靶向PCK2通过抑制MAPK依赖性内质网应激和氧化应激诱导的凋亡缓解胃食管反流病

《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》:Targeting PCK2 alleviates GERD by suppressing MAPK-dependent endoplasmic reticulum stress and oxidative stress–induced apoptosis

【字体: 大 中 小 】 时间:2026年09月05日 来源:Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects 2.9

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   摘要胃食管反流病(GERD)是一种以内质网应激(ERS)失衡和氧化应激诱导的细胞损伤为特征的消化系统疾病。然而,GERD进展中涉及的关键ERS相关调控因子仍不清楚。在此,我们鉴定出PCK2为一种新的GERD相关ERS调控因子,并探讨了其在GERD发展中的作用及潜在机制。对GE

  

摘要

胃食管反流病(GERD)是一种以内质网应激(ERS)失衡和氧化应激诱导的细胞损伤为特征的消化系统疾病。然而,GERD进展中涉及的关键ERS相关调控因子仍不清楚。在此,我们鉴定出PCK2为一种新的GERD相关ERS调控因子,并探讨了其在GERD发展中的作用及潜在机制。对GEO数据集 GSE148381 的生物信息学分析在GERD组织中鉴定出四个重叠的ERS相关候选基因。在这些候选基因中,PCK2因其经RT-qPCR和Western blot确认在ABS处理的HET-1 A细胞中一致上调而被选中,与对照组细胞相比,其mRNA表达量增加1.2倍,蛋白丰度增加2.67倍。功能研究表明,PCK2沉默通过降低ATF6、PERK、p-PERK、CHOP和XBP1的表达来减弱ERS激活。PCK2敲低显著缓解氧化应激,将ROS和MDA水平分别降低约91%和34%,使细胞凋亡减少约36%,并改善细胞活力;而PCK2过表达则产生相反的效果。在体内,PCK2敲低减轻了食管损伤并抑制了ERS反应。在机制上,基因集富集分析揭示PCK2相关基因在MAPK通路中富集,进一步实验表明PCK2通过增强p38磷酸化促进p38 MAPK激活。使用SB203580药理学抑制p38信号通路消除了PCK2在HET-1 A细胞中诱导的ERS、氧化应激和凋亡。总之,我们的发现表明,PCK2通过促进p38 MAPK激活,进而加剧ERS、氧化应激和凋亡,可作为GERD的潜在治疗靶点。

引言

胃食管反流病(GERD)是一种常见的消化系统疾病,以胃内容物反流至食管为特征,导致黏膜损伤及烧心、反酸、吞咽困难等临床症状 [1], [2]。尽管已有药物和手术治疗手段,但GERD的全球发病率仍在持续上升,症状复发和治疗抵抗仍是重要的临床挑战 [3], [4], [5]。其发病机制是多因素的,包括食管下括约肌功能障碍、食管廓清受损和胃排空延迟。
越来越多的证据表明,反流诱导的细胞应激反应,尤其是内质网应激(ERS)和氧化应激,在GERD相关的上皮损伤中起关键作用 [6], [7], [8]。反流成分,包括胃酸和胆汁酸,可在食管上皮细胞中诱导过量的活性氧(ROS)产生并破坏氧化还原稳态 [9],从而触发蛋白质错误折叠并激活与ERS相关的未折叠蛋白反应(UPR)通路,包括PERK、IRE1α和ATF6信号 [10]。持续性ERS不仅促进CHOP依赖的凋亡和炎症反应,还在氧化应激条件下调控新型的程序性细胞死亡形式,如铁死亡,从而进一步加剧组织损伤 [8], [11], [12]。相反,调节或抑制ERS已被证明可以减轻氧化应激诱导的组织损伤,提示靶向内质网稳态可能是预防应激相关损伤的潜在策略 [11]。在机制上,ERS与线粒体功能障碍密切相关,因为长期的内质网紊乱可损害线粒体稳态,增强ROS积累,并通过正反馈环路放大氧化损伤 [13]。此外,受体介导的信号通路,包括G蛋白偶联受体(GPCR)依赖性应激反应,已被发现参与调节胃肠道疾病中的炎症激活和上皮屏障功能障碍 [14]。总之,这些发现表明,ERS、氧化应激、线粒体功能障碍和应激响应信号通路之间的相互作用在GERD进展中构成了重要的调控网络。然而,GERD中控制ERS与氧化应激相互作用的上游分子调控因子仍 largely 未知。
线粒体磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶2(PCK2)是一种关键的糖异生酶,其在各种疾病中的非代谢功能正日益受到关注 [15]。既往研究表明,PCK2与胃肠道疾病相关,尤其是胃肠道癌症,包括食管鳞状细胞癌、结直肠癌和胃癌 [16], [17], [18]。既往研究表明,PCK2在各种疾病背景下调控代谢重编程和应激反应。在三阴性乳腺癌 [19] 和前列腺癌 [20] 中,PCK2通过调节代谢通路促进肿瘤进展。重要的是,PCK2已被发现参与细胞应激调控。在非小细胞肺癌中,PCK2上调通过减轻ERS促进细胞适应代谢应激并促进细胞存活 [21]。此外,PCK2表达在线粒体应激期间被诱导,且PCK2活性的改变与线粒体功能障碍和ROS积累相关,提示PCK2在调控细胞氧化还原稳态中发挥作用 [22], [23]。这些发现表明PCK2在ERS和OS中具有重要作用。然而,目前尚无文献报道PCK2是否参与GERD的发展,其分子机制需进一步研究。
丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)信号通路是细胞应激反应和炎症激活的关键介质。在GERD的病理过程中,胆汁酸等反流成分可在食管上皮细胞中激活MAPK/NF-κB信号,促进促炎细胞因子产生,破坏上皮屏障完整性,并加重黏膜损伤 [24]。越来越多的证据表明,在炎症和应激相关疾病中,MAPK信号与ERS密切相关。ERS可激活p38 MAPK信号并随后促进炎症反应,提示MAPK是ERS相关组织损伤的重要下游效应器 [25], [26]。同样,药理学抑制MAPK/NF-κB信号已被证明可以减轻反流性食管炎相关的炎症和氧化损伤 [27], [28]。值得注意的是,PCK2已被发现参与调控MAPK相关应激反应,可能作为代谢应激、p38 MAPK激活、ERS和氧化损伤在GERD进展过程中之间的潜在联系 [29]。
然而,PCK2是否参与反流诱导的食管上皮损伤及其如何调控GERD进展仍 largely 未知。鉴于PCK2在代谢应激适应、ERS调控和氧化稳态中的新兴作用,我们假设PCK2可能通过激活p38 MAPK信号通路促进GERD进展,从而增强食管上皮细胞中的ERS、氧化应激和凋亡。因此,本研究旨在探讨PCK2在GERD进展中的作用,并阐明其潜在分子机制,为反流诱导的上皮损伤调控网络提供新见解。

