高脂饮食下DPP-4抑制诱导的性别特异性心脏代谢重塑：来自心脏蛋白质组学的见解

《Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases》：Sex-Specific Cardiometabolic Remodeling Induced by DPP-4 Inhibition under High-Fat Diet: Insights from Cardiac Proteomics

　　

背景与目的：二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂广泛应用于2型糖尿病管理，并普遍被认为具有心血管安全性。然而，其在代谢应激下对心脏的机制性作用仍不完全清楚。方法与结果：在本研究中，研究人员在饮食诱导肥胖小鼠模型中探究了DPP-4抑制剂利格列汀（L）对心脏蛋白质组的性别特异性响应。雄性和雌性C57BL/6N小鼠分别接受正常饲料或高脂饲料喂养15周，并通过饮食补充接受L（饲料中0.003% w/w；估计暴露量约120 μg/天）。采用无标记鸟枪法蛋白质组学分析心脏组织。高脂饮食诱导了显著且性别依赖性的心脏蛋白质组重塑。L根据性别和代谢背景产生不同的效应，部分抵消了肥胖诱导的改变，尤其在雌性中。在高脂条件下，L调节了与线粒体能量代谢、脂质代谢、心脏传导、钙通道活性和心肌结构组织相关的性别特异性蛋白质组特征，这些生物学过程在实验和临床研究中已被发现与心脏重塑相关。值得注意的是，在雄性和雌性之间出现了不同的分子特征，突显了心脏对代谢应激和药物干预响应的强烈性别二态性。结论：这些发现揭示了DPP-4抑制在心脏中具有双重且背景依赖性的作用，并提示代谢状态和性别可能关键影响其心血管效应。本研究为代谢应激条件下DPP-4抑制的心脏响应分子机制提供了新见解，并支持进一步探究性别特异性心脏代谢效应。

论文解读：高脂饮食下DPP-4抑制诱导的性别特异性心脏代谢重塑——来自心脏蛋白质组学的见解

**研究背景与目的**
二肽基肽酶-4（DPP-4）是一种丝氨酸蛋白酶，可切割多肽中的X-脯氨酸或X-丙氨酸二肽。除通过降解肠促胰素（如胰高血糖素样肽-1，GLP-1）在葡萄糖代谢中发挥既定作用外，DPP-4还作用于多种底物，包括生长因子、趋化因子、神经肽和血管活性肽，从而调节免疫应答、信号转导和细胞凋亡等关键生物学过程。鉴于其在心血管和脂肪组织中的广泛分布和活性，DPP-4与心脏代谢紊乱的发生发展密切相关。肥胖个体的内脏脂肪组织（VAT）中DPP-4表达升高，并与脂肪细胞肥大、胰岛素抵抗和组织炎症相关。大型随机临床试验（EXAMINE、SAVOR-TIMI 53、TECOS、CARMELINA和CAROLINA）一致表明，DPP-4抑制剂不增加主要不良心血管事件（包括心血管死亡、心肌梗死和卒中）的风险，但部分DPP-4抑制剂可能与心力衰竭风险增加有关，其潜在生物学机制尚不明确。这些观察提示，DPP-4抑制剂可能对心血管系统产生复杂且背景依赖性的作用。实验研究支持这一假说，显示DPP-4抑制可减轻肥胖和糖尿病模型中的心脏重塑、脂毒性、炎症和细胞凋亡，并改善心脏功能。然而，介导这些效应的分子途径，尤其是在肥胖相关代谢应激条件下，仍不明确。此外，尽管生物性别对心脏重塑和代谢适应的影响已被公认，但心脏对DPP-4抑制响应的潜在性别特异性差异尚未得到充分关注。阐明这些机制可能有助于解释临床和实验研究中报道的异质性心血管效应，并确定DPP-4抑制心脏代谢作用的新靶点。在本研究中，研究人员使用饮食诱导肥胖小鼠模型结合无标记鸟枪法蛋白质组学，表征了肥胖和瘦小鼠心脏对利格列汀（L）响应的蛋白质组，旨在识别肥胖相关心脏重塑的早期分子特征，表征正常和高脂（HF）饮食条件下DPP-4抑制的心脏效应，并探究这些响应中的性别特异性差异。该论文发表在《Nutrition, Metabolism and Cardiovascular Diseases》。

**主要关键技术方法**
研究人员采用的关键技术方法主要包括：动物模型为6周龄雌雄C57BL/6N小鼠（Charles River Laboratories），随机分为4组（每组n=8），分别接受正常饲料（NC，10%脂肪）、高脂饲料（HF，60%脂肪）、NC添加0.003% L（NCL）或HF添加0.003% L（HFL），共喂养15周。心脏组织分为心房和心室，进行蛋白质提取。采用无标记鸟枪法蛋白质组学，通过nanoHPLC–MS/MS（Orbitrap Fusion Tribrid质谱仪）进行肽段分析，并使用MaxQuant软件进行数据库检索和定量。部分关键蛋白（如细胞色素c氧化酶亚基2，Mt-co2；载脂蛋白A-I，Apoa1）通过平行反应监测（PRM）进行靶向验证。生物信息学分析采用Panther、ClueGO（Cytoscape）和Ingenuity Pathway Analysis（IPA）进行基因本体论（GO）和通路富集分析。

