SIRT3介导的线粒体动力学在肾缺血/再灌注损伤中的性别差异

Sex-related differences in SIRT3-mediated mitochondrial dynamics in renal ischemia/reperfusion injury

作者信息Hanlin Yao, Hongchao Zhao, Yang Du, Ye Zhang, Yanze Li, Hengcheng Zhu
PMID38556109
发布时间2024-08-01
DOI10.1016/j.trsl.2024.03.005

实验完整度

高

包含体内小鼠IRI模型(含OVX和E2补充)、体外HEK细胞H/R模型、SIRT3过表达/敲低、YME1L1点突变、机制验证(免疫共沉淀、乙酰化检测)等多层级实验,并进行功能验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠肾缺血再灌注损伤模型 卵巢切除联合E2补充的小鼠模型 HEK293T细胞缺氧复氧模型

重点核对

小鼠品系:C57BL/6J IRI手术:左肾缺血30分钟,对侧肾切除,再灌注24小时 OVX手术在缺血前2周进行 E2剂量:25 μg/kg皮下注射14天 HEK293T细胞H/R条件:1% O2缺氧后复氧6小时

摘要

绝经前女性肾缺血/再灌注损伤(IRI)的患病率明显低于同龄男性。这表明线粒体功能和稳态的性别差异可能有助于肾损伤的性别二态性,尽管其机制仍不清楚。采用单侧左肾IRI并切除对侧肾脏的小鼠模型、雌性小鼠卵巢切除术以及人胚胎肾(HEK)细胞缺氧复氧模型,分别研究雌激素如何通过SIRT3在体外和体内影响肾IRI的性别二态性。在此,我们通过肾IRI模型证明了肾SIRT3的差异表达可能诱导IRI的性别二态性。雌性小鼠中较高的SIRT3水平与E2诱导的肾小管上皮保护、线粒体活性氧(ROS)减少和IRI抵抗相关。在缺氧复氧的HEK细胞中,SIRT3敲低增加了氧化应激,使相互连接的线粒体网络转向分裂,加剧了缺氧/复氧诱导的内质网应激(ERS),并消除了E2对IRI的保护作用。机制上,SIRT3水平依赖于E2,且E2通过雌激素受体增加SIRT3蛋白水平。SIRT3靶向i-AAA蛋白酶、酵母线粒体AAA金属蛋白酶(YME1L1),通过去乙酰化YME1L1水解长视神经萎缩蛋白1(L-OPA1)为短OPA1(S-OPA1),调节线粒体动力学向融合方向发展,以减少氧化应激和ERS。这些发现探讨了雌激素如何减轻肾IRI的机制,并为针对SIRT3的潜在治疗干预提供了基础。

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
雌激素如何通过SIRT3影响肾缺血再灌注损伤的性别差异,其具体分子机制是什么?
核心机制
E2通过雌激素受体α上调SIRT3表达,SIRT3去乙酰化YME1L1,抑制其介导的L-OPA1向S-OPA1的切割,促进线粒体融合,减少氧化应激和内质网应激,从而减轻肾损伤。
主要证据
小鼠肾IRI模型显示雌性小鼠肾SIRT3水平更高,肾损伤更轻;OVX增加损伤,E2补充恢复SIRT3并减轻损伤;HEK细胞中SIRT3敲低加重氧化应激和ERS,过表达则保护;YME1L1 K237R去乙酰化模拟突变增加L-OPA1和线粒体融合,K237Q乙酰化模拟突变则相反。
研究意义
研究揭示了雌激素保护肾脏的分子机制,提示SIRT3可能是治疗急性肾损伤的潜在靶点,为临床干预提供理论基础。

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

构建体内肾IRI模型和体外H/R模型

建立研究性别差异和雌激素作用的实验平台

对雄性、雌性、OVX雌性及OVX+E2补充的C57BL/6J小鼠进行单侧肾IRI手术;对HEK293T细胞进行缺氧复氧处理。

2

评估肾损伤和氧化应激水平

比较不同性别和激素处理下肾损伤程度及氧化应激标志物

通过HE染色评估肾小管损伤,检测血清肌酐和BUN水平,检测肾组织中SOD、MDA、GPx水平,并进行ROS荧光染色。

3

检测SIRT3表达及ERα依赖性

验证E2通过ERα上调SIRT3表达

Western blot检测不同组肾组织和HEK细胞中SIRT3和ERα水平;使用ERα siRNA敲低后检测SIRT3水平;进行ChIP实验验证ERα与SIRT3启动子结合。

