IF 11.4｜陸忠兵/張敏/陳英杰揭示DDAH1在應(yīng)激條件下對(duì)細(xì)胞氧化還原平衡的調(diào)控作用及分子機(jī)制
2024年2月，中國(guó)科學(xué)院大學(xué)陸忠兵教授聯(lián)合北京朝陽(yáng)醫(yī)院張敏醫(yī)生和美國(guó)密西西比大學(xué)醫(yī)學(xué)中心陳英杰教授團(tuán)隊(duì)在Redox Biology（IF 11.4）上發(fā)表了題為“DDAH1 recruits peroxiredoxin 1 and sulfiredoxin 1 to preserve its activity and regulate intracellular redox homeostasis ”的論文。研究表明，DDAH1可以招募PRDX1和SRXN1在氧化應(yīng)激條件下維持其活性/表達(dá)和氧化還原穩(wěn)態(tài)，提示靶向DDAH1-PRDX1-SRXN1可能成為氧化應(yīng)激相關(guān)肝臟疾病的一種新型治療方法。
01研究背景
氧化應(yīng)激是由活性氧(ROS)的過(guò)量產(chǎn)生和抗氧化系統(tǒng)的損傷引起的，可引發(fā)各種生化反應(yīng)，如脂質(zhì)過(guò)氧化、DNA損傷和蛋白質(zhì)氧化修飾或錯(cuò)誤折疊。越來(lái)越多的證據(jù)表明，氧化應(yīng)激在包括非酒精性脂肪性肝病(NAFLD)在內(nèi)的許多疾病的發(fā)病機(jī)制中起著重要作用，二甲基精氨酸二甲胺水解酶(DDAH1)是降解不對(duì)稱(chēng)二甲基精氨酸(ADMA)的關(guān)鍵酶，與多種疾病發(fā)展過(guò)程中的氧化應(yīng)激密切相關(guān)。然而，DDAH1調(diào)節(jié)細(xì)胞內(nèi)氧化還原狀態(tài)的潛在機(jī)制尚不清楚。
02 研究結(jié)果
1、PRDX1可以防止H2O2誘導(dǎo)的DDAH1下調(diào)
研究人員發(fā)現(xiàn)PRDX1與DDAH1相互作用，為闡明DDAH1-PRDX1相互作用對(duì)細(xì)胞氧化還原穩(wěn)態(tài)的影響，在HepG2細(xì)胞中敲低PRDX1。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在H2O2處理(150 μM, 24 h)下，PRDX1敲低導(dǎo)致細(xì)胞活力下降，細(xì)胞內(nèi)ADMA、ROS和超氧化物水平增加；H2O2處理顯著降低GSH/GSSG比值，PRDX1基因敲低加重了這一作用。另一方面，過(guò)表達(dá)PRDX1 降低了對(duì)照細(xì)胞內(nèi)ADMA和ROS水平；在H2O2處理的細(xì)胞中，PRDX1過(guò)表達(dá)增加細(xì)胞活力，降低細(xì)胞內(nèi)ADMA、ROS和超氧化物水平。WB結(jié)果顯示PRDX1敲低增加了對(duì)照細(xì)胞中氧化PRDXs (PRDX-SO3)和SRXN1的表達(dá)，加劇了H2O2誘導(dǎo)的DDAH1下調(diào)和PRDX-SO3上調(diào)；PRDX1過(guò)表達(dá)降低了基礎(chǔ)條件下PRDX-SO3的表達(dá)，顯著減弱H2O2誘導(dǎo)的DDAH1和SRXN1的下調(diào)。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)PRDX1可以在氧化應(yīng)激條件下保持DDAH1的表達(dá)和活性。
圖1. PRDX1在H2O2處理的細(xì)胞中保持細(xì)胞活力、DDAH1表達(dá)和氧化還原穩(wěn)態(tài)
2、SRXN1與DDAH1相互作用并保護(hù)其表達(dá)和活性
