文摘

心肌纤维化是主要的病理改变与糖尿病心肌病和心脏衰竭,这导致减少心肌符合心脏舒张和收缩功能受损。各药用植物活性成分槲皮素,发挥对心血管疾病治疗的效果。在这里,我们调查是否SIRT5——IDH2-related desuccinylation参与心力衰竭心肌纤维化的底层机制,探索线粒体质量监督的相关治疗药物。心肌纤维化和心脏衰竭的小鼠模型,建立了横向主缢痕(TAC),管理着槲皮素(50毫克/公斤)每天4周。HL-1细胞用槲皮素预处理和处理高葡萄糖(30毫米)在体外。心脏功能、免疫印迹、定量PCR酶联免疫吸附试验,和免疫荧光分析是用来分析线粒体质量监督,氧化应激,炎症反应在心肌细胞,而IDH2 succinylation水平检测使用免疫沉淀反应。TAC后心肌纤维化和心脏衰竭的发病率增加,心脏射血功能异常。high-glucose治疗后,HL-1细胞活性被抑制,导致生产过剩的活性氧和线粒体呼吸抑制复杂的I / III活动和线粒体抗氧化剂酶活性,以及增加氧化应激和炎症反应,线粒体质量监测和体内平衡,不平衡,增加了细胞凋亡。槲皮素抑制心肌纤维化和改善心脏功能,增加线粒体能量代谢和调节线粒体融合/裂变和线粒体生物合成而抑制炎症反应和氧化应激损伤。此外,TAC抑制SIRT5表达式在线粒体水平和增加IDH2 succinylation。然而,槲皮素促进了desuccinylation IDH2通过增加SIRT5表达式。此外,治疗si-SIRT5废除了槲皮素的保护作用细胞的可行性。因此,通过SIRT5槲皮素可能促进IDH2 desuccinylation,维持线粒体内稳态,保护老鼠心肌细胞在炎症条件下,和改善心肌纤维化,从而减少心力衰竭的发病率。

1。介绍

心力衰竭是一个条件,导致心室充盈性或射血功能受损由于各种有机或功能性心脏病,和它所代表的结束阶段各种心血管疾病,特别是与糖尿病心肌病。因此,心脏衰竭被称为“糖尿病心血管疾病的最后战场”在临床实践1]。在过去的几十年里,大多数研究都集中在维护糖尿病心肌损伤,心脏血流动力学,胰岛系统和监管。糖尿病患者的心力衰竭已被证明发生明显早于在没有冠心病的患者,高血压或糖尿病。心肌纤维化是脆弱的因素如氧化应激、炎症反应,线粒体能量代谢障碍,和细胞老化2]。随着心室重构的主要原因3),心肌纤维化可以促进减少心肌遵从性和心脏收缩和舒张功能受损。最终,长期体积或压力过载会导致心脏衰竭。因此,从糖尿病心肌病心力衰竭进程是伴随着严重的心肌纤维化或心脏肥大(4,5]。因此,改善心肌纤维化已被证明延迟心脏衰竭和改善心脏功能,已成为一个新的方法治疗糖尿病心肌病,心脏衰竭(6]。

线粒体,细胞的能量代谢中心,通过氧化磷酸化产生能量以满足心脏的高能源需求(7,8]。许多重要的生理活动发生在心脏,如心肌收缩和维持细胞内稳态,需要ATP (9- - - - - -11]。线粒体有自己的质量管理体系维护和恢复结构和能量代谢通过调节线粒体分裂、融合、生物起源,mitophagy [12,13]。这种监测系统可以保护线粒体和心肌细胞不受压力刺激(8,13]。此外,因为糖尿病心肌病心肌损害可能与线粒体功能障碍引起的线粒体质量监督的不平衡。

