糖尿病性血管病變是2型糖尿?。═2DM）的一種主要并發(fā)癥，其發(fā)病機(jī)制與血管功能障礙、代謝重編程以及氧化應(yīng)激有關(guān)。位于細(xì)胞核內(nèi)的NAD?依賴性去乙酰化酶SIRT6，因其通過組蛋白去乙?；饔脕碚{(diào)節(jié)心血管和代謝穩(wěn)態(tài)而受到關(guān)注。然而，T2DM中細(xì)胞質(zhì)SIRT6的積累及其功能和機(jī)制仍需進(jìn)一步闡明。

單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組分析結(jié)果表明：Ⅱ型糖尿病主動(dòng)脈經(jīng)歷了顯著的病理重塑，其特征是VSMС過度增殖、從收縮狀態(tài)向合成狀態(tài)的表型轉(zhuǎn)換以及遷移能力增強(qiáng)。

通過轉(zhuǎn)錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究確定蛋白去乙?；^程是導(dǎo)致糖尿病血管病變的重要誘因。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，使用高糖高棕櫚酸處理血管平滑肌細(xì)胞后，SIRT6以Importin13（IPO13）的依賴方式從細(xì)胞核向細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)位。糖酵解異常是糖尿病性血管病變的關(guān)鍵誘因。

該研究旨在探究細(xì)胞質(zhì)中的SIRT6是否對糖尿病性血管病變中的糖酵解過程起到調(diào)節(jié)作用。結(jié)果顯示，SIRT6通過與ENO3（一種催化2-PGA轉(zhuǎn)化為PEP的關(guān)鍵糖酵解酶）相互作用，從而去乙?；疭IRT6，從而降低了其活性，進(jìn)而加劇了在高血糖和高血脂條件下發(fā)生的糖酵解重編程過程。

H?S是一種氣體信號分子，主要通過半胱氨酸殘基的巰基硫化修飾作用來調(diào)節(jié)底物蛋白的功能。研究發(fā)現(xiàn)H?S通過靶向SIRT6起到了改善糖酵解重編程的作用。在穩(wěn)態(tài)狀態(tài)下，H?S對維持各種器官的生理功能至關(guān)重要，并且內(nèi)源性H?S水平與許多生物活動(dòng)相關(guān)，例如糖尿病和代謝失調(diào)。

在該研究中，H?S減緩了血管平滑肌細(xì)胞的增殖以及收縮合成表型的轉(zhuǎn)變。我們認(rèn)為其潛在機(jī)制可能涉及多種途徑。一方面，H?S減少了活性氧的生成；另一方面，它增強(qiáng)了SIRT6在C141位點(diǎn)的硫巰基化修飾。作者證實(shí)SIRT6保守活性中心的C141位點(diǎn)是H2S調(diào)節(jié)SIRT6功能的關(guān)鍵靶點(diǎn)。

綜上所述，胞質(zhì)SIRT6通過促進(jìn)病理性糖酵解參與糖尿病血管重塑。其中SIRT6在Importin 13（IPO13）介導(dǎo)下由核轉(zhuǎn)位至胞質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，胞質(zhì)內(nèi)積聚的SIRT6與糖酵解關(guān)鍵酶烯醇化酶3（ENO3）發(fā)生直接相互作用，促進(jìn)ENO3去乙?；?，增強(qiáng)下游磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）生成，從而誘導(dǎo)糖酵解重編程，最終導(dǎo)致糖尿病血管病變的病理性改變。此外，外源性硫化氫（H?S）通過誘導(dǎo)SIRT6第141位半胱氨酸發(fā)生S-巰基化修飾，阻斷SIRT6-ENO3相互作用，抑制病理性糖酵解并減輕VSMC過度增殖。該研究提出的SIRT6-ENO3信號軸通過調(diào)控血管糖酵解重編程參與糖尿病血管病變的發(fā)生發(fā)展，為靶向胞漿SIRT6作為糖尿病血管并發(fā)癥的潛在治療策略提供了新的理論依據(jù)。

總體而言，該研究通過整合多組學(xué)分析、動(dòng)物模型驗(yàn)證和細(xì)胞功能實(shí)驗(yàn)，全面揭示了細(xì)胞質(zhì)SIRT6-ENO3軸調(diào)節(jié)糖酵解重編程和VSMC增殖相關(guān)血管重塑的新機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)高血糖和高血脂通過氧化應(yīng)激和IPO13依賴的核輸出過程促進(jìn)SIRT6細(xì)胞質(zhì)易位，易位的SIRT6通過去乙酰化ENO3增強(qiáng)其酶活性，驅(qū)動(dòng)糖酵解重編程和血管平滑肌細(xì)胞異常增殖。更重要的是，外源性硫化氫通過恢復(fù)SIRT6第141位半胱氨酸的S-硫氫化修飾，抑制其細(xì)胞質(zhì)易位并減弱ENO3活性，從而改善糖尿病血管病變。

