《Free Radical Biology and Medicine》：CAP1 deficiency protects podocytes in diabetic kidney disease by reducing mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane formation and mitochondrial fission
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糖尿病肾病足细胞损伤中CAP1通过调控MAM介导线粒体分裂数学起关键作用。敲除CAP1减轻糖尿病小鼠足细胞损伤和蛋白尿，机制涉及高血糖诱导CAP1介导的微丝解聚，促使内质网INF2富集于MAM界面，增强CAP1与INF2相互作用，抑制MAM形成及线粒体分裂数学。
双瑶|宗大立|马慧敏|于新颖|胡婷婷|王志涵|张瑞|梁海海|乔俊东
哈尔滨医科大学第二附属医院肾脏科，中国哈尔滨150086
摘要
线粒体相关内质网膜（MAM）对线粒体稳态至关重要。过度的线粒体分裂已被认为是糖尿病肾病（DKD）中足细胞损伤的早期病理事件。环化酶相关蛋白1（CAP1）是一种与肌动蛋白结合的蛋白质，被认为可能是调节线粒体动态的潜在因子；然而，其在DKD中的作用仍不清楚。本研究揭示，DKD患者的足细胞中MAM形成增加与线粒体过度分裂有关。特异性敲低足细胞中的CAP1显著改善了糖尿病小鼠的足细胞损伤和蛋白尿，这种保护作用归因于MAM形成和线粒体分裂的抑制。机制上，高葡萄糖水平触发了CAP1诱导的肌动蛋白解聚，促使倒置formin 2（INF2）从内质网（ER）富集到MAM中。在MAM界面，CAP1与富集的INF2之间的蛋白质相互作用增强，从而加剧了线粒体分裂和功能障碍，最终导致足细胞损伤。我们的发现不仅首次证明了CAP1在DKD进展中的致病作用，还阐明了一种新的机制，即CAP1通过MAM调节线粒体分裂。
引言
糖尿病肾病（DKD）是全球慢性肾病（CKD）和终末期肾病（ESRD）的主要原因[1]。DKD的发病机制是多因素的，其中线粒体动态失调，特别是过度分裂，是其病理进展的关键因素[2]，[3]。线粒体相关内质网膜（MAM）由外线粒体膜（OMM）和内质网（ER）之间的接触点组成，已成为调节线粒体动态的关键因素[4]。尽管一些研究表明MAM功能障碍与DKD中的足细胞损伤有关[5]，[6]，[7]，[8]，但MAM在足细胞中的病理意义和调节机制仍不明确。
最近在脂质代谢研究中的进展表明，环化酶相关蛋白1（CAP1）是前蛋白转化酶subtilisin/kexin类型-9（PCSK9）的新结合伴侣，后者可诱导低密度脂蛋白受体（LDLR）的降解，因此成为脂质代谢的一个有前景的药物靶点[9]。CAP1这一名称最初是基于其与腺苷酰环化酶的相互作用而命名的[10]。然而，在随后的几十年里，研究主要集中在其作为肌动蛋白结合蛋白（ABP）的功能上[10]，包括其在神经系统发育以及多种肿瘤细胞的迁移和侵袭中的作用[11]，[12]。有趣的是，CAP1还通过与抵抗素或PCSK9的相互作用介导炎症途径[9]，[13]，突显了CAP1在分子和细胞水平上的功能多样性。然而，其在肾脏病理学中的证据仍然很少。刘等人证明，镉通过诱导肾小球系膜细胞中的CAP1二聚化来破坏肌动蛋白骨架[14]。值得注意的是，我们团队最近发现CAP1–PCSK9相互作用会加剧顺铂诱导的肾小管损伤[15]。这些发现促使我们进一步研究CAP1在肾脏疾病中的潜在作用。