因此,正常心脏生理功能需要完整和完全功能的线粒体。事实上,过度生产的线粒体活性氧(ROS)或损坏心肌抗氧化系统与心室肥大和细胞壁,从而导致心肌纤维化和心脏衰竭。研究显示,心肌线粒体的形态和结构异常在糖尿病患者复杂心脏衰竭和糖尿病心肌病。此外,线粒体膜损伤和结构异常已报告在心力衰竭犬模型。线粒体膜电位下降,异常线粒体渗透性转换孔注射(mPTP药物)开放,ATP合成减少,和过多的活性氧产量也被检测到14,15]。因此,进行线粒体质量监测针对线粒体质量和内稳态可能有助于抑制氧化应激和炎症反应,从而提高纤维化(16]。氧化应激和炎症反应是重要的因素,诱导心肌纤维化,常常共存同一病变部位在各种心血管疾病(16,17]。各种心血管并发症或代谢心肌病发生时伴有急性或慢性心肌损伤,免疫系统被激活,释放大量炎症因子诱导氧化应激损伤,激活心肌成纤维细胞,并导致胶原代谢异常,心肌细胞坏死和组织变性,从而最终导致心肌纤维化和心脏衰竭(18,19]。

Sirtuin蛋白5 (SIRT5)广泛分布在细胞核、细胞质和线粒体。尽管SIRT5展品脱乙酰酶的活动,它可以调节赖氨酸succinylation [20.]。通过其氨基端过氧物酶体定位信号PTS2, SIRT5可以输入减少细胞内过氧化物酶体H₂O₂生产,从而扮演主要角色在细胞氧化。此外,据报道SIRT5促进desuccinylation作为急性心肌梗塞的保护机制(21- - - - - -23]。具体来说,急性心肌缺血和缺氧可能通过PGC-1上调SIRT5的表达α/ PPAR -γ通路,导致后续desuccinylation关键蛋白质参与心肌细胞能量代谢,从而发挥对这些细胞的保护作用[24]。SIRT5主要发生在线粒体的转译后的修改。也发生在线粒体内,辅酶ii⁺端依赖异柠檬酸脱氢酶2 (IDH2)会影响正常运行的谷胱甘肽,谷胱甘肽-)相关的线粒体的抗氧化系统,包括活动的谷胱甘肽过氧化物酶(GPX) (25]。此外,IDH2提供NADPH谷胱甘肽还原酶和硫氧还蛋白还原酶,从而引发监管效应保护线粒体免受氧化应激(26]。然而,很少有研究评估的规定SIRT5和IDH2 succinylation心脏衰竭。

槲皮素是一种黄酮,是自然界中广泛存在。药理研究报道,槲皮素可以延迟血管内皮功能损伤和心脏终端损伤(27]。槲皮素也有监管作用,心肌纤维化的预防28),可以进一步调节胰岛功能。此外,我们之前发现槲皮素可以调节通过SIRT1 / TMBIM6 mitophagy和内质网应激,提高线粒体能量代谢,保护人类心脏细胞(27]。然而,监管机制槲皮素的影响在SIRT5 succinylation及其对心肌细胞的保护作用尚不清楚。因此,我们假设succinylation受SIRT5影响细胞的代谢增长通过线粒体质量监测和线粒体内稳态。我们发现SIRT5 succinylation删除可能会导致增加,进而影响心肌细胞活动和心肌纤维化。

2。材料和方法

2.1。动物和药物治疗

所有试验程序进行符合国家卫生研究院指导实验室动物保健和使用的,山东中医药大学机构批准的动物保健和使用委员会。短暂,30岁男性野生型C57BL / 6 j小鼠(8-week-old)获得山东大学实验动物中心的中国传统医学和随机分为三组:(1)虚假的操作,(2)横向主缢痕(TAC),和(3)TAC +槲皮素。TAC +槲皮素组腹腔注射与每天50毫克/公斤槲皮素(上海原液生物技术有限公司、上海、中国)为15天。虚假的TAC小鼠管理和相应的腹腔内注射生理盐水。

2.2。动物模型的建立

建立了充血性心力衰竭模型使用TAC (29日]。简而言之,戊巴比妥的老鼠被静脉注射麻醉(50毫克/公斤;Sigma-Aldrich,圣路易斯,密苏里州,美国),和一个呼吸机连接后开胸。主动脉结扎与一个8 - 0丝线右动脉和左颈总动脉和减少到25 - 30%的原始横截面积27 G针。

