武汉大学发10.8分SCI，揭示LGR6通过调控线粒体生物发生和铁死亡治疗糖尿病心肌病的新机制

原创1771阅读 2025-03-24 16:51:54

Highlights

1. LGR6缺陷加重了糖尿病小鼠的心功能不全。

2. LGR6过表达改善了糖尿病小鼠的心功能不全。

3. LGR6过表达抑制糖尿病小鼠的心脏铁死亡。

4. LGR6通过调节糖尿病心脏中的STAT3-Pgc1a信号传导促进线粒体生物发生。

近日，“Metabolism”（IF=10.8）上发表了一篇题为“Cardiomyocyte LGR6 alleviates ferroptosis in diabetic cardiomyopathy via regulating mitochondrial biogenesis”的文章。探讨了G蛋白偶联受体LGR6在糖尿病心肌病中铁死亡和线粒体生物发生中的作用及其潜在的治疗价值。

研究背景介绍

糖尿病心肌病（DCM）是一种与糖尿病相关的心脏疾病，主要表现为心肌结构和功能的异常，如心肌细胞的凋亡、纤维化以及心脏收缩和舒张功能障碍，这些变化可能最终导致心力衰竭。

线粒体生物发生是指细胞内线粒体数量和功能的增加，通常通过PGC-1α等转录共激活因子调控。线粒体生物发生对于维持细胞能量代谢和抗氧化能力至关重要，其异常可能与多种疾病的发生发展有关。

过氧化物酶体增殖物激活受体γ共激活因子1α（PGC-1α）是调控线粒体生物发生的关键因子，能够促进线粒体DNA的复制、转录和蛋白质的表达。在糖尿病心肌病的治疗中，激活PGC-1α可能有助于改善线粒体功能和心脏健康。

研究思路分析

研究技术路线图

01基础表达与功能研究

①对假手术和糖尿病小鼠的左心室样本的公开RNA测序数据分析发现，糖尿病组心肌中LGR6的表达显著上调。在分离的成年小鼠心肌细胞中观察到，DCM小鼠的心肌细胞中LGR6蛋白水平显著增加。而高糖处理的心肌细胞系HL1中的LGR6表达也显著高于低糖处理组。

②通过CRISPR-Cas9技术生成了LGR6基因敲除（L6KO）的小鼠，并使用高脂饮食结合链脲佐菌素（HFD/STZ）建立2型糖尿病小鼠模型。在糖尿病小鼠中，LGR6的缺失加剧了心脏收缩功能障碍。此外，L6KO糖尿病小鼠的心肌肥大加剧，心脏尺寸、心重/体重和心重/体长比例增加，心肌细胞横截面积增大。LGR6缺失还促进了DCM小鼠心肌中心房钠尿肽（ANP）和脑钠尿肽（BNP）的表达，以及心肌胶原I型（COL1）的表达和胶原沉积。

③通过注射AAV9-cTnT-LGR6病毒载体，在糖尿病小鼠的心肌细胞中特异性过表达LGR6。研究发现，LGR6过表达部分改善了DCM小鼠的左心室收缩功能障碍。此外，AAV9-LGR6治疗减轻了DCM小鼠的心肌肥大。AAV9-LGR6治疗还显著抑制了DCM小鼠的心肌纤维化。

02分子机制探索

①对过表达LGR6的DCM小鼠的左心室组织进行RNA测序分析发现，铁死亡信号通路显著富集。在DCM小鼠中，LGR6过表达减少了心脏中的ROS、MDA、LPO水平，增加了GSH和GPX4水平，减轻了铁死亡。在体外实验中，HL1心肌细胞中LGR6的过表达减轻了高糖诱导的铁死亡，减少了ROS和MDA水平，增加了GSH水平，并部分恢复了线粒体膜电位。而LGR6敲减则加剧了高糖处理的HL1细胞中的铁死亡。

②基因集富集分析（GSEA）发现，LGR6过表达的DCM小鼠心脏中，与线粒体功能相关的多个信号通路显著富集并上调，表明LGR6过表达可能调节DCM小鼠心肌组织的线粒体功能障碍。进一步发现，LGR6过表达在DCM小鼠中心脏线粒体呼吸电子传递链（ETC）基因的表达显著上调。LGR6过表达还恢复了线粒体DNA（mtDNA）与核DNA（nDNA）比例，以及ATP的产生，表明LGR6过表达恢复了线粒体生物发生。

③KEGG富集结果分析发现，JAK-STAT信号通路在LGR6过表达的糖尿病心脏中显著富集并下调。LGR6过表达抑制了糖尿病心脏中STAT3的磷酸化。在体外实验中，LGR6过表达减少了高糖处理的HL1细胞中p-STAT3的水平。使用siSTAT3处理LGR6敲减的HL1细胞，可以抑制由LGR6缺失加剧的铁死亡，并恢复线粒体生物发生。此外，LGR6过表达诱导了cAMP的积累，cAMP激动剂forskolin处理可以减少p-STAT3的水平。表明LGR6通过cAMP/EPAC1信号通路调节STAT3的激活。

④分析RNA测序数据中与线粒体生物发生相关的基因的mRNA表达发现，LGR6过表达显著上调了Pgc1a的mRNA表达。进一步观察到STAT3在Pgc1a启动子上的显著富集。且STAT3过表达显著抑制了Pgc1a的萤火素酶活性。siSTAT3恢复了由LGR6缺失下调的Pgc1a表达。此外，Pgc1a过表达还恢复了HL1细胞的线粒体呼吸能力，并抑制了LGR6缺失加剧的铁死亡。表明，Pgc1a介导的线粒体生物发生可能是LGR6调节糖尿病心脏中铁死亡的方式。

03干预措施与治疗效果

①对L6KO小鼠进行STAT3抑制剂（S31–201）或其载体对照治疗。结果发现，S31–201治疗显著减轻了L6KO糖尿病小鼠的心脏功能障碍，抑制了L6KO小鼠心肌病的心肌肥大和心肌纤维化。此外，S31–201治疗显著增加了Pgc1a和ETC复合体的蛋白表达，减轻了L6KO糖尿病小鼠心肌病中的铁死亡。

②对L6KO小鼠进行Pgc1a激活剂（ZLN005）或其载体对照治疗。结果显示，ZLN005治疗改善了L6KO DCM小鼠的心脏功能，还减轻了L6KO小鼠心肌的心肌肥大和纤维化。此外，还显著增加了L6KO糖尿病小鼠ETC复合体蛋白水平，减轻了L6KO DCM小鼠的铁死亡。

③通过STRING数据库分析，发现LGR6与RSPO1–4相互作用。使用siRNA下调RSPO1–4的表达。结果表明，RSPO3的敲低消除了HL1心肌细胞在HG条件下LGR6介导的细胞生存。重组RSPO3剂量依赖性地保护了HG后的心肌细胞生存，降低了p-STAT3水平，增加了Pgc1a表达，并促进了线粒体生物发生。体内实验发现，重组RSPO3治疗减轻了心肌肥大和纤维化，并促进了线粒体生物发生。