PINK1-Parkin介导的线粒体自噬在糖尿病肾小管细胞氧化损伤中的作用及机制研究

The mechanism of kidney injury caused by diabetes is not clear yet.Renal tubulular cells contain plenty of mitochondria and are easy to generate excessive ROS to cause mitochondrial damage.Mitophagy is the only pathway to clear the damaged mitochondria intracellularly,and plays a pivotal role in maintenance of cell survival. The action and mechanism of mitophagy in renal tubular damage in diabetes are not clear yet. . In this study, type 2 diabetic nephropathy mouse model will be established using high-sugar, high fat diet combined with small volume STZ injection, and treated using autophagy activator metformin. Autophagy and mitophagy activities, structure and function of mitochondria,ROS level, oxidative damage and apoptosis are observed in model group and treatment group.Mitophagy gene Parkin knockout mouse is constructed and used for establishing diabetic nephropathy mouse model.The changes in mitophagy activities,ROS generation,structure and function of mitochondria, oxidative damage and apoptosis are compared between both groups.. Whether high glucose inhibits mitophagy activity and causes renal tubular damage by regulating AMPK-mTOR-PINK1-Parkin signaling pathway is defined by in vitro experiments, so to illuminate the role and key mechanism of mitophagy in renal tubular damage at a molecular level and to provide theoretical basis for prevention and teatment of diabetic nephropathy.

糖尿病肾损伤机制尚不清楚。肾小管细胞含有大量线粒体，是能量代谢非常活跃组织，易于产生过多活性氧（ROS）损伤线粒体。线粒体自噬是细胞内清除损伤线粒体唯一途径，在维持细胞生存中发挥关键作用。目前对线粒体自噬在糖尿病肾小管损伤中的作用机制还不清楚。本研究通过高糖高脂饮食结合小量链佐菌素注射建立2型糖尿病肾病小鼠模型，并使用自噬激活剂二甲双胍进行干预，在体内观察模型组及治疗组肾小管细胞线粒体自噬活性、线粒体结构功能、ROS产生和氧化损伤与凋亡的改变；同时建立线粒体自噬基因Parkin敲除小鼠并使用该鼠建立糖尿病肾病模型，比较两组肾小管细胞线粒体自噬功能、ROS产生、线粒体结构功能及氧化损伤改变；通过体外实验阐明高糖是否通过调控AMPK-mTOR-PINK1-Parkin信号通路抑制线粒体自噬并导致肾小管损伤，以阐明线粒体自噬在肾小管损伤中的作用及关键分子机制，为糖尿病肾病防治提供理论依据。

肾小管细胞是能量代谢非常活跃的组织，易于通过有氧代谢产生过多的活性氧（ROS）、导致线粒体等损伤。而损伤的线粒体可加重细胞的氧化损伤。线粒体自噬是细胞内清除损伤线粒体的唯一途径，在维持细胞生存中发挥关键作用。目前对于线粒体自噬在糖尿病肾损伤发生中的作用机制尚不清楚。PINK1-Parkin是调控线粒体自噬的关键信号通路。对于PINK1-Parkin通路在糖尿病肾小管损伤发生中的作用还不清楚。 因此，本课题的主要任务是揭示PINK1-Parkin介导的线粒体自噬在糖尿病肾小管损伤发生中的机制；探讨糖尿病治疗新药西格列汀是否通过激活线粒体自噬活性而减轻糖尿病肾损伤。主要研究结果如下：. （1）首先建立了2型糖尿病肾病大鼠模型，发现在模型肾组织中自噬体数量明显减少，线粒体自噬活性显著降低，PINK1-Parkin信号通路蛋白表达明显降低；调控自噬的AMPK信号通路被抑制、mTOR信号通路被激活；（2）使用新型基因组编辑技术CRISPR/Cas9成功地建立了线粒体自噬基因PINK1敲除大鼠，并利用该大鼠建立了2型糖尿病肾病模型；发现PINK1基因敲除可进一步降低糖尿病大鼠肾组织中的线粒体自噬活性、增加糖尿病大鼠肾小管上皮细胞凋亡水平、加重糖尿病肾组织纤维化、加重糖尿病大鼠肾组织损伤，表明PINK1-Parkin 介导的线粒体自噬在糖尿病肾小管损伤中发挥关键作用；（3）发现糖尿病治疗新药西格列汀可通过抑制mTOR活性、增强线粒体自噬活性；抑制NF-κB信号通路、减轻代谢性炎症因子表达而明显减轻糖尿病肾组织的氧化损伤。 . 总之，本研究在国际上首次阐明了PINK1-Parkin信号通路介导的线粒体自噬在糖尿病肾小管损伤发生中的作用及其机制，首次发现西格列汀可通过增强线粒体自噬活性而减轻糖尿病肾损伤，从而为糖尿病肾病的防治及使用自噬激活剂治疗糖尿病肾病提供了理论依据。