UCP2调控Warburg效应在糖尿病足细胞损伤中的作用及机制

Diabetic nephropathy is one of the most common microvascular complications of diabetes mellitus. Over the past decades, numerous studies have pointed towards podocyte injury as a key determinant of diabetic nephropathy. Since the tight regualtion of energy metabolism is required to maintain podocyte homeostasis, energy metabolism plays a crucial role in the structure and function of podocytes. In this study, we will focus on the role of disturbed energy metabolism in the podocyte injury of diabetic nephropathy. Since disturbed energy metabolism, characterized by a shift from respiration to fermentation, is named the Warburg effect. In diabetic mouse model, we investigate the existence of Warburg effect and its relevance to podocyte injury and renal morphological damage. Then, we would further explore the role of mitochondrial uncoupling protein 2 (UCP2) in the modulation of Warburg effect. Meanwhile, we evaluate whether the UCP2 could be the target protein to control the disturbed energy metabolism, and the treatment of diabetic nephropathy. This study will not only be help for understanding the molecular pathogensis of diabetic podocyte injury, but also provide the theoretical basis to design the novel remedy to prevent the progression for diabetic nephropathy.

糖尿病肾病是糖尿病最常见的微血管并发症，足细胞损伤在糖尿病肾病的发病机理中起到了关键作用。以线粒体为中心的能量代谢是足细胞维持特殊结构并发挥正常生物学功能的基础，本课题从能量代谢紊乱的角度，着重探讨了糖尿病造成足细胞损伤过程中的能量代谢变化及其调控的分子机制。通过建立糖尿病小鼠动物模型，观察肾小球足细胞中线粒体功能障碍与Warburg效应、足细胞损伤和肾组织形态变化的关系；通过体外实验，确认并深入探讨高糖引起的线粒体功能障碍所继发的Warburg效应与足细胞损伤的关系，尤其着重探讨UCP2蛋白对Warburg效应的调控机制；探讨UCP2蛋白是否能够成为控制Warburg效应、进而治疗糖尿病肾病的关键靶点。本课题的研究成果不仅能够丰富人们对糖尿病肾病发病机理的认识，而且也可为设计全新的防治由糖尿病肾损害而导致进行性肾功能衰竭治疗方案提供理论基础。

随着生活方式改变和社会人口老龄化，糖尿病肾病已然成为终末期肾病的最重要病因，是二十一世纪的全球性公共卫生难题。高糖高脂可引起肾脏中各固有细胞的线粒体功能障碍，引发肾脏细胞的功能障碍、表型转化和凋亡等病理生理改变，最终发生以肾小球硬化和肾纤维化为特征的肾功能衰竭。但是，与无肾病的糖尿病相比，糖尿病肾病患者的线粒体功能损伤是否具有特异性，并能否以此为靶点，通过干预达到控制糖尿病肾病的发生发展，目前仍缺乏相关的研究。因此，本研究主要是探讨糖尿病肾病发生发展过程中线粒体功能障碍及细胞能量代谢紊乱的疾病特征，从能量代谢紊乱的角度深入了解糖尿病肾病足细胞的发病机制，为糖尿病肾病的预防和治疗寻找新的有效靶点和理论依据。.本研究通过两部分的实验内容阐明了在糖尿病肾病的进行性进展过程中，线粒体功能障碍及细胞能量代谢紊乱对于介导足细胞损伤起了重要作用：1）通过构建能稳定表达mtDNA序列的质粒建立了可用于临床广泛定量检测的技术方法，发现糖尿病患者循环中的mtDNA含量下降。我们证实，高糖引起的线粒体功能障碍会促进线粒体mtDNA的胞外释放，胞外释放的mtDNA可经肾脏滤过。尿液中滤出的mtDNA一方面可作为线粒体结构功能障碍的生物学标记物，另外一方面还可以作为DAMPs刺激肾小管上皮细胞的炎症体激活。证实mtDNA可作为评估机体线粒体功能状态、预测肾脏疾病进展的早期生物学标记物；2）肾活检组织标本及糖尿病小鼠模型中，我们均发现糖尿病肾病中Warburg 效应的存在及其与足细胞损伤密切相关。通过采用UCP2蛋白的调剂因子如siRNA、Genipin等，我们证实UCP2 蛋白参与高糖所诱导的足细胞细胞能量代谢紊乱，调控UCP2蛋白可有效改善细胞能量代谢紊乱、延缓糖尿病足细胞的损伤程度。.本项目从线粒体能量代谢的角度着重探讨糖尿病造成的足细胞损伤的机制，该研究将不仅有助于人们从代谢的水平认识糖尿病肾病的致病机制，还可能为未来设计全新的防治糖尿病肾病治疗方案提供理论基础。