2.3。细胞培养

HL-1细胞提供的是山东中医药大学实验中心。Claycomb中的细胞培养介质含10%胎牛血清,青霉素和链霉素100 U /毫升、谷酰胺0.1毫米去甲肾上腺素,2毫米。细胞培养在37°C和5%的股份有限公司₂(30.]。葡萄糖从Sigma-Aldrich购买。从上海得到槲皮素原液生物科技公司。这些细胞被随机分为四组:实验(1)控制,(2)高葡萄糖(HG), (3) HG +槲皮素,(4)HG +槲皮素+ si-SIRT5。HL-1细胞治疗高葡萄糖(30更易/ L)和槲皮素(150 mg / L)。小核RNA)转染,Lipofectamine RNAiMAX(美国表达载体,卡尔斯巴德,CA)被用来使转染50 nM siRNA进入HL-1细胞治疗前24小时。siRNAs都来自Jikai生物学(上海,中国)。

2.4。流式细胞术

分析细胞凋亡水平,HL-1细胞resuspended在磷酸盐(美国纽约Gibco,大岛),和70%乙醇固定24小时,洗净,然后放入50μg / mL propidium碘化解决方案。30分钟后,细胞resuspended,进行流式细胞术检测细胞凋亡如前所述。

2.5。细胞生存能力分析

HL-1细胞的生存能力是评估使用MTT试验。细胞被播种到12-well板的密度50000细胞/。22 h后,细胞补充新鲜的生长介质和孵化24 h后,MTT比色细胞生存能力分析(31日]。

2.6。酶联免疫吸附试验

酶联免疫吸附试验(ELISA)工具包用于定量分析抗氧化酶的活性和炎性因子在小鼠心肌组织匀浆和HL-1细胞。简而言之,心肌组织匀浆和HL-1收集细胞悬浊液。

2.7。耗氧速率

HL-1细胞的耗氧率在不同的组测量使用海马XF细胞线粒体压力测试套件(美国安捷伦科技,圣克拉拉,CA),而细胞外的酸化速率测定海马XF糖酵解速率试验设备(安捷伦科技)。化验都是按照制造商的指示执行。

2.8。实时定量聚合酶链反应

使用试剂盒试剂提取总RNA, RNA完整性被琼脂糖凝胶电泳分析。合成第一链cDNA使用iScript™互补脱氧核糖核酸合成装备(1μL总RNA的;美国Bio-Rad大力神,CA)总量的20μl . CFX96 rt - pcr系统(Bio-Rad)是用于分析水平的cDNA使用两次 特定的引物。在每个实验中,不断稀释混合cDNA被用来评价PCR分析的效率。基因表达是量化相对于几何平均数的管家基因表达放大相同的样本研究基因和基因表达决心使用方法(32]。

2.9。统计分析

数据表示为 。单向方差分析是用于验证多个组之间的差异,以及Student-Newman-Keuls事后测试执行。双尾 - - - - - -测试是用来比较两组。使用SPSS 22.0统计分析软件SPSS, Inc .,芝加哥,美国)。统计学意义是 。

3所示。结果

3.1。TAC后槲皮素减轻心肌肥厚和心脏功能障碍

雄性C57BL / 6 j小鼠被随机分为三组(控制、TAC操作和TAC操作+槲皮素)。槲皮素是实施TAC +槲皮素组(50毫克/公斤,每12小时)。7周后TAC,大约20%的老鼠在TAC模型组和10%的槲皮素治疗组死亡。虚假的操作组相比,心脏功能TAC组显著恶化后3周(数字1(一)- - - - - -1(我))。然而,在使用槲皮素处理过的小鼠心脏功能改善小鼠相比不是槲皮素处理(数据1(一)- - - - - -1(我))。

然后我们评估后在TAC小鼠心肌肥厚TAC +槲皮素治疗用苏木精和伊红,编剧和TUNEL染色后8周TAC(数字1 (j)- - - - - -1(米))。与在虚假的操作组相比,心脏肥大和心肌细胞肥大的程度或死亡在TAC小鼠显著增加(数据1 (j)- - - - - -1(米));然而,这种效应显著降低槲皮素治疗后的数字1 (j)- - - - - -1(米))。