這項(xiàng)研究首次闡明了細(xì)胞質(zhì)SIRT6在糖尿病血管病變中的病理作用，為理解糖酵解重編程與血管重塑的分子聯(lián)系提供了重要理論依據(jù)。該發(fā)現(xiàn)不僅豐富了對SIRT6功能多樣性的認(rèn)識，更為開發(fā)針對糖尿病血管并發(fā)癥的新型治療策略開辟了重要途徑。特別是硫化氫作為內(nèi)源性保護(hù)因子的作用機(jī)制解析，為臨床轉(zhuǎn)化應(yīng)用提供了有力支撐，有望為改善糖尿病患者血管功能和預(yù)后帶來新希望。

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以上內(nèi)容來源于BioArtMED，侵刪

Ps:李順昌教授團(tuán)隊(duì)多次合作利用轉(zhuǎn)錄組測序全面精準(zhǔn)揭示糖尿病相關(guān)發(fā)病機(jī)制和治療策略，其實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)值得大家借鑒參考。

研究背景

心臟重構(gòu)和功能障礙是糖尿病常見的并發(fā)癥，常導(dǎo)致嚴(yán)重的心血管事件。MOTS-c是一種線粒體衍生肽，通過加速葡萄糖攝取和提高胰島素敏感性來調(diào)節(jié)代謝穩(wěn)態(tài)。目前發(fā)現(xiàn)，MOTS-c不僅可改善心臟與血管內(nèi)皮功能，且其含量在糖尿病患者血漿中明顯下降，使其成為糖尿病心血管并發(fā)癥的一個(gè)新的治療靶點(diǎn)。所以，該研究旨在探究MOTS-c對糖尿病心臟結(jié)構(gòu)與功能的影響并利用轉(zhuǎn)錄組學(xué)技術(shù)挖掘其中的分子機(jī)制。

材料方法

對照組（C，n?= 10）和糖尿病前組（PD，n?= 30）。PD組的大鼠服用含有67%正常顆粒、10%豬油、20%蔗糖、2%膽固醇和1%膽酸鈉（16）的高脂肪飲食7周，糖尿病大鼠被隨機(jī)分為兩組：（1）糖尿病組（未經(jīng)治療）（D），（2）用MOTS-c（M）治療的糖尿病大鼠，取對照組（C）、未治療組（D）、治療組（M）大鼠心臟組織，進(jìn)行轉(zhuǎn)錄組測序（RNA-seq）。

研究思路

研究結(jié)果

1. MOTS-c顯著降低糖尿病空腹血糖與胰島素抵抗

MOTS-c治療8周后，D組和M組大鼠體重低于C組（圖1a和圖1e）。與D組相比，M組大鼠空腹血糖水平降低（圖1b）。此外，與C組相比，D組和M組大鼠胰島素水平下降，D組和M組間胰島素水平無顯著差異（圖1c）。通過計(jì)算HOMA-IR指數(shù)評估胰島素抵抗。與C組相比，D組大鼠的HOMA-IR指數(shù)顯著升高，而M組大鼠HOMA-IR指數(shù)較D組降低。

圖1. MOTS-c干預(yù)后各組大鼠空腹血糖、空腹胰島素、HOMA-IR與體重的變化

2. MOTS-c有效改善糖尿病心臟結(jié)構(gòu)和功能

該研究利用透射電鏡測定了MOTS-c對糖尿病心肌超微結(jié)構(gòu)的影響。糖尿病引起心肌纖維排列紊亂和線粒體結(jié)構(gòu)的異常改變，包括心肌細(xì)胞排列不規(guī)則、嵴破裂、腫脹和空泡化（圖2）。MOTS-c治療糖尿病大鼠顯著降低心肌線粒體損傷，改善心肌纖維和線粒體結(jié)構(gòu)（圖2）。研究還通過測定檸檬酸合酶的活性，測定了線粒體功能。D組大鼠檸檬酸合酶的活性顯著降低，C組和M組的檸檬酸合酶的活性無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（圖3g）。

使用M型超聲心動(dòng)圖測定大鼠心臟功能。D組大鼠LVPWd值明顯升高，提示左心室出現(xiàn)病變（圖3d）。與C組相比，D組大鼠EF值下降（圖3b），提示糖尿病對照組大鼠心臟收縮功能受損。D組糖尿病大鼠的E峰值和A峰值均下降，而A峰值下降更快，因此增加了E/A比值（圖3c、3e和3f）。M組和C組在EF、E/A、LVPWd、E峰值和A峰值方面均無差異（圖3b-3f），表明MOTS-c心臟舒張功能和收縮功能。

