT10；ac4C RNA修饰；巨噬细胞激活；炎症性心脏功能障碍；内毒素血症；USP39；ETS2

【表观生物提供】acRIP-seq、Ribo-seq

这项研究揭示了NAT10在LPS诱导的巨噬细胞激活和心脏功能障碍中的关键机制。研究团队发现，在内毒素血症模型中，去泛素化酶USP39通过稳定NAT10蛋白，使其在巨噬细胞中显著上调。高表达的NAT10通过ac4C修饰直接靶向转录因子Ets2的mRNA，增强其稳定性和翻译效率，从而驱动巨噬细胞的促炎表型。更为重要的是，特异性敲除髓系NAT10或使用小分子抑制剂Remodelin，可显著减轻炎症反应并改善小鼠的心脏功能，为治疗脓毒症相关心肌损伤提供了新的潜在靶点。

 

 

点击收听AI解读

 

 

研究技术路线

 

 

 

主要研究成果

1.LPS通过促进USP39介导的去泛素化修饰稳定NAT10蛋白

 

研究团队首先探究了炎症刺激对NAT10表达的影响。在骨髓来源巨噬细胞（BMDMs）和RAW264.7细胞中，利用脂多糖（LPS）或IL-4处理后发现，LPS刺激显著上调了NAT10的蛋白水平，且这种上调呈现出明显的时间依赖性和剂量依赖性。值得注意的是，尽管蛋白水平显著增加，但通过qPCR检测发现Nat10的mRNA水平在激活后并未发生显著变化，这提示NAT10的表达调控发生在转录后水平。

 

为了验证这一点，研究人员使用了蛋白合成抑制剂放线菌酮（CHX）进行追踪实验，结果显示在LPS刺激下，NAT10蛋白的半衰期显著延长，表明LPS通过抑制蛋白降解来稳定NAT10。

 

进一步的机制研究发现，NAT10的降解主要通过蛋白酶体途径进行，而非自噬或溶酶体途径。在LPS刺激下，NAT10的泛素化水平显著降低。

 

为了寻找调控这一过程的关键酶，研究团队利用IP-MS技术筛选了NAT10的互作蛋白，并在交集中鉴定出唯一候选的去泛素化酶USP39。

 

 

免疫荧光和Co-IP实验证实USP39与NAT10在细胞核内存在共定位和直接相互作用。功能验证实验表明，USP39通过特异性去除NAT10蛋白K498位点上的K48连接的多泛素链，从而阻断其蛋白酶体降解途径，维持其在炎症环境下的高水平表达。

 

2.NAT10缺失抑制巨噬细胞促炎激活并重塑ac4C修饰谱

为了明确NAT10在巨噬细胞炎症反应中的具体功能，研究人员构建了髓系特异性Nat10敲除小鼠（Nat10-/-），并分离BMDMs进行体外实验。Western Blot和qPCR结果显示，与对照组（Flox）相比，LPS刺激下的Nat10-/-巨噬细胞中，M1型巨噬细胞标志物诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的蛋白表达显著降低。

 

 

同时关键促炎细胞因子（如IL-6, TNF-α, IFN-γ）的mRNA转录水平和培养基中的分泌水平均大幅下降。

 

流式细胞术分析进一步证实，NAT10缺失导致巨噬细胞表面共刺激分子CD80和CD86的表达显著减少，表明巨噬细胞的促炎激活受到抑制。此外，使用NAT10的小分子抑制剂Remodelin处理也能在野生型细胞中产生类似的抗炎效果，验证了NAT10作为治疗靶点的潜力。

 

 

研究团队进一步通过acRIP-seq测序分析。结果显示，NAT10介导的ac4C修饰主要富集在mRNA的CDS区和3'UTR区，且识别基序符合经典的CXXCXX序列。

 

差异分析表明，NAT10敲除后，大量与炎症激活和RNA加工相关的转录本呈现低乙酰化状态。累积分布函数（CDF）分析揭示，NAT10并非通过改变整体mRNA的丰度，而是通过特异性调节关键基因的ac4C修饰水平来影响巨噬细胞的炎症表型，这为后续寻找特异性靶点提供了重要线索

