該研究發(fā)現，高糖高脂通過(guò)刺激血管平滑肌細胞（VSMC）的活性氧（ROS）水平增加，誘導SIRT6由細胞核異常轉位至胞質(zhì)；胞質(zhì)定位的SIRT6與糖酵解關(guān)鍵酶ENO3發(fā)生相互作用并催化其去乙?；?，該翻譯后修飾增加ENO3的酶活性，從而觸發(fā)糖酵解重編程。此外，外源性硫化氫（H?S）可抑制氧化應激，并誘導SIRT6第141位半胱氨酸殘基發(fā)生S-硫巰基化修飾，阻斷SIRT6–ENO3相互作用，進(jìn)而改善糖尿病血管病變中的糖酵解重編程及VSMC功能障礙。百邁客生物為該研究提供了轉錄組及單細胞核轉錄組測序服務(wù)！
研究背景
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)病機制與血管功能障礙、代謝重編程以及氧化應激有關(guān)。位于細胞核內的NAD?依賴(lài)性去乙?；窼IRT6，因其通過(guò)組蛋白去乙?；饔脕?lái)調節心血管和代謝穩態(tài)而受到關(guān)注。然而，T2DM中細胞質(zhì)SIRT6的積累及其功能和機制仍需進(jìn)一步闡明。
研究?jì)热?/strong>
單細胞轉錄組分析結果表明：Ⅱ型糖尿病主動(dòng)脈經(jīng)歷了顯著(zhù)的病理重塑，其特征是VSMС過(guò)度增殖、從收縮狀態(tài)向合成狀態(tài)的表型轉換以及遷移能力增強。
通過(guò)轉錄組學(xué)和蛋白質(zhì)組學(xué)分析，研究確定蛋白去乙?；^(guò)程是導致糖尿病血管病變的重要誘因。進(jìn)一步研究發(fā)現，使用高糖高棕櫚酸處理血管平滑肌細胞后，SIRT6以Importin13（IPO13）的依賴(lài)方式從細胞核向細胞質(zhì)轉位。糖酵解異常是糖尿病性血管病變的關(guān)鍵誘因。
該研究旨在探究細胞質(zhì)中的SIRT6是否對糖尿病性血管病變中的糖酵解過(guò)程起到調節作用。結果顯示，SIRT6通過(guò)與ENO3（一種催化2-PGA轉化為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(guò)程。
H?S是一種氣體信號分子，主要通過(guò)半胱氨酸殘基的巰基硫化修飾作用來(lái)調節底物蛋白的功能。研究發(fā)現H?S通過(guò)靶向SIRT6起到了改善糖酵解重編程的作用。在穩態(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。
在該研究中，H?S減緩了血管平滑肌細胞的增殖以及收縮合成表型的轉變。我們認為其潛在機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調節SIRT6功能的關(guān)鍵靶點(diǎn)。
綜上所述，胞質(zhì)SIRT6通過(guò)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）介導下由核轉位至胞質(zhì)。進(jìn)一步研究發(fā)現，胞質(zhì)內積聚的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?；?，增強下游磷酸烯醇式丙酮酸（PEP）生成，從而誘導糖酵解重編程，最終導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(guò)誘導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(guò)度增殖。該研究提出的SIRT6-ENO3信號軸通過(guò)調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。
研究總結
總體而言，該研究通過(guò)整合多組學(xué)分析、動(dòng)物模型驗證和細胞功能實(shí)驗，全面揭示了細胞質(zhì)SIRT6-ENO3軸調節糖酵解重編程和VSMC增殖相關(guān)血管重塑的新機制。研究發(fā)現高血糖和高血脂通過(guò)氧化應激和IPO13依賴(lài)的核輸出過(guò)程促進(jìn)SIRT6細胞質(zhì)易位，易位的SIRT6通過(guò)去乙?；疎NO3增強其酶活性，驅動(dòng)糖酵解重編程和血管平滑肌細胞異常增殖。更重要的是，外源性硫化氫通過(guò)恢復SIRT6第141位半胱氨酸的S-硫氫化修飾，抑制其細胞質(zhì)易位并減弱ENO3活性，從而改善糖尿病血管病變。
