文獻(xiàn)解析
糖尿?。―M）患病率在世界范圍內(nèi)迅速上升，心血管并發(fā)癥是糖尿病患者死亡的主要原因，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病心血管并發(fā)癥的風(fēng)險(xiǎn)與高血糖暴露時(shí)間的長(zhǎng)短密切相關(guān)，而線粒體自噬（Mitophagy）在高血糖介導(dǎo)的內(nèi)皮損傷中發(fā)揮重要作用。但線粒體自噬在糖尿病血管損傷中的作用機(jī)制尚不清楚。
因此，闡明持續(xù)高糖暴露情況下線粒體自噬的動(dòng)態(tài)變化及分子機(jī)制，對(duì)于深入理解糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。
文獻(xiàn)來源
中國(guó)藥科大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在期刊《Advanced Science》上發(fā)表題為“Syntaxin 17 Translocation Mediated Mitophagy Switching Drives Hyperglycemia-Induced Vascular Injury”
研究采用了糖尿病ApoE-/-小鼠及人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVEC）模型，系統(tǒng)地分析了不同時(shí)程高糖暴露對(duì)線粒體自噬通路的調(diào)控以及血管損傷的發(fā)展過程。
項(xiàng)目研究
為了全面了解高血糖導(dǎo)致的血管損傷機(jī)制，研究構(gòu)建了糖尿病ApoE-/-小鼠模型，檢測(cè)不同時(shí)間點(diǎn)（0周、6周、20周高血糖）小鼠主動(dòng)脈的表達(dá)變化。結(jié)果顯示在高糖6周和20周條件下，主動(dòng)脈組織中與線粒體自噬相關(guān)的蛋白表達(dá)顯著上調(diào)，并且這種線粒體自噬的增強(qiáng)早于血管內(nèi)皮損傷。
使用人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞（HUVECs）模型，12小時(shí)和72小時(shí)高糖作用，觀察到線粒體自噬激活，并隨著高糖暴露的延長(zhǎng)，主動(dòng)脈粥樣硬化面積、巨噬細(xì)胞和血管平滑肌細(xì)胞比例、內(nèi)皮凋亡、以及氧化應(yīng)激標(biāo)志物皆顯著升高。然而短時(shí)高糖處理（12h）并未誘導(dǎo)明顯凋亡或氧化應(yīng)激，也就是表明線粒體自噬的激活要早于高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷。
圖1 線粒體自噬激活先于高血糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮損傷（HUVEC模型）
Parkin介導(dǎo)的線粒體自噬被認(rèn)為是主要的線粒體自噬機(jī)制。短時(shí)高糖（12h）激活了Parkin依賴性線粒體自噬，功能實(shí)驗(yàn)證實(shí)敲低Parkin會(huì)加重高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激和凋亡，降低eNOS磷酸化，提示Parkin介導(dǎo)的自噬對(duì)抗高糖損傷具保護(hù)作用。
圖2 短期高糖激活Parkin依賴性線粒體自噬
長(zhǎng)期高糖（72h）則抑制Parkin途徑，細(xì)胞觀察長(zhǎng)期高糖下線粒體分裂少，線粒體大部分被溶酶體包裹并降解。
蛋白質(zhì)組和細(xì)胞亞分組結(jié)果提示，長(zhǎng)期高糖會(huì)顯著降低了Fis1（線粒體分裂相關(guān)蛋白）表達(dá)，并誘導(dǎo)STX17從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）轉(zhuǎn)位至線粒體，與LC3共定位，驅(qū)動(dòng)Parkin非依賴的自噬通路途徑。抑制STX17后，細(xì)胞的線粒體碎片化及丟失明顯減輕，線粒體蛋白總量恢復(fù)，凋亡水平下降，eNOS活性上升，ROS生成減少。進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)證明，長(zhǎng)期高糖下，STX17介導(dǎo)的自噬確實(shí)成為主要活躍通路，調(diào)控其表達(dá)可抵消高糖的部分有害后果。
圖3 長(zhǎng)期高糖暴露啟動(dòng)STX17介導(dǎo)的線粒體自噬