**研究结果**
**3.1 主成分分析**
在雌性和雄性小鼠中，主成分分析（PCA）显示HF组与其他组（HFL、NC、NCL）明显分离，表明高脂饮食对心脏蛋白质组有深远影响。ANOVA分析分别鉴定出雌性组间12个和雄性组间56个差异表达蛋白。

**3.2 差异表达蛋白的Panther和ClueGO分析**
Panther和ClueGO富集分析揭示了显著的性别特异性差异。在雌性小鼠中，主要变化涉及线粒体脂肪酸β-氧化和过氧化物酶体蛋白输入通路。在雄性小鼠中，显著变化涉及乳糜微粒组装和重塑、HDL重塑、视黄醇代谢和转运、线粒体呼吸电子传递、血小板脱颗粒、翻译后蛋白磷酸化以及胰岛素样生长因子（IGF）转运调节等通路。PRM验证证实了Mt-co2和Apoa1在HF组中升高，L补充仅在雄性中降低其丰度至对照水平，与性别特异性代谢重塑一致。进一步配对比较显示：雌性中HF和HFL持续富集过氧化物酶体蛋白输入和线粒体脂肪酸β-氧化；雄性中HF主要影响胆固醇代谢和与糖尿病心肌病相关的通路，而L在HFL中增强脂蛋白组装。L诱导的效应在性别间不同：雌性中心脏传导、丁酸代谢等通路下降，雄性仅丙酸代谢改变。HFL vs. HF仅在雌性中发现显著通路富集，涉及细胞质翻译、线粒体ATP合成和L1CAM（L1细胞黏附分子）相互作用。

**3.3 一对一比较分析中差异表达蛋白的IPA分析**
IPA分析基于Z评分预测了关键性别依赖性机制。在雌性（HF vs. NC）中，白细胞介素-5（IL-5）和转化生长因子β1（TGFB1）下降，脆性X信使核糖核蛋白1升高。在雄性中，HF诱导广泛的代谢反应，过氧化物酶体增殖物激活受体α（PPARA）、脂联素（ADIPOQ）和PPARγ共激活因子1α（PPARGC1A）上调，提示线粒体功能和能量代谢改变。在L补充（HFL vs. NCL）下，雌性中IL-5、核因子E2相关因子2、PPARG和PPARGC1A下降，提示细胞吞噬受损、脂质代谢和氧化应激响应紊乱；雄性中L通过预测激活叉头框蛋白O1（FOXO1）和肝X受体/维甲酸X受体（LXR/RXR）异二聚体促进内吞、自噬和胆固醇外排。在雌性（HFL vs. HF）中，MAP4K4升高和MLX相互作用蛋白样及PPARG降低提示脂质和葡萄糖稳态改变。L单独效应（NCL vs. NC）在雌性中激活去乙酰化酶（Sirtuin）信号通路。在雄性中，L调节关键代谢调节因子（PPARGC1A、PPARA），增强脂质/胆固醇转运，增加血管内皮生长因子A，并激活免疫和吞噬成分。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究证明心脏蛋白质组受代谢状态、生物性别和DPP-4抑制三者相互作用的影响。高脂饮食诱导了脂质代谢、线粒体功能和免疫相关通路的显著改变，与肥胖中观察到的代谢重编程一致。一个主要发现是心脏对HF饮食响应的显著性别二态性：雌性主要表现为线粒体脂肪酸β-氧化和能量代谢通路改变，提示其对营养过剩有更偏向代谢的适应；雄性则表现出更广泛的蛋白质组重塑，涉及脂蛋白代谢、HDL重塑、血小板脱颗粒和IGF相关通路，表明雄性小鼠对肥胖的蛋白质组响应更广泛。L在HF喂养的雌性中效应更显著，调节线粒体功能、氨基酸代谢、细胞质翻译和细胞黏附分子相关信号通路；在雄性中，L主要影响线粒体和生物能量通路，包括氧化磷酸化，且独立于饮食条件。L的效应高度依赖于代谢环境，在HF喂养条件下尤为突出，提示其重塑了代谢应激下的心脏蛋白质组响应。研究结论部分总结如下：总之，L在代谢应激条件下诱导早期、性别依赖性的心脏蛋白质组重塑。在部分减轻肥胖相关分子改变的同时，L重塑了涉及线粒体功能、能量代谢、脂质处理和与心脏重塑相关的其他生物学过程的通路。这些发现表明，心脏对DPP-4抑制的响应强烈受生物性别和代谢状态影响，强调了在评估DPP-4抑制的心血管后果时考虑这些变量的重要性。未来需结合靶向分子验证、独立实验队列、激素谱分析（包括GLP-1和脂联素）以及功能性心脏评估的研究，以确定所鉴定的蛋白质组特征的生物学相关性，并阐明DPP-4抑制心血管效应的机制。