该研究的主要作者包括Mingge Ding、Rui Shi、Yanyan Du等，来自西安交通大学第二附属医院、第四军医大学等机构。研究于2025年6月3日发表在《Cell Metabolism》期刊上，题为“O-GlcNAcylation-mediated endothelial metabolic memory contributes to cardiac damage via small extracellular vesicles”。

学术背景

该研究聚焦于糖尿病相关的心血管并发症，特别是糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy）和心力衰竭（heart failure）。尽管糖尿病患者通过胰岛素治疗能够控制血糖水平，但其心力衰竭的风险仍然显著增加。这种现象被称为“代谢记忆”（metabolic memory），即高血糖（hyperglycemia）即使在血糖恢复正常后，仍能对血管和心脏产生长期的负面影响。代谢记忆在糖尿病血管并发症中的作用已被广泛研究，但其在心肌病和心力衰竭中的机制尚不明确。该研究旨在探讨内皮细胞（endothelial cells, ECs）通过小细胞外囊泡（small extracellular vesicles, sEVs）介导的代谢记忆如何导致心脏损伤。

研究流程

研究分为多个步骤，逐步揭示了代谢记忆通过sEVs对心脏的持续损伤机制。

1. 糖尿病模型建立与sEVs分离
   研究首先使用链脲佐菌素（streptozotocin, STZ）诱导的糖尿病大鼠模型，观察其在糖尿病发展过程中心脏功能的变化。通过超声心动图（echocardiography）评估心脏功能，发现糖尿病大鼠在12周后出现显著的心脏收缩功能下降。随后，研究从糖尿病大鼠和对照组大鼠的血浆中分离出sEVs，并通过电子显微镜和Western blot验证了sEVs的形态和标志物（如CD81和TSG101）。

2. sEVs对心肌细胞的影响
   研究将分离的sEVs与心肌细胞共培养，发现糖尿病来源的sEVs显著诱导心肌细胞凋亡，表现为凋亡细胞比例增加和促凋亡蛋白caspase-3活性升高。即使在胰岛素治疗后，糖尿病来源的sEVs仍能持续诱导心肌细胞凋亡，表明sEVs具有“记忆”特征。

3. sEVs中miRNA的鉴定
   通过高通量RNA测序（RNA-seq），研究鉴定了糖尿病sEVs中显著上调的miRNAs，特别是miR-15b-5p和miR-16-5p（统称为miR-15-16）。这些miRNAs在糖尿病心肌细胞中显著上调，且不受胰岛素治疗的影响。进一步实验表明，抑制miR-15-16能够显著减少sEVs诱导的心肌细胞凋亡。

4. miR-15-16的分子机制
   研究通过生物信息学分析和实验验证，发现miR-15-16通过靶向SGK1、RAF1和VEGFA等基因，抑制AKT磷酸化，进而上调FOXO1信号通路，最终导致心肌细胞凋亡。这一机制在体外和体内实验中均得到验证。

5. 内皮细胞中代谢记忆的机制
   研究发现，高血糖通过O-GlcNAcylation（O-连接的N-乙酰葡萄糖胺化）持续激活内皮细胞中的CAMK2A-STAT1信号通路，促进sEVs中miR-15-16的持续释放。即使血糖恢复正常，这一信号通路仍保持激活状态，表明O-GlcNAcylation在代谢记忆中的关键作用。

6. 临床验证
   研究进一步在糖尿病患者中验证了sEVs中miR-15-16的水平与心脏功能的相关性。结果显示，左心室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）低于50%的糖尿病患者，其血浆sEVs中miR-15-16水平显著升高，且与血糖或HbA1c水平无关。

主要结果

1. sEVs介导的心脏损伤
   糖尿病来源的sEVs能够持续诱导心肌细胞凋亡，即使在血糖恢复正常后，这一效应仍然存在，表明sEVs具有代谢记忆特征。

2. miR-15-16的关键作用
   miR-15-16通过抑制SGK1、RAF1和VEGFA等基因，上调FOXO1信号通路，导致心肌细胞凋亡。这一机制在体外和体内实验中均得到验证。

3. O-GlcNAcylation的持续激活
   高血糖通过O-GlcNAcylation持续激活内皮细胞中的CAMK2A-STAT1信号通路，促进sEVs中miR-15-16的持续释放。这一机制解释了代谢记忆的分子基础。

4. 临床相关性
   在糖尿病患者中，sEVs中miR-15-16的水平与心脏功能显著相关，表明其作为心脏功能障碍的潜在生物标志物。

结论

该研究揭示了内皮细胞通过sEVs介导的代谢记忆在糖尿病心肌病和心力衰竭中的关键作用。O-GlcNAcylation持续激活CAMK2A-STAT1信号通路，促进sEVs中miR-15-16的持续释放，最终导致心脏损伤。这一发现为理解糖尿病心血管并发症的机制提供了新的视角，并为开发针对代谢记忆的治疗策略提供了潜在靶点。

研究亮点

1. 新机制的发现
   研究首次揭示了内皮细胞通过sEVs介导的代谢记忆在糖尿病心脏损伤中的作用，特别是O-GlcNAcylation在持续激活CAMK2A-STAT1信号通路中的关键作用。

2. miR-15-16的功能验证
   研究通过多种实验手段验证了miR-15-16在心肌细胞凋亡中的关键作用，并阐明了其分子机制。

3. 临床转化潜力
   研究发现sEVs中miR-15-16的水平与糖尿病患者心脏功能显著相关，表明其作为心脏功能障碍的潜在生物标志物。

研究价值

该研究不仅深化了对糖尿病心血管并发症机制的理解，还为开发针对代谢记忆的治疗策略提供了新的思路。通过靶向O-GlcNAcylation-CAMK2A-STAT1信号通路或sEVs中的miR-15-16，未来可能开发出有效预防和治疗糖尿病心脏并发症的新方法。此外，研究还强调了早期血糖控制的重要性，以避免代谢记忆的建立。