3.2。槲皮素变弱TAC后心肌纤维化和炎症水平

我们发现胶原酶水平在不同组的心肌免疫组织化学。心肌胶原酶I / III级的TAC后模型组显著增加(数据2 (h)- - - - - -2 (j));这种效应被槲皮素逆转(数字2 (h)- - - - - -2 (j))。我们也评估了不同组的心肌纤维化程度马森染色。模型组心肌纤维化的程度是TAC后显著增加;槲皮素治疗逆转这一现象和保护心肌组织(数字2(一个)和2 (b))。

心肌纤维化是一个复杂的病理过程主要是由于长期压力过载和炎性反应。许多促炎的因素,如TGF -β肿瘤坏死因子-αIL-13,地震,基质金属蛋白酶,可以参与心肌纤维化。因此,我们发现了大量的选择促炎因子(TNF -α、IL-13和地震)ELISA,转录水平的TGF -β和MMP-9被rt - pcr检测。肿瘤坏死因子的表达水平αIL-13,地震和mRNA水平的TGF -β和MMP-9模型组高于对照组(数字2 (c)- - - - - -2 (g))。槲皮素逆转这一现象和抑制炎症(数据2 (c)- - - - - -2 (g))。来验证是否槲皮素的治疗机制与SIRT5 IDH2,我们检测到的mRNA和蛋白表达SIRT5 IDH2。mRNA和蛋白表达水平显著地抑制在TAC(数字2(米)- - - - - -2 (p))。槲皮素逆转这些影响,这表明槲皮素目标SIRT5 IDH2防止心肌纤维化和心脏衰竭(数字2(米)- - - - - -2 (p))。

进一步验证了槲皮素的保护机制在心肌纤维化或TAC后心肌损伤,我们调查了ROS生产在心肌组织,发现TAC(数据后显著增加2 (k)和2(左)),而槲皮素抑制ROS生产过剩(数字2 (k)和2(左))。这些发现表明,槲皮素的保护作用对心肌纤维化或心肌损伤与氧化还原内稳态的调节。

3.3。槲皮素可以减少High-Glucose-Induced HL-1炎症损伤通过调节氧化应激

上述实验结果初步表明,槲皮素可以改善心脏功能和抑制TAC后小鼠的心肌纤维化的程度。其保护作用可能与SIRT5和抗炎因子的调节;然而,这些事件发生时是否通过直接的调控机制仍不清楚。在high-glucose条件下研究槲皮素的调控机制,我们通过高葡萄糖诱导HL-1细胞损伤,与槲皮素治疗这些细胞,撞倒了SIRT5核。细胞活性检测使用MTT和CCK-8化验,细胞凋亡水平使用流式细胞仪检测,和超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽,TrxR,丙二醛(MDA)活动是使用ELISA检测。我们使用CCK-8分析不同葡萄糖浓度下HL-1细胞的可行性。如图3 (j)、细胞生存能力high-glucose 30 mM的浓度显著降低。MTT和流式细胞术显示,high-glucose条件抑制细胞活性,增加细胞凋亡和ROS生产,加速细胞死亡(数字3(一个)- - - - - -3 (e))。与对照组相比,high-glucose刺激增加MDA活性和抑制抗氧化酶的活性,如SOD、谷胱甘肽和TrxR(数字3 (f)- - - - - -3(我))。

槲皮素抑制MDA的活动,增加SOD的活性,谷胱甘肽和TrxR(数字3 (f)- - - - - -3(我)),抑制细胞凋亡,ROS生产(数字3(一个)- - - - - -3 (e)(图)和改进的细胞活动3 (c))。然而,si-SIRT5 +槲皮素治疗进一步加强MDA的活动,增加细胞凋亡和活性氧的生产水平,抑制细胞活动(数据3(一个)- - - - - -3(我))。总的来说,这些结果表明,槲皮素调节失衡的氧化还原状态由高葡萄糖和保护HL-1刺激心肌细胞。这种监管效应可能SIRT5直接相关。

