《Journal of Translational Autoimmunity》：Downregulated ECHS1 and HADH-Mediated Fatty Acid β-Oxidation Contributes to Mitochondrial Dysfunction in Salivary Glands of Sj?gren's Syndrome
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本研究针对干燥综合征（SS）唾液腺分泌功能障碍的机制不明问题，系统探究了线粒体结构与功能异常及其关键调控因子。研究发现SS患者及模型小鼠唾液腺中线粒体出现肿胀、嵴断裂等结构损伤，并伴随ROS升高和膜电位（ΔΨm）下降；通过转录组测序与生物信息学分析，筛选出81个线粒体相关差异表达基因（MR-DEGs），其中ECHS1和HADH在脂肪酸β-氧化（FAO）通路中表达显著下调，并经qPCR和免疫荧光验证。该研究从能量代谢角度揭示了SS腺体功能障碍的新机制，为靶向线粒体代谢的治疗策略提供了理论依据。
干燥综合征（Sj?gren's syndrome，SS）是一种常见的自身免疫性疾病，最典型的临床表现是口干眼干，这是因为人体的外分泌腺功能出现了障碍。据统计，全球大约有0.5%-1.0%的人受此病困扰，尤其好发于40-50岁的女性。虽然传统的观点认为，淋巴细胞浸润导致的腺体破坏是SS分泌功能下降的核心原因，但临床上常常观察到，患者腺体功能受损的程度与其结构破坏的程度并不完全匹配。这提示我们，背后可能隐藏着更为复杂的病理生理过程。近年来，科学家们将目光投向了细胞内的“能量工厂”——线粒体。有研究发现，SS患者唾液腺细胞中的线粒体形态出现了异常，并且这种异常与疾病的严重程度相关。线粒体通过脂肪酸β-氧化（Fatty acid β-oxidation, FAO）、三羧酸循环（Tricarboxylic acid cycle, TCA cycle）和氧化磷酸化（Oxidative phosphorylation, OXPHOS）等一系列精密的过程为细胞提供能量（ATP）。其中，脂肪酸β-氧化是产生能量的关键途径之一，而短链烯酰辅酶A水合酶1（ECHS1）和短链L-3-羟酰辅酶A脱氢酶（HADH）则是这个过程中两个至关重要的酶。它们功能的失常可能导致有毒脂质中间体堆积、线粒体功能受损和能量供应不足。那么，在SS的唾液腺中，线粒体的结构和功能究竟发生了什么变化？ECHS1和HADH又是否在其中扮演了关键角色？为了回答这些问题，来自重庆市中医院风湿病科的研究团队开展了一项系统性的研究，其成果发表在《Journal of Translational Autoimmunity》上。
为了深入探究SS唾液腺线粒体功能障碍的机制，研究人员综合运用了多种关键技术方法。他们收集了SS患者和匹配的非SS对照者的唾液腺活检样本，并使用了非肥胖糖尿病（Non-obese diabetic, NOD）小鼠作为疾病模型，以ICR品系小鼠作为对照。通过透射电子显微镜（Transmission Electron Microscopy, TEM）观察线粒体超微结构；利用流式细胞术检测活性氧（Reactive Oxygen Species, ROS）水平和线粒体膜电位（ΔΨm）；对小鼠颌下腺组织进行转录组测序，筛选差异表达基因（Differentially Expressed Genes, DEGs），并与MitoCarta3.0数据库中的线粒体相关基因取交集，获得线粒体相关差异表达基因（Mitochondria-Related DEGs, MR-DEGs），随后进行KEGG通路富集分析和GO功能注释；利用TCMNP数据库构建蛋白-蛋白互作（Protein-Protein Interaction, PPI）网络筛选核心基因；最后通过GEO数据库（GSE40611数据集）验证、实时荧光定量PCR（qPCR）和免疫荧光染色技术在mRNA和蛋白水平对关键靶点进行验证。
3.1. SS患者唾液腺组织中线粒体结构损伤显著
透射电子显微镜观察结果显示，与非SS对照组相比，SS患者唾液腺腺泡细胞中的线粒体超微结构受到了严重破坏。对照组的线粒体形态完整，内部结构致密，嵴清晰可辨；而SS组的线粒体则出现了明显的肿胀和嵴断裂。这直接证实了SS患者唾液腺组织中存在明显的线粒体结构损伤。
3.2. NOD小鼠模型重现线粒体结构与功能异常
