祝贺集思慧远首席顾问专家方雷老师蛋白质组文章【影响因子18分】发表

       集思慧远首席顾问南京大学化学与生物医药创新研究院方雷老师，作为通讯作者在线发表题为"Fructose drives mitochondrial metabolic reprogramming in podocytes via Hmgcs2-stimulated fatty acid degradation"的研究论文（https://www.nature.com/articles/s41392-021-00570-y），本文发表于中国科技期刊卓越行动计划领军期刊Signal Transduction and Targeted Therapy（IF=18.19）。该研究首次使用系统和高通量的蛋白质组学方法来全面表征高果糖喂养大鼠肾小球的动态变化，并揭示果糖驱动的线粒体代谢重编程。更重要的是，这项研究为高果糖诱导的肾小球足细胞损伤的机制提供了新的见解，证明代谢模式的重塑通过扰乱线粒体结构和功能加剧了足细胞损伤。

       膳食果糖摄入量的增加被认为是代谢综合征的主要诱因之一，代谢综合征会促进肾小球足细胞损伤和蛋白尿。线粒体是细胞生物能量稳态维持和糖异生的关键细胞器。线粒体损伤可能与肾脏疾病有关，尤其是肾小球肾病。高果糖扰乱了大鼠肾脏和培养的分化足细胞中糖脂代谢的稳态。然而，高果糖诱导肾小球足细胞损伤中线粒体功能障碍的机制尚不清楚。

· 材料与方法

       建立用高果糖喂养 4、8、12 和 16 周的大鼠模型，肾特异性Hmgcs2敲除小鼠

       样品处理：72只大鼠生长至5周龄，正常组(N ， n=40)用标准食物和水(随意提供)。高果糖处理组(M，n=32)用标准食物和含有10%果糖溶液(W/V，随意提供)的饮用水分别处理4、8、12和16周。

       方法：蛋白质组iTRAQ、生化检测、组织学、电镜分析、实时qPCR、Western blot等。

· 结果

       在该研究中，作者利用定量蛋白质组学策略来全面表征高果糖饮食诱导大鼠肾小球足细胞损伤进展的动态变化（建模16周）。发现长期高果糖摄入可驱动肾小球线粒体代谢重编程（包括三羧酸循环、脂肪酸降解和氧化磷酸化）。与相应的正常组相比，从果糖建模的第四周在大鼠肾小球足细胞中检测到线粒体肿胀。而在建模第8和12周，肾小球足细胞线粒体数量、基质密度和嵴数量均减少。尤其在第12周后，观察到肾小球足细胞出现嵴破裂和消融及线粒体超微结构严重破坏。同时，在果糖暴露的分化足细胞中检测到线粒体去极化和ΔΨm减少。此外，高果糖暴露从48 h开始显著降低分化足细胞的基础速率、ATP生成和最大呼吸，提示高果糖诱导足细胞线粒体功能障碍。

长期高果糖喂养大鼠模型的建立及其肾小球的定量蛋白质组学表征

       在这项研究中，高果糖喂养开发的大鼠模型与糖尿病肾病有很大不同，因为即使在16周的长期建模中也不会引起高血糖。在大鼠 16 周果糖建模期间，该研究观察到大鼠肾小球中的脂质积累最早从第四周开始。重要的是，与相应的正常组相比，酮体生成的核心限速酶 3-羟基-3-甲基戊二酰辅酶 A 合酶 2（Hmgcs2）在大鼠肾小球果糖建模的第 8 周开始显著增加。

       有趣的是，在果糖模型大鼠肾小球中，脂肪酸降解（ fatty acid degradation）和脂肪酸代谢（ fatty acid metabolism）通路在第4周被下调，在第8周没有显著变化，但在第12周和第16周与相应的正常组相比显著增加。上调Hmgcs2可增加酮体水平，尤其是β-羟基丁酸酯(3-HB)以抑制高果糖喂养大鼠肾小球(图1k)和高果糖暴露的分化足细胞中组蛋白去乙酰酶(HDAC)活性。因此，组蛋白H3和H4的总乙酰化在高果糖暴露的分化足细胞和高果糖喂养小鼠的肾小球中显著上调。

