罗沙司他通过上调HIF-1α/UCP2对抗氧化应激改善糖尿病心肌损伤

Roxadustat improves diabetic myocardial injury by upregulating HIF-1α/UCP2 against oxidative stress

作者信息Tingting Fang, Congcong Ma, Bingyun Yang, Meiyu Zhao, Luning Sun, Ningning Zheng
PMID39920720
发布时间2025-02-07
DOI10.1186/s12933-025-02601-2

实验完整度

包含体内动物模型(T2DM小鼠)和体外细胞模型(H9c2细胞),并进行了功能验证(siRNA敲低)和机制验证(Western blot、转录组测序等)。

主要模型

C57BL/6J小鼠T2DM合并心肌损伤模型 H9c2大鼠心肌细胞高糖诱导模型

重点核对

糖尿病小鼠模型建立:高脂饮食8周联合STZ腹腔注射(40 mg/kg,每日一次,2-5天),空腹血糖>11.1 mmol/L FG-4592处理:小鼠灌胃10或25 mg/kg/d,连续9天;细胞实验10 μM预处理24小时 基因敲低:siRNA敲低HIF-1α和UCP2验证功能 氧化应激指标:检测MDA、GSH、SOD水平以及MitoSOX Red染色 线粒体功能:检测复合物I/IV活性、ATP含量及O2k氧耗

摘要

背景:糖尿病(DM)以高血糖为特征,与心血管并发症密切相关。高血糖诱导氧化应激,损害线粒体能量代谢,导致心肌细胞缺氧和缺氧诱导因子-1α(HIF-1α)失调,从而加重糖尿病心肌损伤。罗沙司他(FG-4592)作为HIF-PHD的抑制剂,减少HIF-1α降解并调节下游靶基因的转录和功能。本研究探讨FG-4592对糖尿病心肌的保护作用,并进一步研究其具体机制。方法:我们建立了糖尿病心肌损伤小鼠和高糖诱导的大鼠心肌细胞模型,给予FG-4592预处理,通过检测氧化应激、线粒体功能和相关通路的变化来阐明FG-4592对糖尿病心肌损伤的保护作用和相关机制。结果:FG-4592通过调节线粒体结构和功能以及维持心肌氧化应激平衡,对糖尿病小鼠表现出心脏保护作用。它稳定HIF-1α,激活UCP2,并增强PI3K/AKT/Nrf2通路,减少线粒体超氧化物产生,改善线粒体呼吸潜力,并调节高糖诱导的心肌细胞中的氧化应激标志物。结论:FG-4592通过减少氧化应激对糖尿病心肌损伤发挥保护作用。其机制与HIF-1α和UCP2的上调有关,随后激活PI3K/AKT/Nrf2信号通路。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
FG-4592是否通过上调HIF-1α/UCP2并激活PI3K/AKT/Nrf2通路,减轻氧化应激,从而改善糖尿病心肌损伤?
核心机制
FG-4592通过抑制HIF-PHD活性稳定HIF-1α,上调UCP2表达,激活PI3K/AKT/Nrf2信号通路,增强抗氧化酶表达,减少线粒体ROS产生,从而减轻氧化应激和心肌损伤。
主要证据
在T2DM小鼠和H9c2细胞中,FG-4592预处理显著提高HIF-1α和UCP2表达,降低MDA,升高GSH,改善线粒体功能;siRNA敲低HIF-1α或UCP2逆转这些保护作用。
研究意义
为探讨糖尿病心肌损伤的机制提供新视角,并为扩大FG-4592在糖尿病心脏病管理中的应用提供基础实验证据。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

