Circulation｜華中科技大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院汪道文/李華萍/陳琛教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)糖尿病心肌病治療新靶點(diǎn)
2023年12月，華中科技大學(xué)附屬同濟(jì)醫(yī)院心血管內(nèi)科汪道文、李華萍和陳琛教授團(tuán)隊(duì)在Circulation（IF 37.8）上在線發(fā)表題為“Ago2 protects against diabetic cardiomyopathy via activating mitochondrial gene translation”的論文，本研究發(fā)現(xiàn)SIRT3-Ago2-CYTB軸將糖毒性與心臟電子傳遞鏈?zhǔn)Ш饴?lián)系起來，為開發(fā)糖尿病心肌病的線粒體靶向療法提供了新的機(jī)制見解和基礎(chǔ)。
研究結(jié)果
1 糖尿病條件下心肌細(xì)胞線粒體Ago2下調(diào)
為確定糖尿病性心肌病的因果事件，作者選擇4周齡的鏈脲佐菌素治療小鼠和8周齡的db/db小鼠以評估Ago2亞細(xì)胞定位。通過分離沉降小鼠心臟的細(xì)胞漿、細(xì)胞核和線粒體組分，發(fā)現(xiàn)在1型糖尿病小鼠中，心臟Ago2在細(xì)胞核和線粒體中減少，然而，胞質(zhì)定位的Ago2不變；2型糖尿病小鼠線粒體中Ago2的定位降低，而其他亞細(xì)胞部分的表達(dá)不變。利用免疫熒光技術(shù)發(fā)現(xiàn)在2種糖尿病小鼠心臟分離的肌細(xì)胞中，Ago2與HSP60(線粒體標(biāo)記物)的共定位減少。由于Ago2的細(xì)胞質(zhì)形式在1型和2型糖尿病小鼠中都沒有改變，因此在這些糖尿病模型中，Ago2在線粒體中的定位減少可能是由于細(xì)胞質(zhì)向線粒體的易位受損導(dǎo)致。
圖1.糖尿病心肌細(xì)胞線粒體中Ago2下調(diào)
2 Ago2對糖尿病小鼠心功能障礙具有保護(hù)作用
為研究Ago2在糖尿病引起的心功能障礙中的功能相關(guān)性，作者設(shè)計(jì)了表達(dá)核、胞質(zhì)和線粒體形式的Ago2的AAV9-cTnT載體，并在小鼠體內(nèi)進(jìn)行了功能獲得和功能喪失實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)線粒體形式的Ago2過表達(dá)保護(hù)了鏈脲佐菌素治療小鼠的心功能障礙，并減輕了心臟肥厚；與此形成鮮明對比的是，無論是胞質(zhì)形式還是核形式的Ago2都沒有顯示出任何可檢測到的影響。Ago2敲低不影響心功能，可能由于鏈脲佐菌素處理的小鼠線粒體Ago2已經(jīng)受損，進(jìn)一步降低Ago2水平可能沒有影響心臟，或Ago2敲除減少核和細(xì)胞質(zhì)Ago2，這可能干擾線粒體介導(dǎo)的作用，類似的結(jié)果在2型db/db糖尿病模型中也得到了驗(yàn)證。在正常對照小鼠中，Ago2過表達(dá)對心功能和心肌肥厚沒有顯著影響，表明Ago2僅在應(yīng)激條件下才對心臟進(jìn)行調(diào)節(jié)。
圖2. 線粒體Ago2對糖尿病小鼠心功能障礙的保護(hù)作用
3 Ago2增強(qiáng)線粒體基因表達(dá)，抑制ROS產(chǎn)生
考慮到只有線粒體Ago2過表達(dá)才能改善糖尿病小鼠的心肌功能，作者首先對鏈脲霉素處理小鼠的心臟進(jìn)行了質(zhì)譜(MS)分析，以特異性評估線粒體基因編碼蛋白，結(jié)果發(fā)現(xiàn)電子傳遞鏈復(fù)合物(ETC)中的線粒體基因表達(dá)失衡。在線粒體Ago2過表達(dá)條件下，鏈脲霉素處理小鼠心臟中ETC III的CYTB顯著升高，而CO2和ATP6相對不變。由于CYTB的減少直接促進(jìn)了ROS的產(chǎn)生，測量糖尿病小鼠的ROS水平，發(fā)現(xiàn)線粒體Ago2的過表達(dá)降低了鏈脲霉素誘導(dǎo)的ROS激活；同樣的，在db/db 2型糖尿病小鼠心臟中，線粒體Ago2處理恢復(fù)了CYTB表達(dá)并降低了ROS水平。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)線粒體Ago2對ROS的調(diào)節(jié)主要依賴于ETC III的電子轉(zhuǎn)移。
圖3.線粒體Ago2增強(qiáng)線粒體基因表達(dá)，抑制ROS的產(chǎn)生
4 線粒體miRNA參與Ago2損失介導(dǎo)的ETC失衡
作者進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)線粒體Ago2通過募集TUFM增強(qiáng)線粒體基因翻譯，對小鼠線粒體miRNA進(jìn)行測序分析，利用生信軟件分析可能特異性靶向mt-CYTB轉(zhuǎn)錄物或其他mt-RNA的潛在miRNA，研究發(fā)現(xiàn)Ago2-miRNA機(jī)制的miRNA提供了堿基配對信息，Ago2招募TUFM促進(jìn)mt-mRNA的翻譯。Ago2的減少和miRNA的失調(diào)可能共同導(dǎo)致了線粒體ETC亞基的重塑，其中mt-CYTB的特異性減少似乎直接導(dǎo)致了糖尿病心臟中mt-ROS的產(chǎn)生增加。最后，作者揭示了糖尿病時(shí)AGO2丙二?；瘻p少其線粒體轉(zhuǎn)位。
圖4.線粒體Ago2在線粒體miRNA的參與下通過募集TUFM增強(qiáng)線粒體基因翻譯
結(jié)論
本研究發(fā)現(xiàn)亞細(xì)胞Ago2在小鼠和糖尿病患者的衰竭心臟中被重排，糖尿病誘導(dǎo)Ago2丙二?；?，直接損害Ago2向線粒體的易位，導(dǎo)致線粒體翻譯抑制、ETC復(fù)合物失衡和氧化應(yīng)激。重組腺相關(guān)病毒(rAAV)傳遞的具有特定線粒體定位信號(而非核或胞質(zhì)信號)的Ago2能夠挽救糖尿病小鼠心功能障礙，揭示了糖尿病心肌病的潛在治療方法。
