《Cellular Signalling》：TRPM7-mediated calcium signaling contributes to Hyperglycemia-induced mitochondrial dysfunction and apoptosis in retinal Müller cells
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Zhen Guo|Jing Tian|Xinyu Wei|Jun Zhou|Xin Meng|Lin Mou|Yue He|Jing Wei|Junguo Duan|Dongchuan Zuo|Ping Liu中国四川省泸州市646000，西南医科大学附属中医医院，医疗机构制剂与
Zhen Guo|Jing Tian|Xinyu Wei|Jun Zhou|Xin Meng|Lin Mou|Yue He|Jing Wei|Junguo Duan|Dongchuan Zuo|Ping Liu
中国四川省泸州市646000，西南医科大学附属中医医院，医疗机构制剂与大型健康产品研发泸州重点实验室
摘要
钙信号失调是代谢性疾病中线粒体功能障碍的重要诱因，但高血糖压力与细胞器内钙离子超载之间的上游机制仍不明确。瞬时受体电位黑素素7通道具有钙离子通透性且具备独特的激酶活性，可作为信号传导节点，但其在高血糖引发的胶质细胞损伤中的作用尚不清楚。本研究探讨了在高血糖压力下TRPM7是否介导视网膜穆勒细胞的线粒体功能障碍和细胞凋亡。我们利用链脲佐菌素/高脂饮食诱导的糖尿病小鼠模型以及高葡萄糖处理的穆勒细胞，检测了视网膜病变、细胞死亡、线粒体功能及细胞内钙离子动态变化。通过慢病毒shRNA技术实现TRPM7的基因沉默以确定其因果关系。在体内实验中，高血糖会导致视网膜损伤、氧化应激、穆勒细胞活化及细胞凋亡，同时伴随TRPM7表达升高，不过组织学检测仅在部分动物中进行（每组3只小鼠）。在体外实验中，高葡萄糖会引发TRPM7表达的时序性上升，进而导致钙离子持续升高、电压依赖性阴离子通道1的表达增加、线粒体通透性转孔开放、线粒体膜电位下降、ATP耗竭、氧化应激及炎症反应。TRPM7的基因沉默可消除钙离子超载，降低VDAC1表达，恢复线粒体结构，抑制氧化应激和炎症反应，并防止细胞凋亡。这些发现表明TRPM7是通过钙离子/VDAC1/线粒体通透性转孔途径参与高血糖诱导的线粒体功能障碍的关键上游信号分子。针对TRPM7介导的钙信号通路可能为保护代谢性疾病中的胶质细胞功能提供新的治疗策略。
引言
糖尿病视网膜病变是全球工作年龄人群中可预防性失明的主要病因之一[1]。全球糖尿病患病率的上升进一步加重了这一微血管并发症带来的临床和经济负担[2]、[3]。目前的治疗方案，尤其是那些针对血管内皮生长因子的疗法，主要适用于晚期增殖性病变，对早期神经胶质细胞变性作用有限[4]。因此，识别在不可逆血管病变出现之前导致视网膜细胞功能障碍的初始分子事件，对于开发基于机制的治疗方法而言至关重要。
穆勒细胞是遍布整个视网膜层的核心胶质细胞群，其在维持代谢稳态、缓冲细胞外离子、保持血-视网膜屏障完整性以及支持神经元功能方面起着不可或缺的作用[5]、[6]。在糖尿病状态下，这类细胞是最早出现病理改变的视网膜细胞之一。高血糖会引发反应性胶质增生，扰乱谷氨酸的处理机制，促进炎性细胞因子的释放，还会导致穆勒细胞出现线粒体功能障碍和细胞凋亡[7]、[8]。这些胶质细胞异常共同导致了神经血管单元的破坏，是早期糖尿病视网膜病变进展的关键致病因素[9]、[10]、[11]。
瞬时受体电位通道家族可作为多种细胞传感器，检测并响应不同的环境及代谢刺激[12]、[13]。其中，TRPM7（瞬时受体电位黑素素7）具有独特的双重结构，既包含钙离子通透性的阳离子通道，又具备α-激酶结构域，因此可作为整合信号节点，将外部刺激转化为多种细胞内信号级联反应[14]。越来越多的证据表明TRPM7与多种糖尿病并发症的发病机制有关。例如，在糖尿病心肌病中，TRPM7介导的钙离子超载会直接引发线粒体氧化应激并促进心肌细胞凋亡[15]、[16]。在视网膜中，已有研究证实穆勒细胞存在TRPM7表达，且在缺血损伤后其表达会升高[17]。然而，单纯的高血糖压力是否就能激活这些胶质细胞中的TRPM7，以及这种激活如何导致线粒体功能障碍和细胞死亡，目前仍缺乏相关研究。