各章节摘要

生物信息学分析鉴定了参与GERD进展的潜在基因

为鉴定可能参与GERD发展调控的枢纽基因,我们下载并使用生物信息学方法分析了GEO数据集(GSE148381),该数据集包含6个GERD样本和7个对照样本,差异表达基因(DEGs)筛选标准设定为|log2FC| > 2且P < 0.05,分析结果显示共鉴定出446个上调DEGs和168个下调DEGs。

讨论

ERS和OS在上皮损伤中起关键作用,通过促进凋亡和炎症反应加剧组织损伤 [30], [31]。既往研究表明,反流成分,包括胆汁酸和酸性胃液,可在食管上皮细胞中诱导氧化应激和内质网应激 [32], [33],其特征表现为过量的ROS积累和ERS相关未折叠蛋白反应的激活,从而促成上皮损伤

结论

总之,本研究鉴定出PCK2为GERD进展的潜在调控因子,并证明PCK2通过激活p38 MAPK信号通路促进ERS、氧化应激和上皮损伤。体外和体内实验均表明,PCK2抑制可减轻反流诱导的病理变化,突出了PCK2/p38 MAPK轴在GERD发病机制中的重要性。然而,仍需利用临床样本和特异性PCK2靶向策略进行进一步研究

生物信息学分析

从GEO数据库检索了GERD相关数据集 GSE148381(GPL24676),包含6个GERD样本和7个对照样本。使用R中的limma包(v3.62.1)进行差异表达分析,阈值为|log2FC| > 2且P < 0.05。使用clusterProfiler(v4.14.6)进行GO注释、KEGG通路富集和基因集富集分析(GSEA)。将上调DEGs与ERS相关基因取交集以鉴定候选基因,其表达量为

CRediT作者贡献声明

Na Wang:撰写——初稿、可视化、方法论、调查研究、形式分析、数据整理、概念构思。Jia Zhu:撰写——审阅与编辑、监督、资源提供、项目管理、资金获取、概念构思。

伦理声明

本研究遵循ARRIVE(动物研究:体内实验报告)指南进行。
本研究经新疆维吾尔自治区人民医院批准。
(批准号:KY20241202264 [GZ2024])
所有动物实验均经新疆维吾尔自治区人民医院伦理委员会批准(批准号:KY20241202264 [GZ2024]),并按照美国国家卫生研究院指南进行

资金支持

本工作得到"天山英才"高层次卫生健康人才培养计划(项目编号:TSYC202301B082)的资助。

利益冲突声明

作者声明不存在已知的可能影响本文所述工作的财务利益或个人关系。
Na Wang|Jia Zhu
新疆维吾尔自治区人民医院医疗健康中心综合门诊,中国
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