TRAP1通过抑制KANSL3乙酰化促进糖尿病心肌细胞线粒体自噬并缓解线粒体功能障碍的机制研究

本刊推荐：针对糖尿病心肌病(DCM)中线粒体功能障碍与自噬清除失衡的难题，Zhang等开展了TRAP1调控KANSL3乙酰化介导线粒体自噬的机制研究。研究发现TRAP1通过抑制KANSL3乙酰化恢复线粒体自噬流，改善心肌细胞ATP生成和氧化应激，显著减轻糖尿病模型心肌纤维化和线粒体损伤。该研究为DCM治疗提供了新的靶点干预策略。

　　

在全球糖尿病患病率持续攀升的背景下，糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)作为糖尿病主要并发症之一，正成为心力衰竭的重要诱因。DCM特征性表现为心肌收缩/舒张功能障碍，其核心病理机制与线粒体损伤密切相关。正常情况下，心肌细胞通过线粒体自噬(mitophagy)及时清除受损线粒体，维持能量代谢稳态。然而在糖尿病环境下，这一质量控制机制却出现异常，导致功能障碍线粒体堆积，进而引发氧化应激和细胞凋亡。尽管已知PINK1/Parkin等经典通路参与线粒体自噬调控，但糖尿病条件下线粒体自噬抑制的具体分子机制仍未明确。

为解决这一科学问题，中山大学附属第六医院张凌霄与欧阳茅团队在《Cell Communication and Signaling》发表最新研究，揭示了分子伴侣TRAP1通过调控KANSL3蛋白乙酰化水平介导线粒体自噬的新机制。研究人员综合运用生物信息学分析、分子生物学技术和动物模型验证，首次发现TRAP1-KANSL3相互作用在维持线粒体稳态中的关键作用，为DCM治疗提供了新的理论依据和潜在治疗靶点。

本研究主要采用以下关键技术方法：1）利用GSE4745数据集进行生物信息学分析筛选差异表达基因；2）通过高糖/棕榈酸(HG/PA)处理的AC16细胞构建DCM体外模型；3）使用慢病毒转染实现基因过表达/敲低；4）采用免疫共沉淀(IP)结合液质联用(LC-MS/MS)技术鉴定蛋白相互作用；5）应用mKeima荧光探针、线粒体膜电位(TMRM)检测等技术评估线粒体自噬流和功能；6）建立链脲佐菌素(STZ)诱导的糖尿病大鼠模型进行体内验证。

糖尿病条件下心肌细胞线粒体损伤与自噬抑制的特征

研究人员首先通过HG/PA处理AC16细胞建立DCM体外模型，发现750μM棕榈酸处理显著降低细胞活力并诱导凋亡。透射电镜显示HG/PA组线粒体嵴结构破坏、基质空泡化，Mito-Tracker染色证实线粒体碎片化增加。功能检测表明ATP产量下降、线粒体ROS水平升高且膜电位(MMP)降低。值得注意的是，虽然受损线粒体显著积累，但LC3-VDAC1共定位分析和mKeima荧光探针检测均显示线粒体自噬流被抑制，且PINK1-Parkin通路未见明显激活。使用线粒体自噬激动剂CCCP预处理可显著改善细胞活力，证实自噬抑制是糖尿病条件下线粒体功能障碍的关键因素。

线粒体自噬相关生物标志物筛选与TRAP1的表达验证

通过对GSE4745数据集的分析，研究团队筛选出35个线粒体自噬相关差异表达基因(MR-DEGs)。KEGG富集分析显示这些基因主要参与代谢通路、碳代谢和DNA复制等过程。蛋白互作(PPI)网络分析鉴定出包括PTEN、GLUD1、TRAP1、HK2在内的12个核心基因。Western blot验证发现TRAP1蛋白表达在750μM PA处理时显著下调，糖尿病大鼠心肌组织免疫组化也证实TRAP1表达降低，提示TRAP1可能参与DCM中线粒体自噬的调控。

TRAP1过表达通过增强自噬缓解线粒体功能障碍

为验证TRAP1的功能，研究人员构建了TRAP1过表达细胞系。结果显示TRAP1过表达显著增加TOM20-LC3B共定位和mKeima酸性信号，表明线粒体自噬流恢复。透射电镜观察发现线粒体嵴结构改善，ATP产量和MMP恢复，ROS水平下降。动物实验进一步证实TRAP1过表达减轻心肌纤维化、胶原沉积和糖原积累，PAS、Masson和Sirius red染色均显示心肌组织损伤明显改善。

TRAP1与KANSL3的特异性相互作用机制

为阐明TRAP1调控自噬的机制，研究通过免疫共沉淀联合LC-MS/MS技术筛选出与TRAP1相互作用的核蛋白KANSL3。Co-IP实验证实两者在正常条件下存在直接结合，而HG/PA处理显著降低这一相互作用。功能实验发现KANSL3敲低导致线粒体-溶酶体共定位减少和线粒体自噬缺陷，且可逆转TRAP1过表达带来的保护效应。

TRAP1通过抑制KANSL3乙酰化调控自噬

机制深入研究表明，HG/PA处理虽不改变KANSL3的mRNA和总蛋白水平，但显著增强其乙酰化修饰。免疫沉淀实验证实TRAP1过表达可抑制HG/PA诱导的KANSL3超乙酰化。这一发现揭示了TRAP1作为分子伴侣通过调控KANSL3乙酰化状态影响线粒体自噬的新机制。

本研究系统揭示了糖尿病心肌病中线粒体自噬抑制的新机制：TRAP1下调导致其与KANSL3相互作用减弱，引起KANSL3超乙酰化进而抑制线粒体自噬流，最终导致受损线粒体积累和心肌功能障碍。研究不仅阐明了TRAP1-KANSL3轴在维持线粒体质量控制系统中的关键作用，还为DCM治疗提供了新的靶点策略——通过调控TRAP1表达或KANSL3乙酰化水平恢复线粒体自噬，可能成为延缓糖尿病心肌病进展的有效干预手段。该发现对理解代谢性疾病中细胞器质量控制机制具有重要理论意义，为开发靶向线粒体自噬的药物治疗策略提供了科学依据。