3.4。槲皮素可以减少High-Glucose-Induced HL-1炎症损伤通过促进SIRT5-Related Desuccinylation修改

氧化应激直接影响心肌细胞的结构和功能,可以直接激活与心肌纤维化相关的信号分子,如基质金属蛋白酶,导致肥厚和心肌细胞凋亡,这是与过多的活性氧的生产,伴有炎症反应。生产过剩的活性氧会损害线粒体形成大分子在或接近他们的网站。线粒体结构性破坏和功能性心力衰竭崩溃有关增加活性氧的水平,主要表现为线粒体脂质过氧化增加,线粒体呼吸酶活性降低复合物,III, IV。然而,在线粒体能量代谢是由succinylation规定。以前的实验结果证实疗效的槲皮素对心肌纤维化和心脏衰竭SIRT1有关。

在最近的研究中,分析的mRNA水平SIRT5和IDH2 high-glucose-stimulated HL-1细胞和免疫沉淀反应表明IDH2 HL-1细胞中表达显著抑制high-glucose刺激后,而succinylation IDH2水平显著增加(数据4(一)- - - - - -4 (d))。此外,槲皮素干预后,信使rna的表达SIRT5 IDH2和水平IDH2 desuccinylation增加(数据4(一)- - - - - -4 (d))。进一步验证的效果SIRT5-mediated succinylation线粒体呼吸链,我们评估了线粒体呼吸情结,III, IV。high-glucose刺激后,这些复合物的含量降低;然而,槲皮素逆转这一现象(数字4 (e)- - - - - -4 (g))。

监管槲皮素对线粒体呼吸的影响复杂,IDH2 succinylation si-SIRT5治疗(数据后也被抑制4(一)- - - - - -4 (g))。因此,SIRT5-mediated desuccinylation IDH2可能是一个重要的调节机制心肌纤维化和心脏衰竭。此外,槲皮素可以改善炎症反应和氧化应激损伤通过SIRT5-mediated desuccinylation IDH2;然而,线粒体内稳态的调节机制需要进一步分析。

3.5。槲皮素可以减少High-Glucose-Induced HL-1炎症调节线粒体能量代谢和NLRP3伤

线粒体能量代谢是由succinylation规定。然而,心力衰竭或心肌纤维化引起的各种因素涉及到一个重要的氧化应激和线粒体能量代谢障碍的病理机制的炎症状态。因此,我们验证了监管槲皮素对线粒体能量代谢和体内平衡的影响。免疫荧光分析表明,NLRP3高度表达high-glucose刺激后,由槲皮素逆转(数字5 (f)和5 (g))。此外,si-SIRT5治疗消除NLRP3槲皮素(数据的监管效果5 (f)和5 (g))。

调节线粒体稳态NLRP3激活密切相关。事实上,NF -κB可以限制激活NLRP3通过消除受损的线粒体(33,34]。我们发现通过调节NLRP3槲皮素影响线粒体内稳态。High-glucose-stimulated HL-1细胞表现出严重的线粒体能量代谢障碍。ATP水平,基底呼吸、最大呼吸,呼吸储备线粒体明显减少。此外,注射的mPTP药物打开异常增加(数据5(一个)- - - - - -5 (e))。槲皮素逆转这些影响和恢复注射线粒体能量代谢和mPTP药物关闭(数字5(一个)- - - - - -5 (e))。然而,si-SIRT5治疗逆转槲皮素注射线粒体能量代谢和mPTP药物引起的监管(数字5(一个)- - - - - -5 (e))。因此,过量的活性氧的生产伴随着炎症和氧化应激会导致线粒体氧化应激损伤,和NLRP3可以与线粒体能量代谢。线粒体可能是炎症的“特洛伊木马”,这与先前的研究结果是一致的(35]。

