《Biochemical Pharmacology》：Hyperglycemia-induced SIRT3 inhibition contributes to diabetic cardiomyopathy by impairing Cav-3-mediated mitophagy
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糖尿病心肌病（DCM）的病理机制涉及线粒体自噬受损，本研究发现SIRT3通过调控Cav-3影响线粒体自噬，糖尿病时SIRT3和Cav-3表达下降导致自噬缺陷，敲除Cav-3加重心肌损伤，过表达Cav-3可逆转损伤。
金振淮|季彦伟|苏瓦婷|周璐|高雷|文新宇|唐和鹏|夏中元|雷少青
武汉大学人民医院麻醉科，中国武汉
摘要
糖尿病性心肌病（DCM）是糖尿病患者的主要死亡原因之一，其发病机制与线粒体自噬功能受损有关。Sirtuin 3（SIRT3）和Caveolin-3（Cav-3）是参与线粒体自噬的保护性蛋白，尽管它们的具体作用机制尚不清楚。本研究探讨了SIRT3、Cav-3与线粒体自噬在DCM中的相互作用。我们发现，糖尿病C57BL/6小鼠的心脏结构和功能受损，同时线粒体自噬能力下降，SIRT3和Cav-3的表达也降低。Cav-3基因敲除（KO）的糖尿病小鼠心脏功能障碍和线粒体自噬损伤进一步加重，但SIRT3的表达未受影响。在培养的H9C2心肌细胞中，SIRT3和Cav-3的siRNA均加剧了高血糖（HG）诱导的心肌细胞损伤，并降低了线粒体自噬的发生率。有趣的是，SIRT3 siRNA显著降低了Cav-3的表达，而Cav-3 siRNA则没有这种效果。此外，Cav-3过表达能够修复HG诱导的心肌细胞损伤和线粒体自噬损伤，且不影响SIRT3的表达。总体而言，我们的研究结果表明，高血糖通过抑制Cav-3介导的线粒体自噬促进了DCM的发展。
引言
糖尿病是一种常见的慢性代谢性疾病，2021年全球患者人数达到5.37亿，预计到2045年这一数字将上升至7.83亿[1]。在各种并发症中，糖尿病性心肌病（DCM）显著影响了患者的生活质量[2][3]。DCM被定义为一种独立于冠状动脉疾病、高血压和瓣膜性心脏病的糖尿病特异性心肌病[2]。其病理生理机制复杂且尚未完全明了。最新研究表明，线粒体自噬这种特殊的自噬过程在DCM的发展中起着关键作用[4][5][6]。线粒体自噬主要通过两条途径被激活：一条是依赖于泛素化的途径，涉及PTEN诱导的假性激酶1（PINK1）和Parkin RBR E3泛素-蛋白连接酶（Parkin）等蛋白；另一条是受体依赖的途径，涉及BCL2/腺病毒E1B 19-kDa蛋白相互作用蛋白-3（BNIP3）和FUNDC1等蛋白[7][8]。在糖尿病状态下，高血糖会抑制线粒体自噬，导致线粒体功能障碍[9][10]。值得注意的是，高血糖影响线粒体自噬的具体机制仍不明确。
Sirtuin 3（SIRT3）是一种主要存在于线粒体中的去乙酰化酶[11]，其主要功能包括调节线粒体能量代谢、抗氧化作用以及调控细胞凋亡[12]。研究表明，SIRT3通过调控炎症、氧化应激、坏死性凋亡和代谢等多种机制在DCM中发挥作用[13][14][15]。最近的研究强调了SIRT3与线粒体的密切关联，特别是在线粒体自噬方面。在糖尿病背景下，高血糖引起的SIRT3抑制会通过下调PINK1/Parkin介导的线粒体自噬来促进DCM的发展，而恢复SIRT3的表达可以通过增强线粒体自噬水平来改善线粒体功能障碍并减轻高血糖引起的心肌损伤[16][17][18]。然而，SIRT3如何影响DCM中的线粒体自噬的机制仍需进一步阐明。
Caveolin（Cav）是一种维持洞穴结构（caveolae）的标记蛋白，不仅表达在质膜上，也大量存在于线粒体膜上[19]。相关研究表明，SIRT6与Cav-1相互作用，并调节糖尿病患者血管壁单层中的Cav-1乙酰化水平[20]。此外，有研究报道SIRT1在急性肺损伤中可增加Cav-1的表达[21]。目前尚不清楚SIRT3是否调节心肌细胞中的Cav-3表达或功能，以及Cav-3是否在糖尿病状态下作为SIRT3介导线粒体自噬的关键下游效应因子。虽然SIRT1和SIRT6在非心脏组织中与Cav-1有关联，但心脏中的SIRT3–Cav-3信号通路尚未被研究。我们假设高血糖引起的SIRT3缺乏会导致Cav-3下调，从而损害线粒体自噬并促进DCM的发展。我们的研究首次证明Cav-3受SIRT3调控，恢复Cav-3可以挽救SIRT3缺乏引起的心线粒体损伤。这些研究揭示了一条新的SIRT3–Cav-3–线粒体自噬通路，为不同于传统SIRT3激活途径的治疗提供了潜在靶点。
动物实验与伦理声明
本研究获得了武汉大学动物护理和使用委员会（IACUC批准号20230805C）的批准。雄性C57BL/6小鼠和Cav-3基因敲除（KO）小鼠（C57BL/6背景）由Cyagen Biosciences（美国）提供。Cav-3基因敲除（Cav-3 KO）小鼠（C57BL/6背景）也由Cyagen Biosciences（美国）构建。所有动物均在武汉大学人民医院动物实验中心的标准屏障环境中饲养（温度21-24°C，湿度50–60%，12小时光照）。
糖尿病抑制心肌中SIRT3和Cav-3的表达，同时降低自噬水平
首先，我们评估了糖尿病状态下SIRT3和Cav-3的表达变化以及自噬状态。在STZ诱导12周后（动物实验流程见图1A），小鼠表现出血糖升高和体重下降（表1）。超声心动图显示糖尿病小鼠的心肌功能障碍，表现为左心室射血分数（LVEF）、左心室后壁厚度（LVPWDs）和左心室后壁直径（LVPWDd）降低，而左心室容积（LVIDs）和左心室后壁直径（LVIDd）增加（图1B-C）。组织病理学检查显示心肌结构受损（图1D）。
讨论
本研究证实，糖尿病抑制心肌中SIRT3和Cav-3的表达，同时降低线粒体自噬水平。高血糖引起的SIRT3抑制进一步损害了Cav-3介导的线粒体自噬和心肌功能。提高Cav-3的表达可以增强线粒体自噬，减轻SIRT3缺乏引起的心肌细胞损伤。据我们所知，这是首次揭示DCM中SIRT3、Cav-3和线粒体自噬之间相互作用的研究。
线粒体...
作者贡献声明
金振淮：撰写初稿、数据可视化、结果验证。季彦伟：数据可视化、结果验证。苏瓦婷：结果验证、资源提供。周璐：实验设计。高雷：实验实施。文新宇：数据整理。唐和鹏：数据整理。夏中元：研究监督。雷少青：撰写、审稿与编辑、研究监督、资金争取。
资助
本研究得到了中央高校基本科研业务费（项目编号2042023kf0033）的支持。
伦理审批与参与同意。
本研究中所有操作均符合机构和/或国家研究委员会的伦理标准。
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
