MPC在糖尿病肾病足细胞线粒体损伤与代谢障碍中的作用及机制

Podocyte injury and loss are closely related to the progression of diabetic nephropathy (DN). It has been regarded that mitochondrial dysfunction is associated with podocyte injury under high glucose condition, but the specific mechanism remains unclear. MPC(Mitochondrial pyruvate carrier), which is a pyruvate transporter located in the inner mitochondrial membrane, plays an important role in the maintenance of mitochondrial biological function. This project intends to investigate the role and the potential mechanism of MPC in podocyte mitochondrial dysfunction and injury in DN. The STZ-induced diabetic rat model, high glucose-treated podocyte and biopsy specimens from DN patients will be used to evaluate the expression and acetylation of MPC, mitochondrial dysfunction and podocyte injury; MPC expression and acetylation level will be altered via wild-type or mutant plasmids transfection, specific inhibitor pretreatment and CRISPR/Cas9 technology; then, we will further explore the role of MPC in regulation of mitochondrial dysfunction and podocyte injury during high glucose exposure. The purpose of this investigation is to reveal the potential regulatory pathways in the progression of DN and provide a theoretical evidence for MPC to be a new therapeutic target of DN.

足细胞损伤脱落与糖尿病肾病（DN）发生及进展密切相关，已有研究发现线粒体（Mitochondria，Mt）结构功能异常参与高糖环境下足细胞损伤过程，但其致病机制仍不明确。线粒体丙酮酸载体蛋白（MPC）是定位于Mt内膜上介导丙酮酸转运的重要蛋白，其表达改变可能引起Mt功能障碍。本项目拟研究MPC在DN状态下足细胞Mt损伤及生物代谢异常中的作用和分子调节机制。通过建立糖尿病大鼠模型、高糖刺激体外培养足细胞和收集DN患者肾活检标本，评价高糖诱导MPC表达和乙酰化改变及其与足细胞Mt损伤的关系；通过应用MPC质粒、特异性活性抑制剂和CRISPR/Cas9技术，探讨MPC表达改变对足细胞Mt结构功能和细胞存活状态的影响；通过诱导MPC质粒乙酰化位点突变，进一步明确MPC参与高糖诱导足细胞Mt功能障碍的机制。本项目旨在揭示MPC在DN进展中的作用及调节途径，为寻求DN治疗的新靶点提供理论依据。

线粒体丙酮酸载体蛋白（MPC）是定位于线粒体（Mitochondria，Mt）内膜上介导丙酮酸转运的重要蛋白，其表达改变参与高糖诱导足细胞Mt功能障碍及细胞损伤脱落，但其具体机制仍不明确。本项目旨在揭示MPC在糖尿病肾病（DN）进展中的作用及调节途径。本研究发现DN患者肾小球基底膜明显增厚，肾小球细胞内SIRT3表达较对照组明显下调，肾小球内总蛋白乙酰化水平升高，MPC2表达水平无明显改变；高糖刺激体外培养小鼠足细胞或构建糖尿病大鼠/小鼠模型肾组织内SIRT3、MPC2表达较对照组均明显下调，凋亡蛋白BAX表达升高，总蛋白乙酰化水平明显增高。构建SIRT3敲除小鼠模型，发现敲除SIRT3后小鼠肾组织内MPC2表达水平明显下降，总蛋白乙酰化水平明显增高。通过转染SIRT3过表达质粒上调足细胞内SIRT3表达，可逆转高糖诱导足细胞线粒体ATP数量下降及ROS生成；转染SIRT3 siRNA下调足细胞内SIRT3表达，可进一步加重高糖诱导足细胞线粒体损伤足细胞凋亡水平进一步增高，使用SIRT3激动剂Honokiol持续激活SIRT3活性，高糖导致足细胞线粒体功能异常缓解、细胞凋亡水平下降。构建MPC2乙酰化位点突变质粒（K19Q/K26Q）与SIRT3质粒共转染细胞发现高糖诱导细胞内乙酰化水平进一步增加。结论：在生理状态下，MPC2在肾小球足细胞表达，且足细胞内蛋白乙酰化水平较低；高糖刺激导致足细胞内蛋白乙酰化水平增高，线粒体形态和功能异常、细胞凋亡增加；SIRT3参与调控MPC2蛋白乙酰化修饰改变并导致丙酮酸转运障碍，从而介导高糖环境下足细胞线粒体生物功能异常和细胞损伤。