3.6。槲皮素可以减少High-Glucose-Induced HL-1炎症损伤通过调节线粒体质量监督

线粒体可以改变它们的形状和大小通过质量监督机制和产生新的线粒体生物合成;因此,线粒体池是补充能量代谢,细胞在各种条件下满足需求。线粒体质量监督是cytoprotective监管在心力衰竭和心肌纤维化的关键(36]。探讨槲皮素在线粒体质量监督的监管机制,我们评估的mRNA水平Drp1/Fis1和Mfn1/进行Mfn2经过24小时的high-glucose刺激。调节基因表达分析显示high-glucose刺激Drp1和Fis1和表达下调Mfn1和进行Mfn2在线粒体(数据6(一)- - - - - -6 (d));此外,槲皮素逆转这些影响(数据6(一)- - - - - -6 (d))。我们也评估线粒体生物起源。qPCR分析结果表明,high-glucose刺激后的表达Tfam和PGC1α严重降低。反过来,槲皮素的含量增加Tfam和PGC1α和增强线粒体生物起源(数字6 (e)和6 (f))。值得注意的是,线粒体分裂是si-SIRT5治疗后显著增加,而线粒体生物合成是减少(数据6 (e)和6 (f))。因此,槲皮素调节线粒体质量监督的能力可能SIRT5密切相关。

结果表明,槲皮素的保护作用HL-1细胞线粒体的监管质量监督密切相关。槲皮素可能促进IDH2 desuccinylation通过SIRT5,从而维持线粒体呼吸链的功能和线粒体内稳态,随后提高细胞活性。

4所示。讨论

与心力衰竭和心肌纤维化密切相关的特征是细胞外基质代谢特异表达和胶原蛋白成分比例。它是由氧化应激损伤和炎症引起的心力衰竭(37]。氧化应激和炎症细胞因子可以引起线粒体内稳态失调,影响相关蛋白质的转译后的修改,引起心肌细胞的收缩功能受损,引起心肌细胞纤维化,导致心脏衰竭(38]。因此,更好地了解有关线粒体功能的作用和蛋白质翻译后修饰在心肌纤维化损伤将提供洞察心肌重塑从线粒体质量监测和氧化应激的角度,同时也为改善预后提供新的策略和治疗心力衰竭。具体来说,迫切需要对线粒体靶向药物质量监督(39]。在这项研究中,我们发现,在小鼠心肌心肌纤维化的程度和心肌细胞增加手术后,而心脏射血功能下降。此外,槲皮素可以调节心肌细胞线粒体内稳态应力损伤后,抑制氧化应激损伤和炎症,维持心肌细胞的活动,减少心肌纤维化损伤小鼠心脏衰竭。槲皮素还可以保护心肌组织,增加SIRT5在心肌细胞的表达,并促进IDH2 desuccinylation。

糖尿病患者死亡的主要原因是心血管疾病;然而,在糖尿病患者心脏衰竭的重要性还没有完全理解。此外,这两种情况之间的关系并不是完全的并发症,而存在一个错综复杂的关系导致他们相互促进或抑制40]。此外,反光的胰岛素抵抗指标,包括糖化血红蛋白(HbA1c),空腹血糖和胰岛素水平,与心脏衰竭的风险。此外,一系列的生理和代谢异常,包括自主神经病变、微循环障碍、代谢或能量的变化,并增加积累先进的糖化结束的产品,可能导致糖尿病患者胰岛素抵抗或心肌病(41]。

此外,心力衰竭可以增加胰岛素抵抗的风险,葡萄糖耐量受损和糖尿病。长期碳水化合物和脂质代谢异常或增强脂肪酸代谢,增加耗氧量进一步诱发心肌细胞线粒体呼吸链的功能障碍,导致线粒体能量代谢急剧下降,间接导致氧化还原内稳态失衡和过度的炎症因子(42]。具体来说,糖尿病心肌病是一种糖尿病血管疾病的复杂。心肌细胞利用葡萄糖代谢的糖尿病和心脏衰竭患者伴有心肌缺血和缺氧是减少43,44]。这项研究的结果也间接证实high-glucose环境可以间接导致线粒体质量监督。

