黄芪多糖通过SIRT1/FOXO3a/BNIP3通路增强足细胞自噬缓解糖尿病肾病

《Scientific Reports》：Astragalus polysaccharide alleviates diabetic nephropathy via SIRT1-dependent activation of FOXO3a/BNIP3 pathway to enhance podocyte autophagy

为解决糖尿病肾病(DN)中足细胞损伤和自噬受损的难题，研究人员聚焦于黄芪多糖(APS)的肾脏保护机制。研究发现，APS通过上调SIRT1去乙酰化酶活性，促进FOXO3a核转位并激活BNIP3介导的足细胞自噬，从而改善肾功能和组织病理学损伤。该研究揭示了APS通过SIRT1/FOXO3a/BNIP3轴调控自噬的新机制，为DN治疗提供了新的靶点和理论依据。

　　

糖尿病肾病(DN)是糖尿病最严重的微血管并发症之一，也是导致终末期肾病的主要原因。在DN的复杂发病机制中，足细胞损伤和丢失是导致蛋白尿和疾病进展的关键事件。自噬作为一种溶酶体依赖的降解过程，对于维持细胞稳态至关重要，尤其是在应激条件下的足细胞中。然而，高糖环境会破坏足细胞的自噬流，导致受损细胞器和蛋白质的积累，从而加剧细胞功能障碍和凋亡。因此，增强足细胞自噬被认为是缓解DN进展的潜在治疗策略。

黄芪多糖(APS)是传统中药黄芪的主要生物活性成分，因其在DN中的肾脏保护作用而备受关注。尽管已有研究表明APS具有抗炎、抗氧化和免疫调节等多种药理活性，但其是否通过调控足细胞自噬来发挥肾脏保护作用，以及具体的分子机制尚不完全清楚。为了回答这些问题，研究人员开展了一项研究，旨在阐明APS是否通过调控SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号轴来增强足细胞自噬，从而缓解DN。该研究论文已发表在《Scientific Reports》上。

关键技术方法

本研究采用体内外相结合的研究策略。体内实验方面，研究人员通过高脂饮食联合腹腔注射链脲佐菌素(STZ)诱导建立糖尿病肾病(DN)大鼠模型，并给予不同剂量的APS进行干预。体外实验方面，使用高糖(HG)诱导的小鼠足细胞(MPC5)作为细胞模型。研究过程中，研究人员运用了多种关键技术来评估APS的效应，包括：通过检测空腹血糖(FBG)、血清肌酐(Scr)、血尿素氮(BUN)和24小时尿蛋白来评估肾功能；通过HE染色和Masson染色观察肾脏组织病理学变化；通过透射电子显微镜(TEM)和单丹磺酰尸胺(MDC)染色观察自噬小体形成；通过RT-qPCR和Western blot检测自噬相关蛋白(Beclin 1, LC3, p62)及SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号通路相关分子的表达水平；此外，还通过SIRT1过表达(OE-SIRT1)和基因沉默(Si-SIRT1)技术，进一步验证了SIRT1在调控自噬中的关键作用。

研究结果

APS改善DN大鼠肾功能和组织病理学损伤

研究结果显示，APS治疗显著降低了DN大鼠的空腹血糖(FBG)水平，并呈剂量依赖性改善体重减轻。在肾功能指标方面，APS显著降低了血清肌酐(Scr)、血尿素氮(BUN)和尿蛋白水平。组织病理学分析(HE和Masson染色)进一步证实，APS治疗显著减轻了DN大鼠肾脏组织的基底膜扩张、胶原沉积和基质增生等病理改变。这些结果表明，APS能够有效改善DN大鼠的肾功能障碍和组织病理学损伤。

