组蛋白乳酸化介导USP22/HIF-1α的正反馈循环，从而促进糖尿病视网膜病变的进展

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Basis of Disease》：Histone lactylation mediates the USP22/HIF-1α positive feedback loop to promote the progression of diabetic retinopathy

　　

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  USP22 通过促进糖酵解和稳定 HIF-1α 来诱导视网膜色素上皮（RPE）细胞的凋亡。
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  USP22 在视网膜色素上皮细胞中去除泛素并稳定 HIF-1α。
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  糖酵解产生的乳酸通过 H3K18 乙酰化作用促进 USP22 的转录。
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  一个糖酵解/H3K18la/USP22/HIF-1α 的正反馈循环驱动糖尿病性视网膜病变（DR）的进展。
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  靶向组蛋白乙酰化-USP22-HIF-1α 轴可缓解糖尿病性视网膜病变。

引言

糖尿病性视网膜病变（DR）是糖尿病（DM）常见的临床并发症，是全球导致视力障碍和失明的主要原因之一。据统计，大约 30–40% 的 DM 患者会发展为 DR，且 60 岁以上的患者发病率显著增加 [1], [2]。持续的高血糖（HG）是 DM 的特征，也是 DR 发展的病理基础 [3]。高血糖可导致视网膜微血管通透性增加和细胞凋亡，最终导致视力丧失 [4]。目前 DR 的临床治疗主要通过玻璃体内药物注射、玻璃体手术和激光光凝来控制疾病进展，但总体治疗效果仍不尽如人意 [5]。因此，迫切需要探索更有效的干预目标和机制。

糖酵解是细胞在缺氧等应激条件下维持能量供应的主要代谢途径，通过分解葡萄糖生成三磷酸腺苷（ATP）[6]。最新研究表明，在高血糖条件下，糖酵解会通过促进视网膜细胞对葡萄糖的摄取和代谢来破坏细胞稳态 [7]，进而导致视网膜细胞死亡 [8]。糖酵解的最终产物乳酸不仅是线粒体呼吸的重要能量来源 [9]，还能介导组蛋白乙酰化，这是一种在基因表达中起重要作用的表观遗传修饰 [10]。最近的研究表明，组蛋白乙酰化在 DR 的发展和进展中也起着关键作用。例如，乳酸介导的组蛋白乙酰化可通过上调 FTO 来促进内皮细胞周期进展和顶端细胞形成，以及 DR 中的血管生成 [11]。ALKBH5 介导的组蛋白修饰同样有助于 Müller 细胞的激活和 DR 的表现 [12]。然而，组蛋白乙酰化调控 DR 的具体机制尚不完全清楚。

泛素化修饰是 DR 进展中关键的翻译后修饰机制之一。去泛素化酶（DUBs）在此过程中发挥作用，主要负责从底物蛋白上清除泛素分子，从而使底物蛋白逃避蛋白酶体的降解并保持蛋白质稳定性 [13]。泛素特异性蛋白酶 22（USP22）作为 DUB 家族的一员，在肿瘤细胞的多种生理功能中起关键作用，包括 DNA 损伤修复、细胞增殖和凋亡 [14], [15]。最新研究表明，USP22 可通过诱导胰腺 β 细胞的铁死亡（ferroptosis）来促进 DM 的进展 [16]。在糖尿病肾病中，USP22 通过去除 Snail1 的泛素化来促进糖尿病微管间质纤维化 [17]。此外，先前的研究发现 USP22 的过表达与糖酵解的发生密切相关 [18]。然而，USP22 在 DR 病理发生中的具体作用以及糖酵解是否通过组蛋白乙酰化调控 USP22 表达仍然不明确，尚未得到明确证实。

缺氧诱导因子 1α（HIF-1α）是一种关键的转录因子，可调节细胞对缺氧的适应和糖酵解相关基因的转录 [19] [20]。临床研究发现，DR 患者的玻璃体液中 HIF-1α 的表达显著上调 [21]。HIF-1α 通过上调糖酵解引发氧化应激，导致感光细胞损伤，进而加剧 DR 中的视网膜微血管退化 [22]。值得注意的是，HIF-1α 的表达受到 USP22 介导的去泛素化修饰的影响 [23]。然而，USP22 是否通过调节 HIF-1α 的表达来影响 DR 中的糖酵解，还需进一步研究。

总之，本研究将系统探索“糖酵解/组蛋白乙酰化/USP22/HIF-1α”在 DR 进展中的作用，为糖尿病性视网膜病变的分子机制研究和新型干预策略的开发提供理论基础和潜在靶点。

章节片段

细胞培养和处理

人视网膜色素上皮细胞（ARPE-19, CL-0026）和小鼠视网膜色素上皮细胞（mRPE, CP-M116）购自中国武汉的 Procell Life Science & Technology Co., Ltd。细胞在 DMEM 培养基（11,966,025, Gibco, USA）中培养，培养基添加了 10% 的 FBS（A5256701, Gibco, USA）、1% 的青霉素-链霉素双重抗生素（abs9244, absin, China）和正常浓度的葡萄糖（NG, 5.5 mM），培养条件为 37°C 和 5% CO₂。为了模拟体内的高血糖环境

USP22 抑制可减轻高血糖诱导的视网膜色素上皮细胞凋亡和糖酵解

先前的研究表明，USP22 可能参与 DM 的发病机制 [16] 并能调节糖酵解反应 [27]。通过建立高血糖诱导的体外 DR 模型，我们观察到在高血糖处理的 ARPE-19（图 1A-B）和 mRPE（图 S1AB）细胞中，USP22 的 mRNA 和蛋白质表达水平显著升高。为了探讨 USP22 对高血糖诱导的视网膜色素上皮细胞损伤和糖酵解的影响，我们在 ARPE-19 和 mRPE 中抑制了 USP22 的表达

讨论与结论

DR 是 DM 在临床实践中的常见眼部并发症，严重威胁患者的视力，但有效的视力保护干预措施仍不足 [5]。本研究利用体外（高血糖处理的人 ARPE-19 和小鼠 mRPE 细胞）和体内（STZ 诱导的 DR 小鼠）模型，发现了一个自我强化的“糖酵解/H3K18la/USP22/HIF-1α”循环，该循环驱动 DR 的进展：糖酵解产生的乳酸在 USP22 启动子处沉积 H3K18la，从而增加 USP22 的表达

CRediT 作者贡献声明

概念构思：洪旭、王玲；数据管理：陈佩琦、巴雪影、韩健；形式分析：罗亿懿、张丽波、张叶萍；资金获取：罗恒；研究实施：罗恒；方法设计：罗亿懿、张丽波、张叶萍；项目管理：洪旭、王玲；资源准备：罗恒；软件使用：陈佩琦、巴雪影、韩健；监督：罗恒；验证：洪旭；可视化制作：洪旭；初稿撰写：洪旭；审稿与编辑：罗恒。全部工作均由上述人员完成。

伦理批准

动物实验程序获得了楚雄彝族自治州人民医院医学伦理委员会的批准（批准编号 2022-09），并按照 ARRIVE 指南进行实验动物的护理和使用。

资助

不适用。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

致谢

不适用。

洪旭|王玲|罗亿懿|张丽波|张叶萍|陈佩琦|巴雪影|韩健|罗恒