圖4 沉默STX17可緩解高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮損傷
高糖暴露下，F(xiàn)is1表達(dá)呈先升后降趨勢(shì)。
短期高糖顯著上調(diào)Fis1表達(dá)，促進(jìn)其與TBC1D15結(jié)合并維護(hù)Parkin依賴性自噬；長(zhǎng)期高糖則降低Fis1表達(dá)，削弱該結(jié)合，并促使STX17與線粒體結(jié)合，完成自噬模式的切換。
過表達(dá)Fis1可阻止高糖誘導(dǎo)的自噬通路切換，敲低Fis1則促進(jìn)了STX17介導(dǎo)自噬的提前激活和細(xì)胞損傷加重。
圖5 Fis1參與Parkin-與STX17-介導(dǎo)自噬通路的切換
長(zhǎng)期高糖下，F(xiàn)is1過表達(dá)能逆轉(zhuǎn)線粒體蛋白丟失和碎片化，還可明顯降低ROS和線粒體ROS，減少細(xì)胞凋亡，提高eNOS磷酸化，改善內(nèi)皮細(xì)胞功能。這提示增強(qiáng)Fis1有助于維持線粒體自噬平衡、減輕長(zhǎng)時(shí)高糖損傷。
圖6 Fis1過表達(dá)可緩解高糖引起的血管內(nèi)皮損傷
體內(nèi)實(shí)驗(yàn)用AAV9敲低小鼠主動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞中的Fis1后發(fā)現(xiàn)，這類小鼠在高糖條件下主動(dòng)脈粥樣硬化斑塊更嚴(yán)重，炎癥（巨噬細(xì)胞及平滑肌細(xì)胞浸潤(rùn)）及細(xì)胞凋亡水平均顯著升高。與體外結(jié)果一致，F(xiàn)is1缺失會(huì)加重氧化應(yīng)激、細(xì)胞死亡和損傷。相關(guān)的線粒體蛋白水平也同樣進(jìn)一步下降，支持Fis1在高糖血管損傷中的關(guān)鍵保護(hù)作用。
圖7 內(nèi)皮特異性沉默F(xiàn)is1加劇高糖誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮損傷
研究結(jié)論
本研究從細(xì)胞和動(dòng)物水平系統(tǒng)性揭示了高血糖狀態(tài)下從Parkin介導(dǎo)到STX17介導(dǎo)的線粒體自噬轉(zhuǎn)換會(huì)驅(qū)動(dòng)血管內(nèi)皮損傷，為糖尿病心血管并發(fā)癥的治療策略提供了有價(jià)值的觀點(diǎn)。在糖尿病患者高糖誘導(dǎo)的血管損傷中，線粒體自噬開關(guān)可能是疾病進(jìn)展的新指標(biāo)。
圖8 血管內(nèi)皮細(xì)胞在短期和長(zhǎng)期高糖暴露后激活的不同線粒體自噬途徑
吉滿助力
本研究中所用的AAV9-Tie2-Mouse_Fis1-shRNA和對(duì)照AAV均由吉滿生物（Genomeditech）提供。
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原文引用
“Genomeditech Biotechnology (Shanghai, China) constructed the adenoviruses. To specifically knock down Fis1 protein expression in the endothelium of ApoE?/? mice, adeno-associated virus serotype 9(AAV9) carrying Fis1 shRNA driven by the endothelial-specific Tie2 promoter was used. The Fis1 shRNA targeting sequence was 5′-CCTGATTGATAAGGCCATGAA-3′, and the control shRNA sequence was 5′-TTCTCCGAACGTGTCACGT-3′. Mice were injected via the tail vein with recombinant adeno-associated virus 9 (AAV9) containing Fis1 shRNA (1.5× 1011 vector genomes per mouse) under the supervision of the Tie2 promoter. ”
文獻(xiàn)原文
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40135829/
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