SIRT1/PGC-1α信号通路介导的线粒体新生对APAP肝细胞线粒体毒性的调节作用研究

Acetaminophen (APAP) is a widely used Over the Counter antipyretic analgesic. The frequent misuse and/or abuse of APAP at overdose would induce hepatotoxicity, which manifests as mitochondrial dysfunction. Meanwhile, the body initiates defense mechanism to scavenge damaged mitochondria and compensate new mitochondria, to regulate and repair APAP-induced mitochondrial injury. It is implicated that PGC-1a-mediated mitochondrial biogenesis plays an crucial role in regulatory repair of liver injury. Many studies have shown that SIRT 1 significantly increases PGC-1a activity and promotes mitochondrial biogenesis. The present study aims to illustrate that PGC-1a pathway-mediated mitochondrial biogenesis exerts defensive effects against APAP-induced hepatic-mitochondrial toxicity. By using SIRT 1 activator, we will testify that SIRT 1 is a potential target for regulating PGC-1a-mediated mitochondrial biogenesis. Our results are expected to provide experimental basis for demonstration of the defensive mechanism in response to APAP, and also provide theoretical basis and potential target for regulating APAP mitochondrial toxicity, hence it is of important theoretical significance and practical value.

对乙酰氨基酚（APAP）是临床广泛应用的非处方解热镇痛药物，常因误用、滥用而摄入过量而产生严重的肝脏毒性，主要毒性表现是线粒体功能障碍，同时机体启用防御机制，清除损伤线粒体，补充新生线粒体，对APAP所致线粒体损伤进行调节性修复。PGC-1α信号通路介导的线粒体新生在这个调节性修复过程中可能发挥了重要作用。研究显示SIRT1可显著提高PGC-1α的活性，并成倍增强其介导线粒体新生的能力。本研究旨在细胞水平证实PGC-1α信号通路介导的线粒体新生是机体对抗APAP线粒体毒性的防御途径，阐明SITR1去乙酰化作用可提高线粒体新生能力，并利用SIRT1活化剂证实其可能是调控PGC-1α信号通路介导线粒体新生对抗APAP线粒体毒性的潜在干预靶点，为进一步阐明APAP作用下机体启用的防御机制提供实验依据，为靶向性调节APAP线粒体毒性提供理论依据及可能靶点，具有重要的理论意义和现实应用价值。

药物引起的肝损伤是全球面临的一个用药安全问题，在药物筛选和临床前评价中却缺乏有效的肝脏线粒体毒性评价模型和方法，急需建立新的测试方法。APAP是典型肝脏线粒体毒性药物，虽然其肝脏毒性机制研究取得一定的成果，但仍有很多分子机制问题没有解决。我们紧跟国际毒理学研究前沿和步伐，整个立题依据TT21C提出的基于毒性通路的毒性测试策略，通过开展APAP对PGC-1α介导的线粒体新生和抗氧化作用的剂量-效应反应和时间-效应反应的研究，一方面可挖掘APAP引起线粒体毒性的新的可能机制，另一方面可为基于毒性通路剂量-效应模型的建立提供实验数据。同时，通过敲降PGC-1α和激活剂活化PGC-1α来阐述其在APAP的毒性作用发挥的作用。研究结果显示无细胞毒性的APAP引起了线粒体的新生和抗氧化蛋白表达水平的增加，是细胞的一种适应性反应以防御APAP诱发的线粒体毒性作用，且通过siRNA敲降证实这个过程受PGC-1α分子调控。高浓度的APAP对线粒体新生有显著抑制作用，可能是APAP引起线粒体毒性的机制之一，而对抗氧化系统虽有抑制但是不显著。抗氧化剂白藜芦醇对APAP引起的细胞毒性有一定的保护作用，对APAP引起的线粒体毒性的保护作用不显著。以上结果表明PGC-1α调控的线粒体新生对线粒体毒性更为敏感，即PGC-1α-TFAM-mtDNA通路比PGC-1α-Nrf2-MnSOD通路更为敏感，在毒性预测中应优先考虑；在PGC-1α量效和时效反应中的“tipping point”浓度低于细胞生存率出现显著下降的浓度，表明基于PGC-1α分子进行风险评估比常用的细胞生存率更为敏感。PGC-1α的siRNA敲降和PGC-1α的活化证实了该分子可作为APAP线粒体毒性作用的一个防御靶点。总之，我们的数据为药物/化合物的肝脏线粒体毒性的筛选与评价提供了数据支持。