圖2. 各組大鼠心肌組織透射電鏡圖像

圖3. 各組大鼠超聲心動(dòng)圖影像與數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

3. 差異表達(dá)基因的篩選

為了進(jìn)一步探究糖尿病大鼠對MOTS-c的適應(yīng)性反應(yīng)的機(jī)制，研究者利用RNA-Seq技術(shù)，測定了心肌組織基因全長轉(zhuǎn)錄表達(dá)。以C組為對照，D組表現(xiàn)出的差異表達(dá)基因（DEGs）即致病基因，再以D組為對照組篩選出M組的差異表達(dá)基因，二者篩選出的DEGs中重疊的基因即為MOTS-c改變的致病基因。將以上步驟執(zhí)行，篩選出47個(gè)MOTS-c改變的致病基因（圖4a）。將這47個(gè)基因進(jìn)行熱圖分析后發(fā)現(xiàn)，C組基因表達(dá)趨勢與D組相反，而與M組近似（圖4b）。

圖4. 差異表達(dá)基因的篩選

4.差異表達(dá)基因的功能富集分析

采用Gene Ontology（GO）與Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes（KEGG）對MOTS-c所改變的47個(gè)致病基因進(jìn)行功能富集分析。GO 注釋系統(tǒng)包含三個(gè)主要分支，即：生物學(xué)過程（BP）、分子功能（MF）和細(xì)胞組分（CC）。）8 周 MOTS-c 注射所改變的 47 個(gè)糖尿病致病基因共富集于 195 個(gè) GO term 中，其中 188 個(gè) term 富集于 BP，2 個(gè) term 富集于 CC，5 個(gè) term 富集于MF。經(jīng)過 ClueGO 聚類分析后，195 個(gè) term 主要富集于 9 個(gè)類別（見圖 5b），分別為血管生成（angiogenesis）、凋亡過程調(diào)控（regulation of the apoptotic process）、MAPK 級聯(lián)調(diào)控（regulation of MAPK cascade）、蛋白激酶活性正調(diào)控（positive regulation of protein kinase activity）、脂肪酸代謝過程（fatty acid metabolic process）、吞噬作用調(diào)節(jié)（regulation of phagocytosis）、蛋白激酶 B 信號正調(diào)控（positive regulation of protein kinase B signaling）、ERK1/2 級聯(lián)（regulation of ERK1/2 cascade）、膠質(zhì)生成（gliogenesis）和白細(xì)胞介素-1 的產(chǎn)生（interleukin-1 beta production）。KEGG通路富集分析顯示，18條KEGG通路顯著富集（圖5b），其中5條信號通路與免疫、凋亡和糖代謝相關(guān)（ErbB信號通路、補(bǔ)體和凝血級聯(lián)、c型凝集素受體信號通路、PI3K-Akt信號通路和AGE-RAGE信號通路）。在功能富集通路注釋基因中，ALOX15、ATF3、CCN1、EGR1、EGR3、ERRFI1、THBS1、TLR2和NRG1高頻率注釋。CCN1與EGR1基因高表達(dá)，同時(shí)均注釋在凋亡相關(guān)的GO term中，而CCN1也注釋于富集顯著性最高的ERK1/2級聯(lián)通路中，表明CCN1、ERK1/2與EGR1可能是相互關(guān)聯(lián)的關(guān)鍵基因。

圖5. GO與KEGG功能富集分析

5. MOTS-c對CCN1 / ERK1/2 / EGR1信號通路的影響

為了驗(yàn)證CCN1、ERK1/2與EGR1是否在MOTS-c改善糖尿病心臟結(jié)構(gòu)與功能中發(fā)揮重要作用，也為了進(jìn)一步探究MOTS-c對線粒體發(fā)生的作用，研究者利用RT-PCR與Western Blotting技術(shù)測定了CCN1、ERK1/2、EGR1的基因表達(dá)與蛋白表達(dá)以及線粒體發(fā)生標(biāo)志蛋白PGC-1α的蛋白表達(dá)。結(jié)果表明，MOTS-c治療后，糖尿病大鼠心肌中PGC-1α蛋白表達(dá)顯著上升（圖7a）；CCN1、ERK1/2和EGR1基因表達(dá)顯著降低（圖6）；CCN1、EGR1蛋白表達(dá)顯著降低，ERK1/2的總蛋白表達(dá)量不變（圖7），但多個(gè)研究表明MOTS-c僅影響ERK1/2的磷酸化水平。

圖6. 各組大鼠心肌中CCN1、ERK1/2與EGR1的基因表達(dá)和蛋白表達(dá)

研究結(jié)論

為期8周的MOTS-c治療減少了糖尿病患者的心功能障礙與線粒體損傷，MOTS-c可能是通過調(diào)節(jié)脂肪酸代謝、免疫調(diào)節(jié)、血管生成和細(xì)胞凋亡產(chǎn)生作用。CCN1/ERK1/2/EGR1的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)可能在MOTS-c抑制心肌細(xì)胞凋亡中發(fā)揮重要作用。

參考文獻(xiàn)

Manda Wang, Gangqiang Wang, Shunchang Li, et al. MOTS-c repairs myocardial damage by inhibiting the CCN1/ERK1/2/EGR1 pathway in diabetic rats. Front. Nutr., 04 January 2023Sec.

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