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年龄相关的心脏中ER-线粒体接触减少损害线粒体脂质代谢和自噬体形成

期刊:Cell Death & DifferentiationDOI:10.1038/s41418-025-01511-w

这篇文档属于类型a,即报告了一项原创性研究的学术论文。以下是针对该研究的学术报告:


主要作者及机构
本研究由Weilong Hong、Xue Zeng、Ruiyan Ma、Yu Tian、Huimin Miu、Xiaoping Ran、Rui Song、Zhenchun Luo、Dapeng Ju、Daqing Ma、Milad Ashrafizadeh、Sujit Kumar Bhutia、João Conde、Gautam Sethi、He Huang和Chenyang Duan共同完成。研究团队来自多个机构,包括重庆医科大学第二附属医院麻醉科、重庆医科大学脑科学与疾病研究所、陆军军医大学新桥医院心血管外科、重庆市中医院重症监护室、浙江大学医学院儿童医院围手术期与系统医学实验室、伦敦帝国理工学院麻醉与疼痛医学与重症监护科、山东第一医科大学山东省肿瘤医院放射肿瘤科、印度国立技术学院生命科学系癌症与细胞死亡实验室、葡萄牙新里斯本大学综合健康研究中心、新加坡国立大学杨潞龄医学院药理学与癌症研究中心等。研究于2025年发表在期刊《Cell Death & Differentiation》上。

学术背景
衰老是复杂的生物学过程,伴随多种分子机制和病理变化,其中脂质代谢(lipid metabolism)紊乱是衰老的标志之一。脂质代谢异常会影响能量平衡、炎症反应、氧化应激和细胞膜完整性,尤其对心脏功能有显著影响。老年心肌细胞中常见功能异常的巨型线粒体积累,但其核心机制尚不明确。本研究旨在揭示老年心肌细胞中线粒体脂质代谢紊乱的机制,特别是内质网-线粒体接触(ER-mito contact)减少对线粒体动力学和自噬(autophagy)的影响,并探讨其与心脏衰老的关系。

研究流程
研究分为多个步骤,结合了自然衰老小鼠模型和依托泊苷(etoposide)诱导的细胞衰老模型,具体流程如下:

  1. 衰老模型的建立与验证

    • 使用8周龄(年轻组)和76周龄(老年组)C57/BL6小鼠,通过检测衰老标志物(p16、p21、p53)和SA-β-gal活性验证衰老模型。
    • 在HL-1细胞中使用不同浓度依托泊苷处理,诱导细胞衰老,并通过Western blotting和SA-β-gal染色验证。
  2. 内质网-线粒体接触的检测与分析

    • 通过透射电子显微镜(TEM)和双束扫描电子显微镜(FIB-SEM)观察年轻和老年小鼠心脏组织中ER-mito接触的变化。
    • 使用高分辨率呼吸测量系统(Oroboros O2k)检测线粒体氧化磷酸化(OXPHOS)能力。
  3. 线粒体脂质代谢的研究

    • 通过脂质组学分析年轻和老年小鼠心脏线粒体中的脂质变化,重点关注磷脂酰乙醇胺(phosphatidylethanolamine, PE)的合成。
    • 在HL-1细胞中检测PE的合成及其与ER-mito接触的关系。
  4. 自噬功能的评估

    • 通过TEM和Western blotting检测自噬体(autophagosome)的形成和自噬流(autophagic flux)的变化。
    • 使用荧光标记技术观察LC3B-PE复合物的形成及其与自噬的关系。
  5. 干预实验

    • 通过调控LACTB表达,研究其对PISD活性和PE合成的影响。
    • 在HL-1细胞中进行PISD基因的过表达和敲低实验,评估其对线粒体功能和自噬的影响。

主要结果
1. ER-mito接触减少与巨型线粒体积累
- 老年小鼠心脏组织中ER-mito接触显著减少,导致线粒体形态异常和巨型线粒体积累。
- 依托泊苷处理的HL-1细胞中也观察到ER-mito接触减少和自噬体形成受损。

  1. 线粒体脂质代谢紊乱

    • 老年小鼠心脏线粒体中PE合成显著减少,与ER-mito接触减少和PISD表达下调有关。
    • 脂质组学分析显示,老年小鼠心脏线粒体中甘油磷脂(glycerophospholipids)和鞘脂(sphingolipids)水平显著降低。
  2. 自噬功能受损

    • PE缺乏导致自噬体膜形成障碍,自噬流受阻,受损线粒体无法有效清除。
    • PISD过表达可恢复PE合成,改善自噬体形成和线粒体功能。
  3. LACTB干预的作用

    • LACTB表达上调抑制PISD活性,导致PE合成减少。
    • 敲低LACTB可增强PISD活性,促进PE合成,改善线粒体功能和自噬。

结论
本研究揭示了老年心肌细胞中ER-mito接触减少导致线粒体脂质代谢紊乱的核心机制,特别是PE合成不足对自噬体形成和线粒体功能的影响。通过调控LACTB表达,可以恢复PISD活性和PE合成,从而维持线粒体稳态。这一发现为延缓心脏衰老和维持线粒体功能提供了潜在的治疗策略。

研究亮点
1. 首次揭示了ER-mito接触减少与老年心肌细胞中线粒体脂质代谢紊乱的直接关系。
2. 发现PISD在PE合成和自噬体形成中的关键作用,并提出了LACTB作为潜在治疗靶点。
3. 结合多种实验技术(如FIB-SEM、脂质组学和高分辨率呼吸测量)全面解析了线粒体功能与自噬的关系。

其他有价值的内容
研究还发现,PE合成减少不仅存在于心脏,也广泛存在于肺、肾、肠系膜和皮肤等多种组织中,表明这一机制可能是多器官衰老的共同特征。此外,研究为开发针对LACTB和PISD的小分子药物提供了理论依据,具有重要的临床应用前景。


这篇报告全面介绍了研究的背景、方法、结果和意义,适合研究人员了解该研究的核心贡献和创新点。

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