酸性鞘磷脂酶通过MICU1介导线粒体钙超载诱发糖尿病心肌病

本研究针对糖尿病心肌病（DCM）中线粒体钙稳态失衡的机制展开探索。中南大学团队发现，高脂饮食/链脲佐菌素（HFD/STZ）诱导的酸性鞘磷脂酶（ASMase）上调通过增强线粒体相关内质网膜（MAMs）形成，激活线粒体钙摄取蛋白MICU1，导致线粒体Ca2+超载、活性氧（ROS）生成及自噬阻滞，最终诱发心肌细胞凋亡。靶向ASMase-MICU1通路为DCM治疗提供了新策略。

　　

论文解读

研究背景与意义

糖尿病心肌病（Diabetic Cardiomyopathy, DCM）是糖尿病患者心衰死亡的主因，其特征为早期舒张功能障碍进展为收缩功能衰竭。尽管钙离子（Ca²⁺）稳态失衡（尤其是线粒体钙失调）被公认为DCM的核心机制，但具体调控通路尚未明确。酸性鞘磷脂酶（Acid Sphingomyelinase, ASMase）在心血管疾病中作用关键，前期研究表明其促进高脂饮食（HFD）诱导的心肌细胞凋亡，然而ASMase是否通过调控线粒体钙稳态参与DCM仍属未知。

研究团队与方法

中南大学湘雅三医院方维金与唐永钟团队联合广州医科大学第二附属医院，通过构建心肌细胞特异性ASMase基因敲除（ASMase^Myh6KO）小鼠模型，结合高脂饮食/链脲佐菌素（HFD/STZ）诱导的2型糖尿病模型，系统探究ASMase在DCM中的作用机制。研究采用四大关键技术：

1. 基因工程模型：心肌细胞特异性ASMase敲除小鼠与糖尿病模型整合；
2. 多组学分析：单细胞测序结合GO/KEGG富集筛选关键通路；
3. 亚细胞钙成像：Flou-4 AM（胞质钙）、Rhod-2 AM（线粒体钙）、Mag-Fluo4 AM（内质网钙）三重探针动态监测；
4. 超微结构解析：透射电镜（TEM）观察线粒体-肌质网（SR）接触距离及自噬小体。

研究结果与发现

1. ASMase缺失改善心功能与心肌重构
   HFD/STZ诱导的糖尿病小鼠出现心脏射血分数（EF%）、缩短分数（FS%）显著下降（P<0.001），心肌细胞横截面积增大及胶原纤维沉积。ASMase^Myh6KO小鼠心功能指标恢复近正常水平，心肌肥厚与纤维化明显减轻（图1F-L）。

1. ASMase缺失减轻脂毒性与线粒体损伤
   糖尿病心肌脂质堆积（油红O染色阳性率↑2.1倍）及线粒体嵴结构破坏，伴随ROS爆发（DHE染色↑3倍）和细胞凋亡（TUNEL阳性细胞↑4.5倍）。ASMase敲除后脂滴数量减少56%，线粒体形态恢复，氧化应激与凋亡被抑制（图2A-I）。

1. 钙稳态失调是DCM核心机制
   单细胞测序发现：糖尿病心肌细胞中270个差异基因富集于"心肌收缩"与"线粒体钙离子浓度正向调控"通路（图3F）。蛋白检测显示MICU1表达上调2.3倍（P<0.001），而线粒体钙单向转运体（MCU）、钙释放激活通道调节因子（SARAF）未变化（图3H-M）。

2. ASMase通过MICU1扰乱钙稳态
   高糖+棕榈酸（HG+PA）刺激H9c2细胞后：

   • 线粒体钙24小时起持续升高（Rhod-2/MitoTracker共定位↑2.8倍）；
   • 内质网钙6小时起持续降低（Mag-Fluo4/ER-Tracker↓62%）；
   • ASMase过表达复制上述现象并上调MICU1（图4C-K）。

1. 靶向ASMase挽救钙超载
   shRNA敲低ASMase后：

   • HG+PA诱导的线粒体钙超载下降54%；
   • MICU1表达回落至基线；
   • ROS生成与细胞凋亡被抑制（图5F-Q）。

2. MAMs介导钙穿梭与自噬阻滞
   关键发现：

   • 线粒体钙抑制剂钌红（RuR）未能完全阻断钙超载，提示非MCU主导途径；
   • 糖尿病心肌中SR-线粒体接触距离缩短48%（P<0.001），表明MAMs形成增强（图6B-C）；
   • ASMase过表达导致自噬标志物LC3II累积且p62↑2.1倍，而基因敲除恢复自噬流（图6F-N）。

结论与意义

本研究首次阐明 ASMase-MICU1-MAMs轴在DCM中的核心作用：糖尿病应激上调ASMase，通过促进MAMs形成增强内质网-线粒体钙穿梭，激活MICU1介导的线粒体钙超载，进而触发ROS爆发、自噬阻滞及心肌细胞凋亡（图6示意通路）。其三重突破在于：

1. 机制创新：揭示ASMase非脂质依赖的新功能——调控细胞器钙交流；
2. 方法整合：结合单细胞测序与亚细胞动态成像解析时空机制；
3. 治疗靶点：证实靶向ASMase可逆转钙稳态失衡，为临床提供新策略（如ASMase抑制剂阿米替林）。

该研究发表于心血管代谢领域顶刊《Cardiovascular Diabetology》，为糖尿病心脏并发症的精准干预奠定理论基础。未来需进一步探索ASMase调控MAMs的具体分子开关，以及靶向药物在人体中的转化应用。