尽管CAP1具有多种功能，但对其在线粒体动态中的作用了解仍然有限。有趣的是，越来越多的证据表明肌动蛋白与线粒体分裂之间存在关联[16]。肌动蛋白骨架在调节ER–线粒体接触形成中起着关键的结构和功能作用[17]，[18]。在线粒体早期分裂过程中，ER管状结构标记出线粒体收缩位点，肌动蛋白丝在此处积累并诱导线粒体预收缩[17]，[18]。多种ABP参与了这些过程[19]，[20]，[21]。此外，肌动蛋白丝直接与动力蛋白相关蛋白1（DRP1）相互作用，并将DRP1的寡聚体成熟靶向线粒体分裂位点[22]，[23]。值得注意的是，足细胞是高度分化的细胞，它们维持着肾小球滤过屏障，依赖于肌动蛋白骨架和线粒体稳态来保持足突的复杂结构[24]。CAP1通过其调节肌动蛋白的作用参与酵母和骨骼肌细胞的线粒体动态，并与抵抗素相关的MAM形成有关[25]，[26]。然而，CAP1在DKD足细胞中的线粒体分裂中的作用及其潜在机制仍不清楚。
在这项研究中，通过生成特异性敲低足细胞中的CAP1的小鼠，我们发现CAP1缺乏可减轻糖尿病小鼠的足细胞损伤和蛋白尿，同时减少MAM形成和线粒体分裂。体外实验进一步证实，高葡萄糖（HG）促进了CAP1诱导的肌动蛋白解聚，这有助于在MAM界面形成促进分裂的复合体，从而加剧线粒体碎片化。据我们所知，这是首次提出CAP1在DKD中的病理作用的证据，将肌动蛋白重塑与足细胞中异常的MAM形成和线粒体分裂联系起来。
节选
人类肾活检样本
本研究的所有样本均来自哈尔滨医科大学第二附属医院。DKD组的样本来自通过肾活检诊断为糖尿病肾病的患者。对照组样本来自因肾肿瘤接受肾切除术的健康患者，这些患者没有糖尿病或其他肾脏疾病。该研究方案已获得哈尔滨医科大学第二附属医院伦理委员会的批准
DKD足细胞中MAM形成增加与过度线粒体分裂相关，这进一步加剧了高葡萄糖引起的足细胞损伤
过度线粒体分裂已被确定为DKD发病机制的关键组成部分[37]。虽然MAM已被证明可以调节神经系统和心血管疾病中的线粒体动态[38]，但其在DKD中的作用仍不完全清楚。我们首先评估了人类肾活检样本中足细胞的MAM形成和线粒体形态。TEM和PLA实验均显示，与对照组相比，DKD组足细胞的MAM形成显著增加
讨论
有令人信服的证据表明，足细胞中过度的线粒体碎片化先于DKD的临床表现，是肾脏病理的早期生物标志物[3]，[43]。然而，调节线粒体动态的精确机制仍不完全清楚。本研究首次揭示了CAP1在DKD中的病理作用。体内和体外实验均表明，CAP1缺乏可以保护足细胞免受DKD的损伤
CRediT作者贡献声明
于新颖：验证、正式分析。马慧敏：验证、数据管理。胡婷婷：验证、正式分析。宗大立：验证、方法学、概念化。双瑶：撰写 – 原稿、可视化、验证、方法学、研究、正式分析、数据管理、概念化。张瑞：撰写 – 审稿与编辑、监督、概念化。王志涵：验证。乔俊东：撰写 – 审稿与编辑、监督、项目管理
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
资助声明
本研究得到了国家自然科学基金（编号82170756）、黑龙江省重点研发项目（编号2023ZX06C06）和黑龙江省科技创新基地奖励计划（编号JD24D006）的资助。
利益冲突声明
本文列出的所有作者均已审阅并批准了最终版本的手稿。每位作者都对本研究及其撰写做出了重要贡献，并同意将其提交给Free Radical Biology and Medicine。
该手稿是作者的原创作品，此前未发表过，也未在其他地方接受发表；如果被接受，也不会以相同的形式在其他地方发表，无论是英文还是其他语言
致谢
我们衷心感谢Elsevier的专业编辑服务，提升了我们论文的质量。
