新技术-if6+二区:首都医科大采用这种蛋白质组学揭示芍药苷改善线粒体功能治疗糖尿病机制

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文章简介

中文题目：4D蛋白质组学揭示芍药苷上调雪旺细胞线粒体硫氧还蛋白改善糖尿病周围神经病变

英文题目：Paeoniflorin Upregulates Mitochondrial Thioredoxin of Schwann Cellsto Improve Diabetic Peripheral Neuropathy Indicated by 4D Label-Free Quantitative Proteomics

发表时间：2022

发表期刊：Oxidative Medicine and Cellular Longevity

影响因子：6.5434

样品来源：细胞线粒体

研究手段：4D-labelfree蛋白质组学

研究背景

根据国际糖尿病联盟2021年的预测，糖尿病是对个人、家庭和社会健康和福祉的重大全球性挑战。超过50%的糖尿病患者会发展成DPN。DPN可导致神经性疼痛和足部溃疡，也是腿部截肢的主要原因。DPN严重降低了患者的生活质量，增加了糖尿病的死亡率。PF（芍药苷）能改善SCs的线粒体功能，提示它可能是干预脱髓鞘的重要物质。然而，PF调节线粒体功能的靶点尚未完全清楚。PF能否通过改善线粒体功能来干预DPN，是一个亟待解决的科学问题。基于以前的研究，作者进行了4D无标记蛋白质组学研究。

技术路线

研究结果

1.蛋白质组学分析显示芍药苷在高糖环境中上调SC线粒体Trx2

收集RSC96细胞线粒体的蛋白质提取物用于4D-Labelfree蛋白质组学分析。发现总共有177个DEPs(HG_PF/HG)，包括152个上调蛋白和25个下调蛋白。其中，有16个上调蛋白和2个下调蛋白亚细胞位于线粒体中，这些蛋白质参与TCA循环、糖酵解、氨基酸代谢、线粒体膜完整性、线粒体蛋白质合成、蛋白质线粒体输入和折叠以及氧化应激。Trx2在线粒体中显著上调，GO注释Trx2与细胞刺激，结合和催化活性。通过GO分类中“线粒体”和MitoCarta3.0数据库，作者鉴定了1072种线粒体蛋白。基于质谱(MS)的方法的高灵敏度导致了对细胞器制剂的甚至是微小污染的识别，因此，众多的已识别蛋白质列表包含真实的线粒体蛋白质、松散附着的蛋白质和污染物的混合物。最近的研究表明，破坏线粒体硫醇氧化还原稳态导致Nrf2活化。线粒体Trx系统是线粒体硫醇氧化还原系统之一。上述分析表明PF可能通过上调Trx2来增加Nrf2的活性。

图1蛋白质组学分析

表1线粒体蛋白定位以及线粒体相互作用蛋白

2.芍药苷通过上调Trx2增强SCs线粒体功能

Trx2发挥抗氧化应激并维持线粒体功能，这依赖于小泛素相关修饰物(SUMO)酰化的线粒体加工肽酶(MPP),包括MPPα，也称为Pmpca，来调节其在线粒体中的蛋白质加工。细胞质中未加工的Trx2(约23kDa)在N-末端指导序列线粒体靶向信号肽(MTS)的作用下，通过线粒体外膜转座酶复合体和线粒体内膜转座酶复合体转运到线粒体基质中，然而，Trx2前体蛋白(preTrx2，18kDa)仅在SUMO酰化Pmpca与Trx2的SUMO相互作用基序(SIMs)结合并切割MTS中的N-末端前序列以形成成熟Trx2(成熟Trx2，12kDa)时才起作用。作者首先检查了PF是否对Trx2的线粒体蛋白进行加工。结果显示PF增加了高糖环境下SCs中成熟Trx2的表达，与增加Pmpca和Sumo1的表达一致，因此PF增加了线粒体中Trx2的蛋白加工。为了确定PF是否增加线粒体Trx系统，作者进一步评估了TrxR2和Prx3的水平。数据显示PF增加了TrxR2和Prx3的蛋白表达。线粒体通过氧化磷酸化(OXPHOS)参与ATP的产生。结果显示PF在高葡萄糖环境下增加了OXPHOS。PF通过上调Trx2增强线粒体功能，这是由于Trx2的线粒体蛋白加工、直接抗氧化应激和Trx2的线粒体相互作用组增加。

图2 PF通过上调Trx2增强SCs线粒体功能

3.TGP改善DPN大鼠的神经功能与上调Trx2有关

Trx2在抗氧化应激和维持线粒体功能中起重要作用。已经证实Trx2可以为糖尿病和并发症如糖尿病性心脏病和糖尿病性视网膜病提供保护。Trx2能否保护DPN尚未见报道。许旺细胞(SCs)是周围神经系统中最丰富的细胞，属于髓鞘形成细胞。脊髓干细胞线粒体功能障碍导致脱髓鞘，这是DPN的主要发病机制之一。下一步，作者用TGP来干预DPN鼠用于研究PF是否能改善DPN。结果显示TGP增加了DPN大鼠的髓鞘，提示TGP可以改善SCs的线粒体功能障碍，从而减轻脱髓鞘。进一步检查了由机械痛阈、热痛阈、运动神经传导速度(MNCV)和感觉神经所代表的神经功能，传导速度(SNCV)。数据显示，TGP增加了机械痛阈、MNCV和SNCV，同时降低了热痛阈，从而改善了DPN大鼠的外周神经功能。结果表明TGP可以通过上调Trx2为DPN提供保护。

图3 白芍总苷改善DPN大鼠神经功能与Trx上调有关

研究结论

目前的研究表明PF通过增加其线粒体蛋白加工上调Trx2。增强线粒体Trx2改善高糖环境下SCs的线粒体功能。这可能是PF干预DPN的机制之一。此外，Trx2具有成为DPN临床治疗中有用的分子靶点的潜力。实验的不足之处是缺乏对DPN中Trx2的线粒体相互作用体的研究，这将是后续研究的目标。

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