在一个氧化应激环境中,心肌细胞的氧气和血液供应明显减少,导致生产大量的氧自由基和各种中间代谢物。它也可以导致体内代谢失衡,损害心肌细胞膜,破坏细胞外降解和合成之间的平衡45,46]。心肌成纤维细胞的增殖导致心肌纤维化,进而导致大量的细胞间胶原沉积,细胞结构变得无序,有效地破坏了平衡各种类型的胶原蛋白。因此,严重的心肌纤维化已被证明会最终导致心力衰竭。尽管大多数以前的研究都聚焦于槲皮素的作用在氧化应激和炎症损伤47),它还可以调节线粒体内稳态,表达相关的蛋白质,和转译后的修改48]。我们的结果扩展这些先前的调查结果,表明槲皮素功能通过对促进IDH2 desuccinylation SIRT5,因此线粒体稳态调节,保护心肌细胞的活动,以及改善与心肌纤维化相关的损害。因此,槲皮素可能代表一种新的治疗方法治疗心力衰竭。

在老鼠中,线粒体内稳态失调或障碍主要是由生产过剩的活性氧和ATP合成不足,而影响心脏的结构和功能,导致后续心力衰竭(49]。氧化应激和炎症条件下,过多的活性氧的生产会导致氧化损伤细胞蛋白质,脂类,以及线粒体DNA,引起细胞损伤和凋亡50]。这主要是由于在线粒体内稳态失衡引起的氧化还原内稳态的破坏与炎症有关。目前,许多研究表明,当发生心力衰竭时发生的炎症反应与氧化应激密切相关(51]。心力衰竭的发病是伴随着严重的心肌肥厚和心肌纤维化。作为心力衰竭的病理机制而言,当发生心肌梗塞时,因素如心肌缺血、缺氧,线粒体功能受损,激活中性粒细胞炎症因素导致活性氧的爆炸性增长。这种不平衡所引起的活性氧产量过剩然后伴随着NF -氧化还原内稳态κB激活和随后激活单核细胞的促炎基因启动子。因此,炎症因子转录调节,NADPH氧化酶复杂是细胞膜氧化生成活性氧,抑制抗氧化酶的活性,进一步刺激炎性反应的发生(52]。这种恶性循环是一个进步的诱导因素加重心肌肥大和纤维化。ROS也可以破坏肌动蛋白和excitatory-contractile耦合蛋白质,导致心肌收缩/舒张功能不全。此外,ATP合成不足导致缺乏能源供应心肌细胞,有严重不良影响心肌细胞生存和心脏射血功能(53]。

此外,严重的糖尿病心肌病心力衰竭是伴随着心肌肥厚,部分心肌缺血,缺氧36,53]。心肌细胞的能量代谢从脂肪酸氧化转换为糖酵解适应缺氧作为自我保护的机制。然而,这种转换是伴随着desuccinylation修改。在这项研究中,我们发现high-glucose刺激可导致细胞凋亡或死亡,这可能是由于氧化应激和炎症反应之间的交互。这个反应也伴随着线粒体能量代谢的失衡和线粒体质量监督。类似于缺氧/缺血,high-glucose环境能引起过多的活性氧产量,导致氧化应激和线粒体质量不平衡。因此,葡萄糖代谢障碍进一步加重的主要心血管疾病或微循环损伤,这可能是一个关键的机制与糖尿病相关的复杂与心力衰竭。

IDH2参与三羧酸循环催化异柠檬酸的转化率α酮戊二酸和辅酶ii⁺NADPH。有研究报道,IDH2基因敲除的小鼠会导致减少氧化还原状态在线粒体NADPH和硫氧还蛋白还原酶的活动。它也可以导致减少细胞活性和线粒体氧消耗54]。此外,淘汰赛IDH2降低NADPH水平和线粒体GPX活性在小鼠肝缺血再灌注损伤,会导致线粒体嵴脱落,线粒体分裂,线粒体裂缝转变,细胞色素c的释放,细胞死亡55]。缺乏IDH2也能导致线粒体ROS增加,抑制组蛋白脱乙酰酶活动,并增加激活NF -κB通过乙酰化作用,导致炎症和细胞凋亡增加56]。事实上,IDH2-deficient老鼠表现出加速心脏衰竭,增加细胞凋亡和肥大,线粒体功能障碍,在氧化还原内稳态失衡有关57]。我们的结果与之前的研究相一致,表明线粒体稳态和质量控制相关障碍的小鼠心肌细胞succinylation IDH2。