利用NOD小鼠模型进行研究，研究人员首先证实该模型重现了线粒体结构损伤：ICR对照小鼠唾液腺线粒体结构正常，而NOD小鼠则表现出显著的线粒体肿胀和嵴断裂。其次，NOD小鼠唾液腺表现出强烈的氧化应激：使用DCFH-DA荧光探针检测发现，NOD小鼠唾液腺细胞的平均荧光强度显著高于ICR对照组，表明细胞内存在大量ROS积累和氧化应激升高。最后，NOD小鼠唾液腺线粒体膜电位（ΔΨm）降低：JC-1荧光探针检测显示，NOD组的红/绿荧光强度比值显著低于ICR对照组，表明ΔΨm降低，膜通透性增加，线粒体功能严重受损。总之，NOD小鼠的唾液腺组织不仅出现了与人SS病理相似的线粒体结构损伤，还出现了以ROS增加和ΔΨm降低为主要特征的功能障碍。
3.3. 高质量的转录组测序数据
对小鼠颌下腺组织的转录组测序数据进行质量评估表明，所有样本数据均符合后续分析标准。有效读数占比高，Q20和Q30得分均优于标准，表明测序质量高且准确，适用于后续生物信息学分析。
3.4. DEGs的筛选与功能富集分析
基因表达分析揭示了ICR对照组和NOD组之间存在显著的转录组差异。共鉴定出1410个DEGs，其中在NOD组中上调784个，下调626个。功能富集分析显示，上调的DEGs主要富集在免疫和炎症相关通路，如细胞因子-细胞因子受体相互作用、造血细胞谱系等；而下调的DEGs则显著富集于核心能量代谢相关通路，包括PPAR信号通路、AMPK信号通路、脂肪酸代谢、脂肪酸生物合成和TCA循环等。GO分析结果与此一致，下调基因主要参与脂肪酸代谢过程、定位于脂滴等。
3.5. MR-DEGs的筛选与功能分析
将DEGs与MitoCarta3.0数据库中的1140个线粒体相关基因取交集，获得了81个MR-DEGs。功能富集分析表明，这些MR-DEGs显著富集于能量代谢通路，如丙酸代谢、脂肪酸生物合成、脂肪酸代谢、缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸降解以及TCA循环。GO分析进一步显示，MR-DEGs主要参与有机酸分解代谢过程和脂肪酸代谢过程，定位于线粒体基质，并具有连接酶活性等功能。
3.6. 核心枢纽基因的筛选
通过TCMNP数据库为MR-DEGs构建PPI网络，经过富集分析筛选出七个核心枢纽基因：ECHS1、HADH、PCX、ACADM、ACACA、FASN和ACLY。其中，ECHS1和HADH之间的相互作用评分最高（0.99），提示它们可能存在紧密的功能联系。
3.7. 核心枢纽基因的验证
为了验证这些发现，研究人员利用公共GEO数据集（GSE40611）对筛选出的核心枢纽基因进行了分析。该数据集包含17例SS患者、14例非SS患者和18例健康对照的唾液腺转录组数据。分析结果显示，ECHS1和HADH在SS患者唾液腺组织中的表达水平显著下调。值得注意的是，在核心基因中，只有ECHS1和HADH在健康对照 vs. SS组以及SS组 vs. 非SS对照组的比较中均显示出统计学显著差异。随后的实验验证证实了这一趋势：在NOD模型小鼠的颌下腺组织中，ECHS1和HADH的mRNA表达水平显著低于ICR对照组；在人类唾液腺组织切片中，SS患者ECHS1和HADH的蛋白表达水平和荧光强度也显著低于非SS对照。
本研究证实，SS唾液腺分泌功能障碍与线粒体结构和功能异常密切相关。SS患者和模型小鼠的唾液腺中线粒体出现了明显的超微结构损伤（肿胀、嵴断裂）和功能失调（ROS升高、ΔΨm降低）。转录组学和生物信息学分析揭示了差异表达基因显著富集于脂肪酸代谢、TCA循环等能量代谢通路。通过系统筛选和验证，研究人员将焦点锁定在两个关键酶——ECHS1和HADH上。它们在SS唾液腺中的表达在mRNA和蛋白水平均显著下调。ECHS1和HADH是脂肪酸β-氧化过程中连续催化的两个关键酶，它们的下调可能导致脂肪酸β-氧化过程受阻，引起能量代谢紊乱和线粒体功能障碍。这项研究从能量代谢的新视角，补充了人们对SS腺体功能障碍机制的理解，指出线粒体功能障碍可能是导致SS腺体分泌缺陷的关键环节。靶向线粒体功能和代谢通路，例如调控ECHS1和HADH的表达或活性，可能成为未来SS治疗的一个潜在新方向。当然，该研究也存在一些局限性，如临床样本量有限，未来需要更大样本的验证，以及更深入的功能性研究来阐明相关基因的具体调控机制。随着多组学技术的发展，未来有望更系统地揭示SS中线粒体代谢紊乱的全景图及其调控网络。