這項研究首次闡明了細胞質(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。該發(fā)現不僅豐富了對SIRT6功能多樣性的認識，更為開(kāi)發(fā)針對糖尿病血管并發(fā)癥的新型治療策略開(kāi)辟了重要途徑。特別是硫化氫作為內源性保護因子的作用機制解析，為臨床轉化應用提供了有力支撐，有望為改善糖尿病患者血管功能和預后帶來(lái)新希望。
參考文獻
[1]?K.?P.?Zucatti,?P.?P.?Teixeira,?L.?F.?Wayerbacher,?G.?F.?Piccoli,?P.?E.?Correia,?N.?K.?O.?Fonseca,?et?al.,?Long-term?Effect?of?Lifestyle?Interventions?on?the?Cardiovascular?and?All-Cause?Mortality?of?Subjects?With?Prediabetes?and?Type?2?Diabetes:?A?Systematic?Review?and?Meta-analysis,Diabetes?Care.45?(2022)?2787-2795.
[2]?J.?Xie,?M.?Wang,?Z.?Long,?H.?Ning,?J.?Li,?Y.?Cao,?et?al.,?Global?burden?of?type?2?diabetes?in?adolescents?and?young?adults,?1990-2019:?systematic?analysis?of?the?Global?Burden?of?Disease?Study?2019,Bmj.379?(2022)?e072385.
[3]?J.?Shi,?Y.?Yang,?A.?Cheng,?G.?Xu,?F.?He,?Metabolism?of?vascular?smooth?muscle?cells?in?vascular?diseases,Am?J?Physiol?Heart?Circ?Physiol.319?(2020)?H613-h631.
[4]?S.?H.?Cao,?R.?Y.?Ma,?T.?Cao,?T.?Hu,?S.?Yang,?Z.?Y.?Ren,?et?al.,?PKM2?crotonylation?reprograms?glycolysis?in?VSMCs,?contributing?to?phenotypic?switching,Oncogene.?(2025).
[5]?M.?O.?J.?Grootaert,?A.?Finigan,?N.?L.?Figg,?A.?K.?Uryga,?M.?R.?Bennett,?SIRT6?Protects?Smooth?Muscle?Cells?From?Senescence?and?Reduces?Atherosclerosis,Circ?Res.128?(2021)?474-491.
[6]?Q.?J.?Wu,?T.?N.?Zhang,?H.?H.?Chen,?X.?F.?Yu,?J.?L.?Lv,?Y.?Y.?Liu,?et?al.,?The?sirtuin?family?in?health?and?disease,Signal?Transduct?Target?Ther.7?(2022)?402.
[7]?D.?Sun,?S.?Chen,?S.?Li,?N.?Wang,?S.?Zhang,?L.?Xu,?et?al.,?Enhancement?of?glycolysis-dependent?DNA?repair?regulated?by?FOXO1?knockdown?via?PFKFB3?attenuates?hyperglycemia-induced?endothelial?oxidative?stress?injury,Redox?Biol.59?(2023)?102589.
[8]?R.?Gupta,?M.?Sahu,?R.?Tripathi,?R.?K.?Ambasta,?P.?Kumar,?Protein?S-sulfhydration:?Unraveling?the?prospective?of?hydrogen?sulfide?in?the?brain,?vasculature?and?neurological?manifestations,Ageing?Res?Rev.76?(2022)?101579.