APS激活肾脏自噬

透射电子显微镜(TEM)观察发现，DN大鼠肾脏组织中自噬小体数量显著增加，而APS治疗进一步增强了这种自噬小体的形成。RT-qPCR和Western blot结果一致显示，与对照组相比，DN模型组肾脏组织中Beclin 1和LC3 II/LC3 I的mRNA和蛋白表达水平显著降低，而p62的表达水平显著升高。APS治疗则显著逆转了这些变化，上调了Beclin 1和LC3 II/LC3 I的表达，同时降低了p62的积累。这些发现表明，APS能够通过上调自噬标志物和增强自噬流来促进肾脏组织的自噬，从而缓解DN的病理损伤。

APS增强足细胞自噬

在体外实验中，研究人员首先通过CCK-8实验确定了APS对MPC5细胞的最佳处理浓度(20 mg/L)和时间(48 h)。MDC染色和TEM观察均显示，高糖(HG)诱导的MPC5细胞中自噬小体数量显著减少，而APS处理显著恢复了自噬小体的数量。Western blot分析进一步证实，APS处理显著上调了HG诱导的MPC5细胞中Beclin 1和LC3 II/LC3 I的蛋白表达水平，同时降低了p62的蛋白表达水平。这些结果共同表明，APS能够有效增强足细胞的自噬活性。

APS激活SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号轴

为了探究APS调控自噬的分子机制，研究人员检测了SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号通路相关分子的表达。结果显示，无论是在体内还是体外模型中，APS处理均显著上调了SIRT1、FOXO3a和BNIP3的mRNA和蛋白表达水平。这表明APS能够激活SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号轴，这可能是其促进自噬的关键机制。

SIRT1是诱导足细胞自噬的必要且充分条件

为了进一步验证SIRT1在足细胞自噬中的核心作用，研究人员在MPC5细胞中进行了SIRT1过表达(OE-SIRT1)和基因沉默(Si-SIRT1)实验。TEM和MDC染色结果显示，SIRT1过表达显著增加了HG诱导的MPC5细胞中自噬小体的数量，而SIRT1沉默则进一步减少了自噬小体的形成。Western blot分析也证实，SIRT1过表达显著上调了Beclin 1和LC3 II/LC3 I的蛋白表达，并降低了p62的表达；而SIRT1沉默则产生了相反的效果。这些结果表明，SIRT1是调控足细胞自噬的关键分子。

SIRT1通过FOXO3a/BNIP3通路诱导足细胞自噬

机制探索实验发现，SIRT1过表达显著上调了FOXO3a和BNIP3的mRNA和蛋白表达水平，而SIRT1沉默则显著下调了它们的表达。这表明SIRT1通过调控FOXO3a/BNIP3通路来发挥其促自噬作用。

APS通过SIRT1/FOXO3a/BNIP3轴激活足细胞自噬

最后，研究人员通过SIRT1基因沉默实验验证了APS的作用是否依赖于SIRT1。结果显示，APS处理显著增强了HG诱导的MPC5细胞的自噬活性，并上调了SIRT1、FOXO3a和BNIP3的表达。然而，当使用siRNA沉默SIRT1后，APS对自噬的促进作用以及对FOXO3a和BNIP3的上调作用均被显著抑制。这充分证明，APS正是通过靶向SIRT1，进而激活FOXO3a/BNIP3通路来增强足细胞自噬，从而发挥其肾脏保护作用。

研究结论与意义

本研究系统阐明了黄芪多糖(APS)通过SIRT1/FOXO3a/BNIP3信号轴增强足细胞自噬，从而缓解糖尿病肾病(DN)的新机制。研究证实，APS能够显著改善DN大鼠的肾功能和组织病理学损伤，其作用机制与上调SIRT1去乙酰化酶活性、促进FOXO3a核转位、进而激活BNIP3介导的足细胞自噬密切相关。通过体内外实验，特别是SIRT1功能获得和功能缺失实验，研究明确揭示了SIRT1在调控足细胞自噬中的核心地位，并证实了APS的作用依赖于SIRT1。该研究不仅深化了对APS药理作用机制的理解，也为开发以SIRT1/FOXO3a/BNIP3轴为靶点的DN治疗新策略提供了重要的理论依据和实验证据。