靶向DNA纳米笼通过HO-1-LTN1-NDUFA6蛋白质稳态轴保护线粒体减轻脓毒症相关急性肾损伤

《Journal of Nanobiotechnology》：Mechanism of HO-1 in alleviating sepsis-associated acute kidney injury via regulating mitochondrial proteostasis and targeted intervention with DNA nanomaterials

摘要

背景

脓毒症相关急性肾损伤（S-AKI）是导致全身性死亡和慢性肾功能不全的主要驱动因素，但目前仍缺乏有效的基于机制的干预手段。

结果

临床分析显示，S-AKI患者存在显著的氧化应激失衡，表现为血清超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）水平降低。在此，我们发现以血红素加氧酶-1（HO-1）为核心的线粒体保护性蛋白质稳态轴，通过稳定线粒体复合体I的关键亚基NDUFA6，维持肾小管上皮细胞的稳态。基于HO-1的免疫沉淀-质谱分析（IP-MS）鉴定出NDUFA6为HO-1的高亲和力结合蛋白，进一步研究揭示LTN1是一种调控NDUFA6周转的E3连接酶。在机制上，HO-1通过与NDUFA6相互作用，并通过减轻LTN1介导的K48连接泛素化来维持其稳定性，而LTN1则促进NDUFA6的泛素依赖性降解。为将这些发现转化为治疗策略，我们设计了一种功能化修饰G4/血晶素的六面体DNA纳米笼（DNA cube）。该平台表现出优异的理化稳定性、肾脏特异性蓄积以及线粒体靶向定位能力。在CLP诱导的S-AKI模型和脂多糖（LPS）刺激的HK-2细胞中，G4/血晶素-DNA cube显著减轻了肾损伤，抑制了炎症反应、氧化应激及线粒体介导的细胞凋亡。值得注意的是，HO-1的敲低在很大程度上消除了这些治疗获益。

结论

本研究阐明了HO-1–LTN1–NDUFA6蛋白质稳态轴在线粒体完整性中的关键作用，并提出了一种基于靶向DNA纳米结构的S-AKI精准治疗策略。

图形摘要

背景

脓毒症相关急性肾损伤（S-AKI）是导致全身性死亡和慢性肾功能不全的主要驱动因素，但目前仍缺乏有效的基于机制的干预手段。

结果

临床分析显示，S-AKI患者存在显著的氧化应激失衡，表现为血清超氧化物歧化酶（SOD）活性和谷胱甘肽（GSH）水平降低。在此，我们发现以血红素加氧酶-1（HO-1）为核心的线粒体保护性蛋白质稳态轴，通过稳定线粒体复合体I的关键亚基NDUFA6，维持肾小管上皮细胞的稳态。基于HO-1的免疫沉淀-质谱分析（IP-MS）鉴定出NDUFA6为HO-1的高亲和力结合蛋白，进一步研究揭示LTN1是一种调控NDUFA6周转的E3连接酶。在机制上，HO-1通过与NDUFA6相互作用，并通过减轻LTN1介导的K48连接泛素化来维持其稳定性，而LTN1则促进NDUFA6的泛素依赖性降解。为将这些发现转化为治疗策略，我们设计了一种功能化修饰G4/血晶素的六面体DNA纳米笼（DNA cube）。该平台表现出优异的理化稳定性、肾脏特异性蓄积以及线粒体靶向定位能力。在CLP诱导的S-AKI模型和脂多糖（LPS）刺激的HK-2细胞中，G4/血晶素-DNA cube显著减轻了肾损伤，抑制了炎症反应、氧化应激及线粒体介导的细胞凋亡。值得注意的是，HO-1的敲低在很大程度上消除了这些治疗获益。

结论

本研究阐明了HO-1–LTN1–NDUFA6蛋白质稳态轴在线粒体完整性中的关键作用，并提出了一种基于靶向DNA纳米结构的S-AKI精准治疗策略。

图形摘要