慢性阻塞性肺疾病患者肺线粒体中琥珀酰化的差异表达及其与氧化应激的相关性

《Respiratory Medicine》：Differential expression of succinylation in lung mitochondria of patients with chronic obstructive pulmonary disease and its correlation with oxidative stress

　　

滕萌|张学莲|鲍永江|迈赫穆蒂·迈利帕|蒋长敏|阿拉拜迪·布阿伊莎|翟丽燕

新疆维吾尔自治区第八人民医院综合内科，中国乌鲁木齐

摘要

背景

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种以持续气流受限为特征的全球性疾病。其发病机制复杂，目前尚无有效的治疗方法。尽管线粒体功能障碍和氧化应激与COPD的病理过程密切相关，但琥珀酰化在COPD患者肺线粒体中的具体作用尚不清楚。

目的

研究COPD患者肺线粒体中琥珀酰化的表达及其与氧化应激的关系。

方法

使用液相色谱-质谱法分析了COPD患者（n = 3）和非COPD个体（n = 3）的肺线粒体蛋白质组，并通过RT-qPCR（每组n = 10）和Western blot（每组n = 10）进行了表达验证。

结果

与非COPD组相比，COPD组中有72种蛋白质发生上调，99种蛋白质发生下调。这些差异表达的蛋白质主要参与线粒体呼吸链、氧化应激反应和能量代谢途径。COPD组中HBB、HBA和UQCRB的mRNA和蛋白质表达水平显著升高（P<0.001），而SOD2和UQCRC1的表达水平显著降低（P<0.001）。

结论

本研究首次揭示了COPD患者肺线粒体中琥珀酰化的差异表达谱及其与氧化应激和线粒体功能障碍的关系。这些关键蛋白质的鉴定为COPD的早期诊断和靶向治疗提供了候选生物标志物。这为探索琥珀酰化的调控机制奠定了基础。

引言

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是最常见的慢性疾病之一，也是全球第三大死亡原因[1]。在中国，COPD的死亡率已超过肺癌，该疾病的负担显著高于全球平均水平[2]。尽管COPD的发病率和影响巨大，但其发病机制仍然复杂，目前尚无有效的治疗方法[3, 4, 5, 6]。

COPD的一个关键特征是气道的慢性炎症[7, 8, 9]。研究表明，赖氨酸琥珀酰化会影响炎症相关蛋白（如转录因子和细胞因子）的功能，并调节炎症信号的传递[10, 11]。这表明赖氨酸琥珀酰化可能在COPD的炎症反应过程中起作用。此外，COPD患者的氧化应激水平通常升高[12, 13, 14, 15]。赖氨酸琥珀酰化可能通过改变抗氧化蛋白（如超氧化物歧化酶）的活性或稳定性来加剧或缓解氧化应激，从而影响肺组织的损伤和修复[16, 17, 18, 19]。此外，凋亡和肺纤维化是COPD进展的重要因素[20, 21, 22, 24]。赖氨酸琥珀酰化可能通过调节凋亡相关或纤维化相关蛋白的功能来影响肺组织结构的破坏和重塑[25]。此外，代谢异常在COPD中也起着重要作用。赖氨酸琥珀酰化可能通过调节参与糖酵解或三羧酸循环的代谢酶的活性来影响细胞能量代谢，从而促进COPD的病理过程[10, 16]。因此，虽然赖氨酸琥珀酰化可能在COPD的发展中起关键作用，但其在线粒体中的具体机制仍不清楚。

为了研究COPD患者肺线粒体中琥珀酰化的表达及其与氧化应激的相关性，我们分析了2021-2022年间接受肺大泡楔形切除术的8名COPD患者和8名非COPD个体的肺线粒体蛋白质组。研究采用了液相色谱-质谱（LC-MS/MS）和Western blot技术。我们比较了琥珀酰化蛋白表达的差异及其与氧化应激的关系。我们的研究首次揭示了COPD患者肺线粒体中琥珀酰化修饰的独特表达模式及其与氧化应激和线粒体功能障碍的关联，为进一步研究琥珀酰化修饰的调控机制和新干预方法的发展奠定了基础。

章节片段

研究对象和样本收集

该研究获得了中国新疆维吾尔自治区生殖健康医院（新疆维吾尔自治区第八人民医院）伦理委员会的批准（批准编号2020XE0125）。研究时间为2021年至2022年，研究对象为接受肺大泡楔形切除术的患者肺组织样本。样本分为COPD组（伴有肺大泡楔形切除术的COPD患者，n = 10）和非COPD组

患者基本信息

COPD组和非COPD组在性别比例（χ2检验，χ2 = 0，P = 1）、年龄（t检验，t = 0.766，P = 0.454）、体温（t检验，t = 0.409，P = 0.688）、呼吸频率（t检验，t = 1.050，P = 0.309）、心率（t检验，t = -0.083，P = 0.935）和舒张压（t检验，t = 1.077，P = 0.296）方面没有显著差异，仅收缩压存在差异。非COPD个体的收缩压显著高于COPD患者（t

讨论

已在COPD患者的外周血中检测到线粒体功能障碍，表明这可能是该疾病的潜在机制[32]。我们之前的研究还发现，COPD大鼠肺组织中发生琥珀酰化的蛋白质与能量合成和转化过程（如细胞有氧呼吸、氨基酸和脂肪代谢）密切相关。这些蛋白质还参与细胞内线粒体的组成和线粒体呼吸

结论

这是首次研究COPD患者肺组织中发生琥珀酰化的蛋白质。发现了5种与线粒体呼吸链和氧化应激途径相关的差异蛋白：HBB、HBA、SOD2、UQCRB和UQCRC1。这些蛋白在COPD患者的线粒体中的水平存在显著差异。这些蛋白在线粒体呼吸链和调节有氧呼吸及抗氧化反应中起着关键作用

CRediT作者贡献声明

阿拉拜迪·布阿伊莎：方法学、研究、数据分析。翟丽燕：方法学、研究、数据分析。蒋长敏：验证、方法学、研究。鲍永江：可视化、验证、监督、方法学、研究、数据管理。迈赫穆蒂·迈利帕：方法学、研究、数据分析。滕萌：撰写-审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、项目协调、方法学、研究、资金支持

利益冲突声明

我们没有需要声明的利益冲突。

伦理批准和知情同意

该研究获得了中国新疆维吾尔自治区生殖健康医院（新疆维吾尔自治区第八人民医院）伦理委员会的批准（批准编号：2020XE0125），并遵循《赫尔辛基宣言》（2013年修订版）进行。所有受试者均签署了书面知情同意书。

数据可用性声明

所有数据均见补充材料。

资金支持

本研究得到了新疆自治区青年启航学者计划以及新疆维吾尔自治区卫生健康委员会“天山人才”培训计划医学和健康高层次人才项目的支持[资助编号TSYC202401B158]。

利益冲突声明

作者声明没有已知的可能会影响本文所述工作的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢来自中国佛山广东美利康生物科技有限公司的匿名专家在数据分析方面提供的帮助。