AKAP1在糖尿病肾病足细胞线粒体分裂与功能障碍中的作用及机制

Podocyte mitochondrial injury and dysfunction have been regarded as a key factor in the development and progression of diabetic nephropathy (DN). But the pathological characteristics and the mechanism of podocyte mitochondrial injury caused by high glucose exposure are still unclear. Our previous studies demonstrated that high glucose exposure resulted in mitochondrial fragmentation, and alteration of AKAP1/Drp1 expression and phosphorylation. The objective of this project is to investigate the role and the potential mechanism of AKAP1 in podocyte mitochondrial fission and dysfunction in DN. A diabetic model, cultured podocytes stimulated by high glucose and biopsy specimens from DN patients will be used to evaluate the high glucose effects on podocyte injury and characteristics of mitochondrial structure and function. AKAP1 expression and activity will be altered via building podocyte-specific AKAP1 knockout mice and AKAP1 construct transfection; then, we will explore the role of AKAP1 in mitochondrial fission and podocyte injury during high glucose exposure. This investigation will unravel the characteristics of the mitochondrial structure and function in the progression of DN and its regulatory mechanism, through which new therapeutic targets may be identified.

足细胞线粒体（Podocyte mitochondria, Pmt）损伤及功能障碍在糖尿病肾病（DN）发生、进展中起重要作用，但高糖环境下Pmt损伤的病理特征与调控机制仍不明确。我们前期研究发现高糖环境下Pmt分裂异常，长管状线粒体减少、小球状线粒体增多，并伴随AKAP1/Drp1表达和磷酸化改变。本项目拟研究AKAP1在DN进展中Pmt分裂异常与功能障碍的作用及机制。通过建立糖尿病动物模型、高糖培养足细胞及DN病人肾活检标本，比较正常和疾病状态下Pmt结构形态与功能改变特点、评价Pmt代谢异常在足细胞损伤中的作用；通过稳定转染AKAP1及其磷酸化结构域缺失突变质粒和应用特异性足细胞AKAP1基因敲除小鼠，评价改变AKAP1表达及活性对Pmt分裂与功能障碍以及足细胞存活状态的影响。本项目旨在揭示糖尿病状态下Pmt损伤的病理与代谢改变特征及调节信号，为寻求DN新的治疗靶点提供理论和实验依据。

足细胞线粒体损伤及功能障碍在糖尿病肾病（DN）发生、进展中起重要作用，但高糖环境下足细胞线粒体损伤的病理特征与调控机制仍不明确。本项目前期研究发现高糖环境下足细胞线粒体分裂异常，长管状线粒体减少、小球状线粒体增多，并伴随AKAP1/Drp1表达和磷酸化改变。在此基础上，本项目探讨了AKAP1在DN进展中足细胞线粒体分裂异常与功能障碍的作用及机制。本项目通过构建链脲霉素诱导大鼠糖尿病模型和高糖刺激体外培养的永生化足细胞，研究发现糖尿病或高糖促进了足细胞线粒体分裂及功能障碍，以及AKAP1及Drp1基因637位点磷酸化蛋白表达上调；构建Drp1基因616及637磷酸化位点突变质粒、体外稳定转染足细胞，证实AKAP1主要通过促进Drp1基因637磷酸化介导线粒体分裂；进一步体内实验应用小鼠肾皮质显微注射慢病毒shRNA敲低AKAP1，证实AKAP1敲低可减轻糖尿病状态下线粒体分裂及足细胞损伤；最后，收集糖尿病肾病病人的肾活检标本，以癌旁正常肾组织为对照组，分析发现糖尿病肾病患者肾小球足细胞线粒体分裂增加，线粒体纵横比与蛋白尿呈负相关，并且其AKAP1 表达与Drp1共定位明显增加。结论：糖尿病状态或高糖刺激促进足细胞线粒体分裂增加，其发生机制是AKAP1通过调控Drp1基因637位点磷酸化表达介导了足细胞线粒体分裂和功能障碍。本项目揭示了糖尿病状态下足细胞线粒体损伤特征以及AKAP1参与DKD发生发展的机制，为DN的防治提供了新的治疗靶点和理论依据。