研究人員進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)SRXN1與DDAH1相互作用并保護(hù)其表達(dá)和活性，并且STRING數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)果表明PRDX和SRXN1在蛋白水平上相互作用。研究人員利用Myc-DDAH1構(gòu)建體轉(zhuǎn)染HEK293細(xì)胞，并進(jìn)行co-IP分析，結(jié)果表明，SRXN1存在于Myc-DDAH1免疫沉淀中，且隨著H2O2處理(150μM, 2 h)，SRXN1含量增加，表明SRXN1與DDAH1存在直接相互作用，且氧化應(yīng)激可增強(qiáng)這種相互作用。研究人員通過(guò)進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)確定了SRXN1會(huì)影響DDAH1的表達(dá)和活性。表明SRXN1不僅作為氧化PRDXs的還原酶，而且在氧化應(yīng)激條件下維持DDAH1的表達(dá)和活性。
3、肝細(xì)胞特異性的DDAH1缺失加劇了CCl4誘導(dǎo)的肝毒性和PRDX1的下調(diào)
DDAH1可改善CCl4誘導(dǎo)的肝損傷、氧化應(yīng)激和細(xì)胞死亡，為闡明肝DDAH1是否影響CCl4和PRDX1/SRXN1通路的肝毒性，研究人員用CCl4處理Ddah1HKO和Ddah1f/f小鼠，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ddah1HKO小鼠的AST和ALT水平高于Ddah1f/f小鼠，CCl4減弱了Ddah1HKO小鼠在基礎(chǔ)條件下的血清ADMA水平高于Ddah1f/f小鼠的差異。染色結(jié)果顯示，CCl4對(duì)Ddah1HKO小鼠的肝損傷、纖維化、超氧化物生成和凋亡細(xì)胞的影響大于Ddah1f/f小鼠。WB分析顯示，肝細(xì)胞特異性缺失DDAH1加劇了CCl4處理小鼠肝臟中PRDX1和Bcl-2的下調(diào)以及PRDX-SO3和Bax的上調(diào)，減弱了SRXN1和PRDX4的上調(diào)。
圖3. 肝臟Ddah1缺乏加重了CCl4處理小鼠的肝功能障礙、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡
4、肝臟過(guò)表達(dá)PRDX1可減輕CCl4誘導(dǎo)的肝毒性，降低Ddah1缺乏的影響
為確定肝細(xì)胞特異性過(guò)表達(dá)PRDX1是否能在體內(nèi)維持DDAH1的表達(dá)和活性，研究人員通過(guò)尾靜脈注射AAV8-Prdx1治療CCl4處理的WT和Ddah1-/-小鼠，以注射AAV8-GFP的WT小鼠為對(duì)照。PRDX1過(guò)表達(dá)降低了WT和Ddah1-/-小鼠血清AST和ALT水平的差異，此外，PRDX1過(guò)表達(dá)改善了CCl4誘導(dǎo)的WT和Ddah1-/-小鼠肝臟的病理改變、纖維化、超氧化物生成和凋亡。PRDX1過(guò)表達(dá)降低了CCl4處理小鼠肝臟中3′-NT和4-HNE水平以及I型膠原、III型膠原、TNF-α和IL-1β mRNA水平。WB結(jié)果表明，過(guò)表達(dá)PRDX1可提高DDAH1、SRXN1、Bcl-2和PRDX4的表達(dá)，而降低PRDX-SO3和Bax的表達(dá)。
圖4.PRDX1過(guò)表達(dá)可改善CCl4誘導(dǎo)的肝損傷、氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡
03 小結(jié)
本研究首次提供了直接證據(jù)，證明DDAH1可以招募PRDX1和SRXN1在氧化應(yīng)激條件下維持其活性/表達(dá)和氧化還原穩(wěn)態(tài)；靶向DDAH1-PRDX1-SRXN1相互作用可能是與氧化應(yīng)激相關(guān)的肝臟疾病的一種新的治療方法。
