MICU1下调介导线粒体钙稳态失衡引发糖尿病心肌微血管损伤的实验研究

Mitochondrial calcium intake protein 1 (MICU1) plays a key role in mitochondrial calcium homeostasis. We previously demonstrated that myocardial MICU1 downregulation mediates the development of diabetic cardiomyopathy (Diabetes. 2017), however, cardiomyocytes injury aren’t sufficient to explain the mechanism. Myocardial microvascular disease is one of the important causes of diabetic cardiomyopathy. Our follow-up experiments firstly show that the mitochondrial calcium homeostasis disorder in CMECs induced by downregulation of MICU1 may lead to microvascular injury in diabetic myocardium which suggest that the down regulation of MICU1 may be a trigger factor for myocardial microvascular injury in diabetes. Recently, it has been confirmed that the respiratory chain complex III is the main downstream effector of MICU1 in tumor tissue. According to the above, we propose a new mechanism of myocardial microvascular injury in diabetes: the MICU1- Complex III -eNOS/ONNO- pathway. We systematically study the effect of MICU1 on myocardial microvascular injury of diabetes mellitus by using db / db mice, MICU1 knockout mice and CMECs, at the molecular, mitochondrial, cellular and in vivo level. We hope to explore a new mechanism of diabetic myocardial microangiopathy.

线粒体钙离子摄入蛋白1（MICU1）是线粒体钙稳态的重要调控分子。我们在国际上首次发现（Diabetes. 2017）MICU1下调促进糖尿病心肌病的发生发展，但心肌细胞损伤不能完全解释其机制。心肌微血管损伤是糖尿病心肌病的重要原因，我们后续实验证明：糖尿病状态下，MICU1下调引起线粒体钙稳态失衡从而导致心肌微血管内皮细胞（CMECs）损伤；最新研究证实，呼吸链复合体Ⅲ是MICU1主要效应分子。综上所述，我们提出科学假说：糖尿病状态下，CMECs中MICU1下调引起的线粒体钙稳态失衡通过“呼吸链复合体Ⅲ-eNOS/ONNO-”途径导致心肌微血管损伤。本项目拟以线粒体钙稳态失衡为切入点，利用db/db小鼠、MICU1基因敲除小鼠和CMECs为研究对象，在整体、细胞、线粒体及分子水平系统研究MICU1在糖尿病心肌微血管损伤中的作用，旨在探索糖尿病心肌微血管损伤的新机制。

线粒体钙离子摄入蛋白1（MICU1）是线粒体钙稳态的重要调控分子。我们前期在国际上首次发现（Diabetes. 2017）MICU1下调促进糖尿病心肌病的发生发展，但心肌细胞损伤不能完全解释其机制。心肌微血管损伤是糖尿病心肌病的重要原因，心肌微血管内皮细胞（CMECs）中MICU1表达改变对糖尿病心肌损伤作用尚未明确。. 为阐释CMECs中MICU1表达改变对糖尿病心肌损伤作用，我们构建血管内皮细胞特异性MICU1敲除小鼠及血管内皮特异性MICU1过表达小鼠，分离原代心肌微血管内皮细胞，在整体、细胞、线粒体及分子水平上系统明确MICU1在糖尿病心肌微血管内皮细胞中表达改变及其对糖尿病心肌微血管损伤及心功能的调控作用，探讨MICU1下调对糖尿病心肌微血管内皮细胞及线粒体功能的影响，阐释MICU1下调介导的线粒体钙稳态失衡促进糖尿病心肌微血管内皮细胞损伤和功能障碍的具体机制，阐明MICU1下调--线粒体钙稳态失衡可能参与调控“Complex Ⅲ-eNOS/ONNO-”信号通路的分子机制，明确MICU1下调介导线粒体钙稳态紊乱加重糖尿病小鼠心肌硝化应激和血管炎症反应。. 我们研究发现在糖尿病小鼠心肌微血管内皮及高糖高脂培养原代心肌微血管内皮细胞中MICU1表达显著降低，随着糖尿病小鼠病程及高糖高脂培养时间延长，血管内皮细胞内MICU1表达逐渐降低。血管内皮细胞MICU1特异性敲除引发糖尿病小鼠心肌微血管损伤，显著加重心脏功能障碍及心脏重塑，血管内皮细胞特异性过表达MICU1可明显改善糖尿病小鼠心肌微血管损伤及心脏功能障碍。为深入探讨其机制，我们对高糖高脂处理WT及ECKO心肌微血管内皮细胞进行转录组测序，结果发现在心肌微血管内皮细胞内敲除MICU1可显著激活下游硝化应激反应及炎性因子通路，增加内皮细胞炎症反应。进一步研究发现敲除MICU1可显著增加线粒体呼吸链复合体活性、引发硝化应激及炎症反应，血管内皮细胞MICU1表达下调通过ComplexⅢ- eNOS/ONNO-加重糖尿病小鼠心肌硝化应激和血管炎症反应，其可能是通过调控线粒体钙稳态影响下游线粒体呼吸链复合体功能及硝化应激。本项目的开展探索出糖尿病心肌微血管损伤的新机制，为糖尿病心脏病的防治提供新方向和理论基础，具有较高的临床转换前景。