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中科项目文章| 乙酰化组+代谢组联合揭示脓毒症所致心肌功能障碍治疗新靶点

2020-12-03
中科新生命
2125

脓毒症诱发的心肌功能障碍(SIMD)是脓毒症休克心血管衰竭的重要组成部分,导致脓毒症患者死亡率高、预后差。Sirtuins家族蛋白在脓毒症研究中得到广泛关注,但是SIRT3(Sirtuins家族蛋白之一)与SIMD的关系还不清楚。


近期,浙江大学王毅教授和张召才教授在《Pharmacological Research》(IF=6.1)合作发表"Sirt3 is a novel target to treat sepsis induced myocardial dysfunction by acetylated modulation of critical enzymes within cardiac tricarboxylic acid cycle"的研究文章,通过定量乙酰化蛋白质组学和心脏代谢组学联合分析,发现SIRT3的缺失导致心脏三羧酸(TCA)循环中关键酶的超乙酰化,产生乳酸和NADH,从而促进脓毒症后的心功能不全。本研究证明了SIRT3对SIMD的保护作用,这为维持脓毒症后的正常心功能提供一种潜在的治疗途径。中科新生命提供了乙酰化蛋白组学和能量代谢靶向分析服务。

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研究材料:

WT小鼠(野生型), Sirt3-/-小鼠(Sirt缺陷),WT LPS小鼠(LPS诱导脓毒症小鼠),KO LPS小鼠(LPS诱导脓毒症Sirt缺陷小鼠)

技术方法: 

乙酰化蛋白组学+能量代谢靶向分析

实验路线图:

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研究结果

1、脓毒症引发心脏功能异常与Sirt3基因表达有关

研究者通过LPS注射诱发脓毒症小鼠模型,利用Western Blot和qPCR分析心脏中Sirtuins家族蛋白,发现只有Sirt3蛋白表达降低。通过对GEO数据库中的临床数据分析发现脓毒症性心肌病患者心脏Sirt3 mRNA水平下调。研究者进一步构建了Sirt3敲除小鼠,再通过LPS注射诱导脓毒症,通过与对照组比较发现Sirt3缺乏会严重影响脓毒症后的心脏功能(心脏功能失常,心肌细胞排列紊乱,线粒体变异等)。

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脓毒症会抑制心脏中Sirt3基因表达,Sirt3缺乏会影响脓毒症后的心脏功能


2、乙酰化蛋白组学挖掘Sirt3影响SIMD的调控机理

为了挖掘深层的分子机制,研究者对小鼠脓毒症小鼠的心脏进行乙酰化蛋白组学分析。脓毒症可导致WT小鼠的17个蛋白质赖氨酸乙酰化发生改变,而脓毒症Sirt3-/-小鼠有126个蛋白乙酰化发生变化。与WT小鼠相比, Sirt3-/-小鼠脓毒症诱发前后,乙酰化上调蛋白更多,变化倍数也更大。通过对差异修饰蛋白的功能分析发现在脓毒症小鼠心脏中,丙酮酸代谢和TCA循环这两个代谢途径显著丰富。与脓毒症WT小鼠相比,脓毒症Sirt3-/-小鼠的心脏中的TCA循环变化更加显著。

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乙酰化蛋白组学挖掘Sirt3影响SIMD的调控机理


3、能量代谢靶向分析验证乙酰化组学结果

为了进一步确证Sirt3在SIMD发生中的调控机理,研究者对心脏能量代谢物进行了检测。与正常WT小鼠相比,注入LPS的WT小鼠的心脏组织中含有大量的G6P,G6F,丙酮酸,琥珀酸(P = 0.05)和草酰乙酸。然而,这两组之间的乳酸,NAD和NADH的丰度相似,表明脓毒症可以增强心肌糖酵解途径,补偿心脏能量生成的损害。而Sirt3缺失小鼠心脏糖酵解途径和TCA循环的代谢产物未发生变化,而乳酸和NADH的产生显著增加,表明Sirt3缺乏症可导致心脏严重缺氧。

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心脏能量代谢物检测验证Sirt3调控机理


4、大黄素可以通过调控Sirt3的表达来治疗SIMD

大黄素在脓毒症中的保护作用已有报道,为了确定其对SIMD是否也有治疗作用,研究者向脓毒症小鼠注射大黄素。结果发现WT小鼠中Sirt表达量上调,心脏功能保留;但对Sirt3-/-小鼠不起作用。

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大黄素可以通过调控Sirt3的表达来治疗SIMD


小编总结

本研究从疾病模型构建出发,首先证实Sirt蛋白与SIMD疾病的相关性。后续通过乙酰化蛋白组学检测挖掘Sirt3影响SIMD的可能机制,进一步通过代谢层面(能量代谢靶向分析)结果确证乙酰化组学的推测。乙酰化蛋白组学与能量代谢组学的联合分析是本文一大亮点,打通了表型与机制的通道,通过两个层面数据的相互验证大大增强了文章推测的可信度。

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