构建糖尿病心肌损伤小鼠模型

建立T2DM合并心肌损伤的动物模型,验证模型成功

8周高脂饮食联合STZ注射诱导糖尿病,检测体重、血糖、血压、BNP、超声心动图和心肌线粒体超微结构。

2

FG-4592预处理评估心肌保护作用

评估FG-4592对糖尿病心肌损伤的保护效果,并确定体内有效剂量

FG-4592灌胃预处理9天(10或25 mg/kg/d),后诱导糖尿病,检测心脏功能、心肌损伤标志物和线粒体结构。

3

检测氧化应激和线粒体功能

验证FG-4592对糖尿病心肌组织氧化应激和线粒体呼吸功能的调节

检测心肌组织HIF-1α表达、氧化应激指标(T-GSH、GSSG、GSH、SOD、MDA)和线粒体复合物I/IV活性、ATP含量。

4

转录组测序筛选差异基因和通路

寻找FG-4592保护作用的关键基因和信号通路

对Control、T2DM和FG-4592组心肌组织进行RNA-seq,分析差异表达基因、KEGG富集。

5

构建高糖心肌细胞模型并验证FG-4592作用

在细胞水平验证FG-4592对HIF-1α和UCP2表达的调节

H9c2细胞高糖(45 mM)诱导,FG-4592(10 μM)预处理,检测细胞活力、凋亡、HIF-1α和UCP2表达。

6

siRNA敲低验证HIF-1α和UCP2功能

验证HIF-1α和UCP2在FG-4592保护作用中的必要性

在H9c2细胞中敲低HIF-1α或UCP2,检测氧化应激指标(MDA、GSH)、线粒体ROS和氧耗率。

7

探究PI3K/AKT/Nrf2信号通路

阐明FG-4592保护作用的分子机制

检测各组细胞中Nrf2、HO-1、SOD2、PI3K/AKT磷酸化水平。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
链脲佐菌素SIGMA18883-66-4
罗沙司他MCEHY-13426
透射电子显微镜HitachiH-7650
超声心动图系统Fujifilm Visual Sonics3100LT
血压计Softron Bio TechBP-98A
血糖仪RocheAccu-chek
脑钠肽检测试剂盒ElabscienceE-EL-M0204c
DMEM培养基HyCloneSH30022.01
胎牛血清Procell164210-50
青霉素和链霉素ProcellPB180120
葡萄糖Procellab147494
RIPA裂解液BeyotimeP0013B
蛋白酶抑制剂BeyotimeST506-2
BCA蛋白定量试剂盒Thermo Fisher Scientific23225
抗HIF-1α抗体Cell Signaling Technology36169S
抗NRF2抗体Cell Signaling TechnologyD1Z9C
抗UCP2抗体Cell Signaling TechnologyD1O5V
抗HO-1抗体Cell Signaling Technology70081S
抗COX4抗体Cell Signaling Technology4850S
抗β-actin抗体Proteintech20536-1-AP
抗SOD2抗体Wanlei TechnologyWL02506
抗AKT抗体Wanlei TechnologyWL0003b
抗磷酸化AKT抗体Wanlei TechnologyWLP001a
抗PI3K抗体Wanlei TechnologyWL03380
抗Bax抗体Wanlei TechnologyWL01637
抗磷酸化PI3K抗体Affinity BiosciencesAF3242
抗GAPDH抗体Abcamab9484
ECL化学发光试剂BeyotimeP0018AS
扫描密度计TanonTanon-5200T
MDA检测试剂盒SolarbioBC0025
SOD检测试剂盒SolarbioBC0175
微量线粒体呼吸链复合物I活性检测试剂盒SolarbioBC0515
微量线粒体呼吸链复合物IV活性检测试剂盒SolarbioBC0945
ATP检测试剂盒BeyotimeS0026
CCK-8试剂BeyotimeC0037
高分辨率呼吸测定仪OroborosOxygraph 2k
寡霉素OroborosO4876
RNAiso试剂TaKaRa Bio9109
PrimeScript RT预混液TaKaRa BioRR047A
TB Green qPCR预混液TaKaRa BioRR420A
转染试剂HuatuobioKC112-1.5
MitoSOX Red线粒体超氧化物指示剂Thermo Fisher ScientificM36008
树脂HPBIOJM3852

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型建立
小鼠品系、年龄、性别;高脂饮食喂养时间;STZ剂量和给药方案;糖尿病确认标准;每组样本量
阅读提示:Materials and methods: Animals; 图1a
FG-4592预处理
给药剂量(10和25 mg/kg/d)、给药方式(灌胃)、给药持续时间(9天)、对照组处理
阅读提示:Materials and methods: Animals; 图2a
细胞模型建立
细胞系(H9c2)、培养条件(DMEM+10%FBS+1%P/S)、高糖浓度(45 mM)、FG-4592预处理浓度(10 μM)和时间(24小时)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and treatment
基因敲低实验
siRNA序列(Hif-1α(Rat)-1和Ucp2(Rat)-1)、转染试剂和转染条件、敲低效率验证
阅读提示:Materials and methods: Synthesis and transfection of overexpression plasmids and siRNAs; 补充表1
氧化应激检测
检测试剂盒(MDA、GSH、SOD)、组织或细胞样本处理、检测波长和计算方法
阅读提示:Materials and methods: MDA, GSH, SOD detection
线粒体功能检测
复合物I和IV活性检测方法、ATP检测方法、呼吸测定条件(底物和抑制剂浓度)
阅读提示:Materials and methods: Mitochondrial complexes I and IV and ATP content detection; OCR measurements