4

验证SIRT3对氧化应激和细胞活力的影响

确定SIRT3在H/R条件下对细胞保护的作用

在HEK细胞中过表达或敲低SIRT3,检测细胞活力(CCK-8)、凋亡(流式)、氧化应激标志物(SOD、MDA、GPx)和MitoSOX染色。

5

研究SIRT3调控线粒体动力学的机制

阐明SIRT3通过去乙酰化YME1L1调控OPA1加工和线粒体融合的机制

透射电镜观察线粒体形态;Western blot检测L-OPA1和S-OPA1;免疫共沉淀检测SIRT3与YME1L1相互作用;检测YME1L1乙酰化水平;使用YME1L1突变体质粒(K237R/K237Q)验证去乙酰化对OPA1加工和线粒体融合的影响;免疫荧光染色TOM20观察线粒体网络。

6

检测内质网应激相关蛋白水平

验证SIRT3通过减轻内质网应激发挥保护作用

Western blot检测GRP78、ATF4、CHOP、cleaved-Cas12的水平;使用ERS抑制剂4-PBA处理验证ERS在细胞损伤中的作用。

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
杜氏改良Eagle培养基Gibco--
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
17β-雌二醇Sigma--
SIRT3抗体Abcamab189860
YME1L1抗体Abcamab170123
OPA1抗体Cell Signaling Technology80471
ERα抗体Cell Signaling Technology13258
β-肌动蛋白抗体Proteintech81115-1-RR
ATF4抗体Proteintech10835-1-AP
CHOP抗体Proteintech15204-1-AP
GRP78抗体Proteintech11587-1-AP
Caspase12抗体Proteintech55238-1-AP
TOM20抗体Proteintech11802-1-AP
Caspase-3抗体Proteintech66470-2-Ig
Lipofectamine 2000Invitrogen--
染色质免疫沉淀试剂盒BeyotimeP2078
细胞计数试剂盒-8DOJINDO--
膜联蛋白V----
碘化丙啶----
XF24分析仪Seahorse Biosciences--
Cell-Tak粘附剂BD Biosciences--
酶标仪Bio-Rad--
APM-30D多气体培养箱ASTEC--
激光共聚焦显微镜Zeiss710

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
小鼠品系:C57BL/6J;分组:sham male, sham female, male+IRI, female+IRI, OVX+IRI, OVX+E2+IRI;缺血时间:30分钟;再灌注时间:24小时;OVX在缺血前2周;E2剂量:25 μg/kg皮下注射14天
阅读提示:Materials and methods: Animals and grouping; Renal IRI mouse model
细胞模型
细胞系:HEK293T;培养条件:DMEM+10%FBS+1%抗生素;缺氧条件:1% O2,复氧6小时;处理:E2(10 nM), si-ERα(100 nM),si-SIRT3(100 nM)
阅读提示:Materials and methods: Cell culture and treatment
功能测定
细胞活力检测:CCK-8;凋亡检测:Annexin V/PI染色流式;氧化应激标志物:SOD、MDA、GPx;线粒体功能:OCR测定
阅读提示:Materials and methods: Cell proliferation assay, Flow Cytometry to Analyze Cell Apoptosis Rates, Bioenergetic analyses
机制验证
免疫共沉淀:SIRT3和YME1L1;乙酰化检测:抗乙酰化赖氨酸抗体;YME1L1突变体:K237R(去乙酰化模拟)、K237Q(乙酰化模拟)
阅读提示:Results: Regulation of OPA1-induced mitochondrial fusion via the acetylation of YME1L1
统计
统计方法:两组比较用非配对t检验,多组比较用单因素或双因素方差分析,事后检验用Bonferroni法;显著性水平P<0.05
阅读提示:Materials and methods: Statistical analysis