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。位于細胞核內的NAD?依賴性去乙?；窼IRT6，因其通過組蛋白去乙酰化作用來調節(jié)心血管和代謝穩(wěn)態(tài)而受到關注。然而，T2DM中細胞質SIRT6的積累及其功能和機制仍需進一步闡明。

單細胞轉錄組分析結果表明：Ⅱ型糖尿病主動脈經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)的表型轉換以及遷移能力增強。

通過轉錄組學和蛋白質組學分析，研究確定蛋白去乙?；^程是導致糖尿病血管病變的重要誘因。進一步研究發(fā)現，使用高糖高棕櫚酸處理血管平滑肌細胞后，SIRT6以Importin13（IPO13）的依賴方式從細胞核向細胞質轉位。糖酵解異常是糖尿病性血管病變的關鍵誘因。

該研究旨在探究細胞質中的SIRT6是否對糖尿病性血管病變中的糖酵解過程起到調節(jié)作用。結果顯示，SIRT6通過與ENO3（一種催化2-PGA轉化為PEP的關鍵糖酵解酶）相互作用，從而去乙?；疭IRT6，從而降低了其活性，進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節(jié)底物蛋白的功能。研究發(fā)現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重要，并且內源性H?S水平與許多生物活動相關，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位點的硫巰基化修飾。作者證實SIRT6保守活性中心的C141位點是H2S調節(jié)SIRT6功能的關鍵靶點。

綜上所述，胞質SIRT6通過促進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。進一步研究發(fā)現，胞質內積聚的SIRT6與糖酵解關鍵酶烯醇化酶3（ENO3）發(fā)生直接相互作用，促進ENO3去乙?；鰪娤掠瘟姿嵯┐际奖幔≒EP）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過度增殖。該研究提出的SIRT6-ENO3信號軸通過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。

總體而言，該研究通過整合多組學分析、動物模型驗證和細胞功能實驗，全面揭示了細胞質SIRT6-ENO3軸調節(jié)糖酵解重編程和VSMC增殖相關血管重塑的新機制。研究發(fā)現高血糖和高血脂通過氧化應激和IPO13依賴的核輸出過程促進SIRT6細胞質易位，易位的SIRT6通過去乙?；疎NO3增強其酶活性，驅動糖酵解重編程和血管平滑肌細胞異常增殖。更重要的是，外源性硫化氫通過恢復SIRT6第141位半胱氨酸的S-硫氫化修飾，抑制其細胞質易位并減弱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新希望。

參考文獻

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以上內容來源于BioArtMED，侵刪

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發(fā)病機制和治療策略，其實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的并發(fā)癥，常導致嚴重的心血管事件。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節(jié)代謝穩(wěn)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)癥的一個新的治療靶點。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技術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，進行轉錄組測序（RNA-seq）。

研究思路

研究結果

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粒體結構的異常改變，包括心肌細胞排列不規(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構（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)計學差異（圖3g）。

使用M型超聲心動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. 各組大鼠超聲心動圖影像與數據統(tǒng)計

3. 差異表達基因的篩選

為了進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，測定了心肌組織基因全長轉錄表達。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(zhí)行，篩選出47個MOTS-c改變的致病基因（圖4a）。將這47個基因進行熱圖分析后發(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個致病基因進行功能富集分析。GO 注釋系統(tǒng)包含三個主要分支，即：生物學過程（BP）、分子功能（MF）和細胞組分（CC）。）8 周 MOTS-c 注射所改變的 47 個糖尿病致病基因共富集于 195 個 GO term 中，其中 188 個 term 富集于 BP，2 個 term 富集于 CC，5 個 term 富集于MF。經過 ClueGO 聚類分析后，195 個 term 主要富集于 9 個類別（見圖 5b），分別為血管生成（angiogenesis）、凋亡過程調控（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）、脂肪酸代謝過程（fatty acid metabolic process）、吞噬作用調節(jié)（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）、膠質生成（gliogenesis）和白細胞介素-1 的產生（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（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，同時均注釋在凋亡相關的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可能是相互關聯(lián)的關鍵基因。

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技術測定了CCN1、ERK1/2、EGR1的基因表達與蛋白表達以及線粒體發(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蛋白表達顯著上升（圖7a）；CCN1、ERK1/2和EGR1基因表達顯著降低（圖6）；CCN1、EGR1蛋白表達顯著降低，ERK1/2的總蛋白表達量不變（圖7），但多個研究表明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粒體損傷，MOTS-c可能是通過調節(jié)脂肪酸代謝、免疫調節(jié)、血管生成和細胞凋亡產生作用。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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