心肌纤维化是众多心脏疾病不良预后的关键因素，目前缺乏直接针对成纤维细胞的特效治疗。

近日，南京医科大学季勇教授等人在Circulation发表题为“S-Nitrosylation of Pyruvate Kinase Isoform 2 Drives Cardiac Fibrosis by Promoting Mitochondrial Fission”的研究文章，不仅揭示了心肌纤维化的全新发病机制，还发现了一款已获批药物的新用途，为这一难题带来了突破性解决方案。

研究结果

01、核心靶点

SNO-PKM2在心肌纤维化中特异性升高

研究通过S-亚硝基化修饰蛋白质组学分析，从横向主动脉缩窄（TAC）小鼠、自发性高血压大鼠心脏组织中，鉴定出54个共同S-亚硝基化蛋白，其中PKM2因仅高表达于CFs、心肌细胞中未检测到，成为核心研究对象。验证显示，心衰患者心肌组织中SNO-PKM2水平显著高于非心衰供体；TAC小鼠、血管紧张素II（Ang II）刺激的CFs中，SNO-PKM2均明显升高，NO供体可直接诱导其升高，抗坏血酸能逆转该效应，证实NO是修饰来源。这一发现首次明确SNO-PKM2是心肌纤维化的特异性修饰蛋白，为机制研究锁定核心靶点。

图1 SNO-PKM2在心脏纤维化过程中升高

02、修饰位点

Cys49和Cys326是关键功能位点

通过液相色谱-串联质谱分析，精准鉴定PKM2的半胱氨酸49（Cys49）和326（Cys326）为SNO修饰关键位点。功能验证显示，沉默内源性PKM2后，通过表达Cys49/326S双突变体（MUT）可完全阻断AngII诱导的SNO-PKM2升高，并抑制CFs激活标志物α-SMA表达，且不影响基线状态下PKM2的四聚化和酶活性。

图2 PKM2的S-亚硝基化发生在Cys49/326位点

03功能效应

SNO-PKM2抑制PKM2活性驱动CFs激活

结构分析显示Cys49和Cys326位于PKM2催化结构域，修饰后直接降低PKM2酶活性，破坏其高活性四聚体结构（双突变体可恢复）。功能上，SNO-PKM2通过抑制PKM2，引发糖酵解受阻、磷酸戊糖途径激活的代谢重编程，同时导致线粒体耗氧率降低、ROS升高、膜电位丢失，最终推动CFs增殖及向肌成纤维细胞分化。心衰患者心肌组织中PK酶活性显著低于供体，验证了这一功能改变。

图3 SNO-PKM2促进心脏成纤维细胞向肌成纤维细胞分化

04、分子机制

GSN依赖途径驱动线粒体过度分裂

通过免疫共沉淀结合质谱分析，筛选出与PKM2相互作用的凝溶胶蛋白（GSN）为核心下游分子。实验证实，AngII刺激后，PKM2与GSN结合减弱，GSN与动力相关蛋白1（DRP1）结合增强。机制上，SNO-PKM2通过降低PKM2四聚化，释放GSN，促进DRP1-S616位点磷酸化及线粒体转运，引发线粒体过度分裂，最终激活CFs。敲低GSN或抑制CaMKII可阻断该过程，逆转纤维化表型。

图4 SNO-PKM2以凝溶胶蛋白依赖性方式介导DRP1的线粒体转位

5、体内验证

PKM2敲除加重纤维化，突变体可拯救

构建CFs特异性PKM2条件性敲除（cKO）小鼠，TAC手术后发现：cKO小鼠心脏收缩/舒张功能恶化（EF、FS降低，E/E’升高），心肌肥大、胶原沉积显著增加，证实CFs中PKM2缺失加重纤维化。向cKO小鼠转染SNO抵抗型PKM2双突变体后，上述病理表型均显著逆转，而转染野生型PKM2无此效果，同时心肌组织中SNO-PKM2水平、线粒体分裂程度恢复正常。

图5 SNO-PKM2可诱导TAC小鼠发生心脏肥大和心脏纤维化

06、治疗潜力

mitapivat剂量依赖性缓解纤维化

体外实验显示，mitapivat剂量依赖性升高PKM2活性，降低纤维化标志物表达；体内实验中，TAC小鼠给予mitapivat（10/50mg/kg，每日两次）后，心脏功能、心肌肥大及纤维化均显著改善（P<0.0001），高剂量可使EF、FS接近正常水平。此外，mitapivat兼具预防（TAC后立即给药）和治疗（TAC后2周给药）作用，且无明显肝肺肾副作用。

图6 mitapivat预处理减轻了TAC诱导的心肌纤维化和心力衰竭

文章小结

本研究首次揭示“NO-iNOS-SNO-PKM2（Cys49/326）-GSN-DRP1-线粒体分裂-心肌纤维化”的完整机制：PKM2的Cys49和Cys326位点亚硝化修饰，通过抑制其活性与四聚化、干扰GSN相互作用，驱动DRP1介导的线粒体过度分裂，最终激活CFs。PKM2激活剂（尤其是mitapivat）可阻断该病理通路，有效缓解纤维化。mitapivat已获批临床应用，安全性明确，有望快速推进至心肌纤维化临床研究，为这一缺乏靶向治疗的疾病提供新策略。

拜谱小结

该研究首次揭示SNO-PKM2（Cys49/326位点）通过GSN-DRP1通路驱动线粒体过度分裂，最终激活心肌成纤维细胞引发心肌纤维化；FDA获批药物mitapivat可通过激活PKM2阻断该通路，为心肌纤维化提供新治疗策略。

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参考文献

Luo S, Ye D, Zhang Y, et al. S-Nitrosylation of Pyruvate Kinase Isoform 2 Drives Cardiac Fibrosis by Promoting Mitochondrial Fission. Circulation. 2025.