线粒体DNA基因型通过15-HETE/Akt/FoxO1通路调控m.3243A>G相关线粒体疾病的机制研究

本研究针对m.3243A>G突变导致的线粒体疾病临床异质性难题，通过多中心队列分析和细胞模型，首次揭示mtDNA单倍型M7通过15-HETE/Akt/FoxO1信号通路调控细胞命运选择的作用机制。研究发现M7单倍型加速细胞增殖但加剧OXPHOS抑制时的凋亡，其机制与15-HETE介导的Akt/FoxO1磷酸化不足相关，为线粒体疾病的精准诊疗提供新靶点。

　　

线粒体疾病被称为"医学界的谜题"，其中由m.3243A>G突变引发的疾病表现尤为复杂——有的患者表现为致命的MELAS（线粒体脑肌病伴乳酸酸中毒和卒中样发作）综合征，有的仅表现为轻度糖尿病或无症状。传统观点认为突变负荷是决定症状的关键，但临床上常出现高突变负荷患者无症状的"矛盾现象"，暗示存在其他调控因素。

北京大学第一医院联合复旦大学附属华山医院等团队在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research》发表的研究，首次系统揭示了中国人群mtDNA单倍型对m.3243A>G疾病的调控作用。研究人员通过296例患者队列分析发现，单倍型M7在患者中显著低表达；进一步构建M7与D5单倍型细胞模型（cybrids）发现，M7在OXPHOS抑制时表现出更严重的凋亡表型。多组学分析锁定15-HETE代谢异常是关键机制——M7细胞中OXPHOS抑制导致的15-HETE升高不足，致使Akt/FoxO1磷酸化激活受阻，最终诱发细胞死亡。

关键技术包括：1）多中心病例对照研究（296例患者vs 2073例对照）；2）跨线粒体杂交技术构建单倍型特异性cybrids；3）代谢组学联合转录组学分析；4）15-HETE外源干预实验验证。

【研究结果】

1. 单倍型M7与疾病易感性关联
   队列分析显示M7在m.3243A>G患者中占比仅6.42%，显著低于对照组的11.87%（P=0.004）。提示M7可能通过负选择压力在进化中被淘汰。

2. 细胞周期与凋亡表型差异
   M7 cybrids表现出更快的增殖速率（G0/G1期缩短19.3%）和更高基础ROS水平。但在OXPHOS抑制剂处理下，其线粒体膜电位下降更显著（P<0.01），凋亡率比D5组高2.1倍。

3. 15-HETE/Akt/FoxO1通路调控机制
   代谢组学发现M7细胞中15-HETE对OXPHOS抑制的响应幅度降低37.5%。Western blot显示其Akt^Ser473和FoxO1^Thr24磷酸化水平仅为D5组的42%。外源添加15-HETE可完全消除两组凋亡差异。

【结论与意义】
该研究不仅鉴定出M7作为m.3243A>G疾病的遗传修饰因子，更揭示线粒体逆向信号通路（15-HETE/Akt/FoxO1）在细胞命运决定中的核心作用。临床层面，为解释同突变不同表型提供分子基础；治疗层面，提示15-HETE可能成为干预靶点。方法学上，建立单倍型-代谢通路-表型的完整研究范式，为其他线粒体疾病研究提供借鉴。