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]]>Ps:李順昌教授團隊多次合作利用轉錄組測序全面精準揭示糖尿病相關(guān)發(fā)病機制和治療策略，其實(shí)驗方案設計值得大家借鑒參考。
研究背景
心臟重構和功能障礙是糖尿病常見(jiàn)的并發(fā)癥，常導致嚴重的心血管事件。MOTS-c是一種線(xiàn)粒體衍生肽，通過(guò)加速葡萄糖攝取和提高胰島素敏感性來(lái)調節代謝穩態(tài)。目前發(fā)現，MOTS-c不僅可改善心臟與血管內皮功能，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對糖尿病心臟結構與功能的影響并利用轉錄組學(xué)技術(shù)挖掘其中的分子機制。
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)行轉錄組測序（RNA-seq）。
研究思路
研究結果
1. MOTS-c顯著(zhù)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(wú)顯著(zhù)差異（圖1c）。通過(guò)計算HOMA-IR指數評估胰島素抵抗。與C組相比，D組大鼠的HOMA-IR指數顯著(zhù)升高，而M組大鼠HOMA-IR指數較D組降低。
圖1. MOTS-c干預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構和功能
該研究利用透射電鏡測定了MOTS-c對糖尿病心肌超微結構的影響。糖尿病引起心肌纖維排列紊亂和線(xiàn)粒體結構的異常改變，包括心肌細胞排列不規則、嵴破裂、腫脹和空泡化（圖2）。MOTS-c治療糖尿病大鼠顯著(zhù)降低心肌線(xiàn)粒體損傷，改善心肌纖維和線(xiàn)粒體結構（圖2）。研究還通過(guò)測定檸檬酸合酶的活性，測定了線(xiàn)粒體功能。D組大鼠檸檬酸合酶的活性顯著(zhù)降低，C組和M組的檸檬酸合酶的活性無(wú)統計學(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(wú)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)圖影像與數據統計
3. 差異表達基因的篩選
為了進(jìn)一步探究糖尿病大鼠對MOTS-c的適應性反應的機制，研究者利用RNA-Seq技術(shù)，測定了心肌組織基因全長(cháng)轉錄表達。以C組為對照，D組表現出的差異表達基因（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，C組基因表達趨勢與D組相反，而與M組近似（圖4b）。
圖4. 差異表達基因的篩選
4.差異表達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 注釋系統包含三個(gè)主要分支，即：生物學(xué)過(guò)程（BP）、分子功能（MF）和細胞組分（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(guò) ClueGO 聚類(lèi)分析后，195 個(gè) term 主要富集于 9 個(gè)類(lèi)別（見(jiàn)圖 5b），分別為血管生成（angiogenesis）、凋亡過(guò)程調控（regulation of the apoptotic process）、MAPK 級聯(lián)調控（regulation of MAPK cascade）、蛋白激酶活性正調控（positive regulation of protein kinase activity）、脂肪酸代謝過(guò)程（fatty acid metabolic process）、吞噬作用調節（regulation of phagocytosis）、蛋白激酶 B 信號正調控（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(zhù)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，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(zhù)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
為了驗證CCN1、ERK1/2與EGR1是否在MOTS-c改善糖尿病心臟結構與功能中發(fā)揮重要作用，也為了進(jìn)一步探究MOTS-c對線(xiàn)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的基因表達與蛋白表達以及線(xiàn)粒體發(fā)生標志蛋白PGC-1α的蛋白表達。結果表明，MOTS-c治療后，糖尿病大鼠心肌中PGC-1α蛋白表達顯著(zhù)上升（圖7a）；CCN1、ERK1/2和EGR1基因表達顯著(zhù)降低（圖6）；CCN1、EGR1蛋白表達顯著(zhù)降低，ERK1/2的總蛋白表達量不變（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的基因表達和蛋白表達
研究結論
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(xiàn)粒體損傷，MOTS-c可能是通過(guò)調節脂肪酸代謝、免疫調節、血管生成和細胞凋亡產(chǎn)生作用。CCN1/ERK1/2/EGR1的信號轉導可能在MOTS-c抑制心肌細胞凋亡中發(fā)揮重要作用。
參考文獻
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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