MIOX介导的氧化和内质网应激在糖尿病肾病肾小管线粒体损伤中的作用及机制研究

Diabetic kidney disease (DKD) is a main cause of end-stage renal disease, and tubular cell injury is one of the early pathological characteristics and prognosis indicater of DKD. Oxidative/ER stress and mitochondrial injury is two key participants during the pathogenesis of DKD, especially in tubules, thus the study of the related regulartory mechanisms is a hot spot on current renal research area. Myo-inositol oxygenase (MIOX) is a renal specific enzyme that modulate oxidative stress. Our latest study showed that MIOX disrupt mitochondrial quality control system in tubular cells of DKD, leading to mitochondrial damage and cell apoptosis (JASN,2015). At present, the upper regulartory mechanisms on MIOX inducing mitochondrial quality control disruption is still unknown. By adopting cell and molecular technologies, this project further observe the impact of MIOX on ER stress in DKD tubular cells, and investigate different possible mechanisms on MIOX modulating ER-mitochondrial interactions through oxidative/ER stress pathways, and thus inducing mitochondrial quality control disruption and mitochondrial morphrological and functional damages. The aim is to unveil a novel and intact pathogenesis of diabetic tubular injury through MIOX and targeted organelles, and provide new insight and lab evidances for the targeted prevention and treatment of DKD.

糖尿病肾病(DKD)是引起ESRD的主要病因，肾小管损伤是DKD的早期特征性病理改变和疾病进展预测指标。氧化/内质网应激和线粒体损伤被证实是DKD尤其是肾小管发病机制中的两个关键环节，故研究其调控机制是当前肾脏病研究领域的热点。肌醇加氧酶（MIOX）是在肾脏特异性表达且调控细胞氧化应激的关键蛋白。申请者最近首次发现MIOX可诱导破坏DKD肾小管细胞线粒体质控体系，导致线粒体损伤和细胞凋亡（JASN，2015）。但迄今，MIOX介导线粒体质控障碍的上游调控机制仍未知。本项目采用细胞分子生物学技术，通过进一步观察MIOX对DKD肾小管内质网应激的调控影响，研究MIOX如何通过氧化/内质网应激途径来介导内质网-线粒体相互作用，从而干扰线粒体质控体系引起其结构功能损伤的各种潜在分子机制。旨在通过MIOX和靶细胞器揭示一条完整的DKD小管发病机制链，并为DKD的靶向防治提供新的思路和实验依据。

项目背景.肾小管损伤是糖尿病肾病(DKD)的特征性病理改变和疾病进展预测指标。在DKD的发病机制中，氧化应激和内质网应激，以及线粒体损伤和细胞凋亡是肾小管病变的主要病因，然而它们之间的因果联系以及相关调控蛋白的信号机制仍不明确。本项目从细胞氧化应激的关键调控蛋白入手，深入研究DKD肾小管细胞线粒体损伤的分子病理机制。.研究内容.1.研究在DKD环境下氧化还原调控蛋白MIOX和p66Shc对肾小管细胞内氧化/内质网应激、线粒体动力学及细胞凋亡的影响和作用。2.研究MIOX和p66Shc在DKD环境下介导线粒体动力学破坏和细胞氧化损伤的具体分子机制。.重要结果.MIOX在高糖环境下对肾小管细胞氧化应激蛋白NOX4、Catalase和SOD1以及内质网应激蛋白IRE-1α的表达具有正性调控作用。MIOX通过IRE-1α介导内质网和线粒体的交互作用和线粒体动力学变化，同时引起内质网钙离子流向线粒体，从而导致活性氧过量产生和细胞凋亡。而p66Shc可通过调控线粒体分裂蛋白Fis1以及增强Mfn1-Bak的相互作用，引起线粒体片段化和膜电位下降，导致活性氧聚集和细胞色素C的释放。MIOX和p66Shc具有协同调控作用。在DKD小鼠模型中MIOX药物抑制剂可降低肾组织的氧化损伤和IRE-1α的蛋白表达，同时减少线粒体片段化和凋亡，而靶向线粒体药物SS31具有类似保护作用，即通过抑制线粒体片段化从而减轻了DKD肾小管损伤。在糖尿病肾病患者肾小管细胞中，线粒体动力学形态结构改变和细胞氧化损伤及凋亡呈正相关。.科学意义.本项目科学意义为发现了DKD肾小管病变的两个重要分子靶点，阐明了在DKD状态下，MIOX和p66Shc介导的氧化/内质网应激途径在肾小管细胞线粒体损伤和凋亡发生过程中的关键作用和病理生理机制，并证实了线粒体靶向药物对DKD的治疗作用，这为临床上今后靶向治疗糖尿病肾病提供新的思路和实验依据。