 

 

3.NAT10通过ac4C修饰增强Ets2 mRNA的稳定性及翻译效率 

为了精准锁定NAT10调控的下游靶基因，研究人员联合分析了acRIP-seq、Ribo-seq和RNA-seq（由表观生物提供）的多组学数据。在三组数据的交集中，转录因子Ets2被鉴定为受NAT10直接调控的核心靶点。

 

IGV可视化分析清晰地展示了NAT10敲除后Ets2 mRNA上的ac4C峰值显著降低，这一结果得到了ac4C-RIP-qPCR的验证。进一步的NAT10-RIP-qPCR和RNA pull-down实验证实，NAT10蛋白能够直接结合Ets2的mRNA转录本。

 

 

在机制层面，RNA稳定性实验表明，NAT10缺失导致Ets2 mRNA的半衰期显著缩短，说明ac4C修饰增加了其稳定性。

 

更关键的是，Polysome profiling（多核糖体分析）和双素荧光素酶报告基因实验显示，NAT10缺失导致Ets2 mRNA在多核糖体组分（翻译活跃区）中的分布显著减少，证明ac4C修饰对维持Ets2的高效翻译至关重要。

 

 

功能回复实验进一步确立了这一轴线的因果关系：在Nat10-/-巨噬细胞中通过慢病毒过表达Ets2，可以显著回补iNOS及促炎因子的表达水平，部分逆转NAT10缺失导致的抗炎表型。这些结果详尽地阐明了“NAT10-ac4C-Ets2”轴在驱动巨噬细胞炎症反应中的核心分子机制。

 

 

4.靶向NAT10显著改善内毒素血症诱导的心脏功能障碍

研究最后在LPS诱导的ETM小鼠模型中验证了NAT10的病理生理意义。实验结果显示，LPS攻击后，小鼠心脏组织中浸润的巨噬细胞内NAT10和Ets2的蛋白表达水平均显著上调。

 

生存分析表明，髓系特异性Nat10敲除小鼠在LPS致死剂量攻击下的存活率显著高于对照组。

 

利用超声心动图对心功能进行评估，发现Nat10敲除显著改善了内毒素血症引起的心力衰竭症状，表现为左室射血分数（LVEF）、短轴缩短率（LVFS）和每搏输出量（LVSV）的显著回升，心率波动也更为平稳。 

 

H&E染色结果显示，Nat10敲除组小鼠心肌组织中的细胞空泡化、白细胞浸润和间质水肿等病理改变明显减轻。

 

血清生化指标分析进一步证实，心肌损伤标志物肌钙蛋白T（cTnT）、肌钙蛋白I（cTnI）和肌酸激酶同工酶（CK-MB）的释放显著减少。此外，免疫组化和流式细胞术分析显示，心肌组织中CD68+iNOS+促炎巨噬细胞的浸润大幅减少，血清及心脏组织中的促炎因子（IL-6, TNF-α等）水平也显著降低。

 

同样地，预防性给予NAT10抑制剂Remodelin也能模拟基因敲除的保护作用，显著提高脓毒症小鼠的生存率并改善心脏功能。这些体内实验数据有力地证明了靶向NAT10是治疗脓毒症相关心肌功能障碍的有效策略。

 

 

研究意义与机制模型

该研究阐明了NAT10在巨噬细胞炎症激活和脓毒症心肌病中的转录后调控机制：在炎症刺激（LPS）下，去泛素化酶USP39与NAT10相互作用并去除其K48泛素链，导致NAT10蛋白积累；稳定的NAT10通过催化Ets2 mRNA的ac4C修饰，增强了Ets2的mRNA稳定性和翻译效率；上调的Ets2转录因子进一步驱动巨噬细胞的促炎程序，最终导致全身炎症和心肌损伤。这一发现不仅扩展了ac4C修饰在免疫调节中的功能认知，也为脓毒症心肌病的治疗提供了基于表观转录组学的潜在策略。

作者信息

复旦大学附属中山医院肖子龙为共同第一作者。复旦大学附属中山医院宿燕岗教授、梁义秀教授为通讯作者。该研究由国家自然科学基金（No.82170386、No.82100370）资助。