Succinylation赖氨酸是最近发现的蛋白质翻译后修饰的蛋白质中的赖氨酸残(K)被转换从琥珀酰group by succinyl-coenzyme [58,59]。相关的在体外和在活的有机体内研究表明,槲皮素可以显著降低AngII-induced心肌收缩性纤维化炎症、心肌肥厚而抑制成纤维细胞分化标记的表达我型和III型胶原蛋白(28]。槲皮素逆转isoproterenol-induced心脏肥大,恢复细胞氧化还原平衡和保护线粒体(38]。我们的结果表明,槲皮素可以促进desuccinylation IDH2通过SIRT5,调节氧化还原平衡,保持线粒体内稳态,抑制炎症反应,保护心肌细胞,降低心肌纤维化损伤的程度,和恢复心脏功能。这些发现与之前的研究相一致;即high-glucose刺激导致氧化还原水平失衡,引起炎症,并激活线粒体质量监测和体内平衡,以及线粒体凋亡通路。此外,我们表明,SIRT5促进IDH2 desuccinylation,增加细胞氧化应激的敏感性,减少心肌细胞氧化应激损伤,也被观察到以前[60]。

我们的研究有三个主要的局限性。首先,尽管我们进行在活的有机体内研究使用的心力衰竭和心肌纤维化动物模型验证槲皮素的监管效果,但我们没有使用基因敲除动物进行有针对性的验证。第二,只有线粒体内稳态,而不是内质网功能,评估。心肌纤维化的病理机制主要是钙稳态有关。内质网是一个重要的细胞内钙存储。过度内质网或低钙水平会导致钙信号紊乱,导致心肌细胞的正常生理功能和心肌纤维化的发生。第三,内质网应激之间的交互和线粒体内稳态尚未清楚地阐明在糖尿病的发病机制复杂与心力衰竭;然而,心肌纤维化没有检查。尽管有这些限制,我们的研究表明,槲皮素可以通过SIRT5促进IDH2 desuccinylation。槲皮素维持线粒体内稳态的调节和氧化还原平衡,抑制炎症反应,减少心肌细胞的凋亡水平,以及肌肉纤维化的程度和恢复心脏射血功能。

5。结论

我们的研究结果提供见解的病理机制和临床治疗心肌纤维化和心脏衰竭。心力衰竭是一种最严重的糖尿病患者心血管并发症;然而,目前,有一些药物可以控制血糖,改善心肌损伤在临床实践中,和治疗和病理机制尚不清楚。在这项研究中,它是通过发现的在活的有机体内实验研究槲皮素可以有效改善心力衰竭的病理反应TAC小鼠后,改善心脏功能,抑制炎症因子的表达和心肌纤维化的程度,保护心肌。此外,我们表明,槲皮素可以调节high-glucose条件下小鼠心肌细胞的氧化还原平衡,抑制释放NLRP3 inflammasomes,调节线粒体质量监督,保持线粒体内稳态,抑制心肌细胞的凋亡或死亡high-glucose环境。此外,活性成分槲皮素作为天然药物影响通过促进desuccinylation SIRT5监管机制。槲皮素可以调节succinylation SIRT5,改善线粒体氧化应激和炎症的宽容。我们推断槲皮素抗氧化压力的影响,可以通过调节线粒体质量监督“inflammation-oxidative压力”途径。虽然已经有了很大的进步在破译的病理机制”inflammatory-oxidative stress-mitochondrial障碍”途径,相关的相声机制尚未完全阐明。这项研究的结果表明,槲皮素可能成为补充替代药物或日常健康为糖尿病和心脏衰竭患者补充;然而,大规模、多中心临床研究需要进一步验证其有效性和安全性。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

邢Chang和张添了同样的工作。

确认

这项研究得到了山东省自然科学基金(批准号ZR2020MH352)和中国国家自然科学基金(国家自然科学基金委;格兰特号82004233)。我们要感谢Editage (https://www.editage.cn)英语编辑。