Ⅱ型脂肪酸合成酶抑制剂对糖尿病状况下线粒体功能的影响

Recently, several inhibitors of prokaryotic fatty acid synthesis Ⅱ(FAS Ⅱ) enzymes have been found and considered as promising antibiotics. However, it is known fatty acid synthesis pathway in mitochondrial and bacterial .FASⅡ are similarly and highly conservative. Therefore, we propose that FAS Ⅱ enzyme inhibitors may induce mitochondrial dysfunction and damage. We have docked the bacterial anti-FAS Ⅱ drugs into mitochondrial FASⅡ, predicted a series of potential inhibitors could lead to mitochondrial dysfunction. Interestingly, studies have suggested that mitochondrial FAS Ⅱ is capable of generating octanoyl-ACP substrate for lipoic acid synthesis. In our previous studies, we treated 3T3-L1 adipolytes and Goto-Kakizaki diabetic rats with α-lipoic acid (LA), and found that LA is effective on improving mitochondrial dysfunction. Thus, we hypothesize that LA could alleviate the risk of mitochondrial FASⅡ inhibitors on diabetic mitochondria. In the present proposal, we will study the characterization and regulatory mechanisms mitochondrial FASⅡin normal and type Ⅱ diabetes models. Specifically, we will investigate the mitochondrial biogenesis and function in 3T3-L1 adipolytes and Goto-Kakizaki diabetic rats with mitochondrial FASⅡ inhibitors and study the protective effect of LA by combining LA and mitochondrial FASⅡ inhibitors.

近年来，以Ⅱ型脂肪酸合成酶(FAS Ⅱ)为靶点筛选出了大量的广谱抗菌性抑制剂。然而近期研究发现，线粒体中脂肪酸合成途径与细菌FAS Ⅱ具有高度地保守性，因此，我们推测抑制剂的使用会造成线粒体的功能缺陷。我们首次利用线粒体FAS Ⅱ与抗菌性抑制剂进行分子对接模拟，初步从理论上证明了这一可能性。值得关注的是，线粒体FAS Ⅱ是体内硫辛酸合成的重要途径。我们通过脂肪细胞实验和糖尿病Goto-Kakizaki大鼠实验发现硫辛酸能够有效缓解糖尿病发生中的线粒体功能缺陷。于是我们推测硫辛酸的使用可能缓解线粒体FAS Ⅱ抑制剂的危害。因此我们将在脂肪细胞和糖尿病大鼠模型中检测线粒体FAS Ⅱ的表达变化的特点、规律和抑制剂的影响，着重观察抑制剂的使用对线粒体生成和功能的影响，并深入研究硫辛酸的使用对线粒体FAS Ⅱ抑制剂造成的线粒体功能缺陷的保护效果。

线粒体脂肪酸合成酶途径（FAS II）有别于胞质I型，与细菌 II型具有高度地保守性，不仅能够催化内源性长链脂肪酸，同时也是合成抗氧化剂硫辛酸的唯一途径。分子对接模拟提示我们，已选出的广谱抗菌性抑制剂对线粒体FAS II同样有抑制效果。本研究项目首先聚焦于线粒体FAS II的第一个重要限速酶酮脂酰ACP合成酶（HsmtKAS），我们的研究发现，HsmtKAS是已筛选出的脂肪酸合成酶抑制剂C75的靶标。C75处理的HEK293T细胞的线粒体功能显著性受损，具体表现为线粒体膜电位降低，细胞内活性氧水平增加，线粒体呼吸链复合物I表达量减少，细胞中的硫辛酸水平下降。特别是，HEK293T细胞中下调表达HsmtKAS诱导出了相似的线粒体功能障碍。另外，外源性添加硫辛酸同样能够有效地缓解C75引起的线粒体功能障碍。为了进一步证明HsmtKAS在其中的调控作用，我们在细胞中过表达HsmtKAS，发现能够对抗低剂量C75的损伤作用，而对高剂量没有任何效果。以上结果提示我们，C75对线粒体的损伤作用是通过抑制线粒体脂肪酸合成酶来完成的，而C75和硫辛酸的联合使用为今后肿瘤药物开发提供了新的思路。另一有意思的研究聚焦于线粒体羟氨基硫酯脱水酶（HTD2）。通过观察线粒体FAS II在糖尿病小鼠模型db/db和HFD，我们发现HTD2在糖尿病小鼠中显著下调。因此，我们在糖尿病的一个靶器官骨骼肌肌管C2C12中下调表达HTD2，引起了线粒体功能损伤，诱发了胰岛素抵抗，同时相关的胰岛素抵抗因子磷酸化IRS和Akt的表达有明显变化，这一系列结果暗示我们HTD2可能是糖尿病代谢中的一个全新的靶蛋白。本研究的开展首次发现了线粒体FAS II可能与胰岛素抵抗相关，同时会影响线粒体的功能，而后期抗氧化剂硫辛酸的添加能够缓解这一损伤。