线粒体功能障碍和氧化应激是糖尿病视网膜损伤的典型特征[18]。过量的活性氧生成、线粒体膜电位异常以及细胞内ATP耗竭会共同导致穆勒细胞功能障碍并最终引发细胞凋亡[19]、[20]。位于线粒体外膜的电压依赖性阴离子通道1可作为核心枢纽，将钙离子信号与线粒体的命运决定联系起来[21]、[22]。它能够调节钙离子流动，同时也是线粒体通透性转孔这一细胞死亡信号传导关键节点的主要调控因子[23]、[24]。值得注意的是，细胞质中的钙离子信号可以调控VDAC1的表达和开放状态，但高血糖与视网膜胶质细胞中这一线粒体通道之间的上游调控机制仍不明确。
基于以上分析，我们推测慢性高血糖会提升视网膜穆勒细胞中TRPM7的表达，从而导致钙离子持续内流，进而激活VDAC1-线粒体通透性转孔信号级联反应，引发线粒体功能障碍、氧化应激，最终导致细胞凋亡。为验证这一假设，我们使用了链脲佐菌素/高脂饮食诱导的糖尿病小鼠模型以及高葡萄糖处理的穆勒细胞系，并通过TRPM7的基因沉默来确认因果关系。本研究旨在阐明TRPM7在穆勒细胞钙离子/VDAC1/线粒体通透性转孔信号级联反应中的作用，以及它在高血糖引发的胶质细胞损伤中的贡献，从而为将TRPM7作为糖尿病视网膜病变的早期干预靶点提供理论依据。
章节节选
动物模型与实验设计
动物福利与伦理考量：所有动物实验均获得了西南医科大学动物护理与使用委员会的批准（批准号20251106–046），并且严格遵循美国国立卫生研究院的《实验室动物护理和使用指南》进行。
动物来源与饲养条件：实验用小鼠为6周龄雄性C57BL/6 J品系（批次编号：110322251103694563），购自西南医科大学所属的北京实验动物有限公司
高血糖会在体内引发视网膜结构损伤、血管渗漏及氧化应激
为了解析我们所建立的糖尿病模型中的视网膜整体病变情况，我们通过对视网膜切片进行H&E染色、进行眼底荧光血管造影以评估血管完整性，以及使用二氢乙二胺染色检测体内的氧化应激水平。与糖尿病视网膜病变的典型病理特征一致，高血糖组小鼠的视网膜存在明显的结构异常，包括整体厚度增加、视网膜层结构紊乱以及炎症细胞浸润
TRPM7在高血糖引发的穆勒细胞损伤中起关键作用
本研究表明，TRPM7表达的上调会加剧高血糖压力下视网膜穆勒细胞的钙离子信号传导、线粒体功能障碍及细胞凋亡。在体内实验中，我们观察到高血糖、TRPM7表达升高、穆勒细胞活化以及视网膜细胞凋亡之间存在显著的正相关关系。通过体外实验，我们进一步证实高葡萄糖处理会以时序性方式提升TRPM7的表达，从而导致持续的
结论
总之，本研究为TRPM7在糖尿病视网膜病变早期神经胶质细胞损伤中的作用提供了证据。我们的数据支持这样一种机制：早期钙离子内流会启动信号级联反应，而TRPM7表达的上调则通过钙离子/VDAC1/线粒体通透性转孔级联反应放大并维持这一信号，从而将慢性高血糖与穆勒细胞的线粒体功能障碍及细胞凋亡联系起来。该机制涉及多个中间信号传导步骤，其中包括依赖活性氧的信号传导
作者贡献
P.L.和D.Z.负责本研究的设计工作。Z.G.和J.T.承担实验操作。X.W.、J.Z.和X.M.负责数据解读。L.M.和Y.H.负责数据分析。J.W.和J.D.协助样本收集。所有作者均已阅读并同意最终发表的手稿版本。
CRediT作者贡献说明
Zhen Guo：论文撰写——初稿撰写、实验研究、概念构思。Jing Tian：正式分析。Xinyu Wei：正式分析。Jun Zhou：结果可视化、实验研究。Xin Meng：结果可视化。Lin Mou：结果验证、研究监督。Yue He：研究监督、概念构思。Jing Wei：研究监督。Junguo Duan：研究监督、概念构思。Dongchuan Zuo：论文撰写——审阅与编辑、概念构思。Ping Liu：资金筹集、概念构思。
资助情况
本研究得到了四川省中医药管理局重大项目的资助，项目编号为2024ZD001；同时，本文的通讯作者经费还获得了泸州市科技局项目的资助，项目编号分别为2023SYF128、2024RQN228、2023JYJ056。