       然而，在 Hmgcs2 小干扰 RNA (siRNA) 转染的分化足细胞和肾特异性 Hmgcs2 敲低小鼠的肾小球中，3-HB 水平降低 并且 HDAC 活性显著上调，而组蛋白 H3 和 H4 的乙酰化显著下调。总之，这些结果表明Hmgcs2调控3-HB以影响脂肪酸降解相关酶变化，从而导致在高果糖诱导足细胞损伤过程中线粒体失调。

       在高果糖喂养小鼠的高果糖暴露分化足细胞和肾小球中，脂肪酸降解相关酶Ec1和Ec2启动子区的组蛋白H3赖氨酸9乙酰化(H3K9ac)、H3K14ac、H4K8ac和H4K12ac显著增强。通过将Hmgcs2 siRNA转染到高果糖暴露的分化足细胞中或在小鼠中肾特异性敲除Hmgcs2来下调3-HB的产生，阻止了在Eci1和Eci2启动子区域H3K9ac、H3K14ac、H4K8ac和H4K12ac的增加，因此逆转了在高果糖诱导的mRNA和蛋白质水平上Eci1和Ecii的上调。此外，敲除Hmgcs2不仅挽救了高果糖诱导的分化足细胞线粒体膜电位下降以及基础速率、ATP生成和最大呼吸的抑制，而且逆转了高果糖喂养小鼠肾小球足细胞线粒体超微结构的破坏，提示线粒体功能的改善。综上所述，这些结果表明，在高果糖诱导的足细胞损伤中，Hmgcs2控制的3-HB升高是脂肪酸降解相关酶上调的原因，并导致线粒体失调。

       出乎意料的是，该研究发现通过 RNA 干扰敲低 Eci1 或 Eci2 可显著抑制高果糖诱导分化的足细胞中 Hmgcs2 的增加，表明酮体生成中关键酶的表达可能受脂肪酸降解途径的调控。更有趣的是，Eci1 或 Eci2 的下调有效逆转线粒体膜电位的降低以及对高果糖诱导的基础速率、ATP 生成和最大呼吸的抑制作用。因此，该研究揭示了一种表观遗传修饰介导的正反馈机制，其中包含酮生成和脂肪酸降解，以在高果糖诱导的足细胞损伤期间调节线粒体代谢重编程。

高果糖诱导肾小球足细胞损伤中线粒体功能障碍的模式图

· 小结

       该研究首次使用系统和高通量的蛋白质组学方法来全面表征高果糖喂养大鼠肾小球的动态变化，并揭示果糖驱动的线粒体代谢重编程。更重要的是，这项研究为高果糖诱导的肾小球足细胞损伤的机制提供了新的见解，证明代谢模式的重塑通过扰乱线粒体结构和功能加剧了足细胞损伤。特别是，高果糖诱导的生酮和脂肪酸降解途径的增强参与了线粒体功能障碍，最终导致足细胞损伤。该研究首次将线粒体代谢重编程与高果糖诱导的足细胞损伤联系起来。因此，抑制酮体生成（ ketogenesis ）和脂肪酸降解中的关键酶可有效防止高果糖诱导的线粒体功能障碍，这为高果糖饮食诱导的足细胞损伤提供了有希望的治疗靶点。

关于集思慧远

       集思慧远不仅拥有完整的全套蛋白质组学仪器设备和产品策略，还拥有丰富的蛋白质组学研究经验！集思慧远和南京江北新区医药公共服务平台建立了战略合作，拥有Thermo Q Exative HF-X、Orbitrap Fusion Lumos以及SCIX Triple TOF 5600+等主流质谱仪器设备。集思慧远首席顾问南京大学化学与生物医药创新研究院方雷研究员，拥有15年以上蛋白质组学从业经验，曾先后在美国加州大学Irvine分校和美国纽约大学医学中心从事生物质谱技术开发和疾病蛋白组学研究。现致力于蛋白质组学技术的开发、应用以及蛋白质组学驱动的精准医学研究，仅2019年以来已经在Nature Communications、the EMBO Journal、Cell Research、PNAS和Circulation Research等国际著名期刊发表相关SCI研究论文20余篇，总影响因子超过130。

核心亮点：低成本、小样本量，凭借巧妙的思路和精细独到的分析方法取胜高分文章。

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