Adv Sci 上海九院顾俊/张家毓教授合作揭示脂滴自噬在糖尿病心肌病心脏脂质毒性中的重要作用

糖尿病在我国的患病人数已超过一亿人，其所带来的社会经济负担持续增加。糖尿病心肌病(DbCM)是糖尿病患者发生心力衰竭的重要病因，探索糖尿病心肌病的发病机制及治疗策略将有助于改善此部分患者的临床预后。在2型糖尿病环境下，机体处于胰岛素抵抗状态，并伴发脂肪组织水解增加及高脂血症。在此状态下，心脏代偿性摄取脂质增多，形成脂滴堆积。堆积的脂滴可通过影响线粒体功能，诱导内质网应激，增强活性氧生成等各种途径诱发心脏脂质毒性，严重危害病人心脏功能。然而，心脏产生脂滴堆积的具体机制仍然不明，心肌细胞对脂滴的降解过程尚未明确。细胞自噬是指细胞内容物在溶酶体的降解过程。经典的自噬过程包括自噬小体形成，包裹待降解物，运送至溶酶体降解等步骤。以往研究表明，细胞自噬可靶向脂滴到溶酶体进行降解，被称为脂滴自噬。然而，部分针对糖尿病心肌病的研究却未能观察到脂滴自噬起始阶段所产生的自噬小体对脂滴的包裹，这为细胞自噬是否在糖尿病心肌病中发挥作用增加了不确定性。解决此争议将有助于刷新对脂滴自噬运行机制的普遍认知，进一步探索糖尿病心肌病的治疗方略。

2024年6月5日，上海交通大学医学院附属第九人民医院和上海精准医学研究院顾俊教授、张家毓教授合作在Advanced Science上发表了题为“Targeting Rab7-Rilp mediated microlipophagy alleviates lipid toxicity in diabetic cardiomyopathy (靶向Rab7-Rilp轴介导的微脂滴自噬缓解糖尿病心肌病心脏脂质毒性)”的研究论文，该研究发现糖尿病心肌病下心脏脂滴自噬是经由非经典自噬通路(微脂滴自噬)进行的，此过程需要Rab7-Rilp轴的参与，且Rab7对Rilp的招募不足是糖尿病心肌病下心脏脂滴堆积的重要原因。靶向Rab7-Rilp轴以提高Rilp招募水平可显著缓解糖尿病心肌病下心脏脂质毒性。

首先，作者以三个月60%高脂饮食辅以链脲佐菌素(STZ)注射构建2型糖尿病心肌病(DbCM)小鼠模型。研究发现DbCM模型存在糖代谢异常、肥胖等2型糖尿病典型特征，且DbCM心脏出现舒张功能障碍，纤维化水平增加，脂滴堆积。为探究脂滴堆积形成原因，作者以高糖高脂培养基刺激心肌细胞模拟2型糖尿病环境，构建DbCM体外模型并进行转录组测序。结果显示，细胞自噬可能参与脂滴的降解。传统意义上的细胞自噬(巨自噬)特征为具有双层膜结构的自噬小体包裹待降解物质并将其运送至溶酶体进行降解。为探究巨自噬是否介导了DbCM下的脂滴降解，作者检测了巨自噬相关标志物在DbCM中的表达情况及其在脂滴表面的招募情况，并在体外DbCM模型中检测了自噬流水平并用药物阻断巨自噬。结果均显示，以自噬小体形成、招募为特征的巨自噬与DbCM脂滴堆积无关。有趣的是，DbCM下脂滴与溶酶体仍然出现显著共定位，且溶酶体功能的增强可促进脂滴的降解，缓解心脏脂质毒性，提示溶酶体仍然具有降解脂滴的功能。最后，为解决此矛盾，作者在电镜层面证实了溶酶体对脂滴的降解无需双层膜自噬小体的参与，即DbCM下的脂滴自噬是以非传统脂滴自噬(微脂滴自噬)的形式进行的。

为了探究介导此种微脂滴自噬的具体分子，作者在转录组测序数据中筛选了所有与脂滴、自噬同时相关的差异基因，发现仅Rab7具有统计学差异。Rab7被认为能够与下游Rilp互作，介导自噬末期待降解物与溶酶体的融合。作者在各DbCM模型及2型糖尿病病人心脏切片中对Rab7、Rilp表达水平、Rab7与脂滴共定位情况进行了验证，发现Rab7-Rilp可靶向于DbCM脂滴。以Rab7抑制剂CID-1067700及Rab7激活剂ML-098调控Rab7活性可显著影响DbCM下脂滴自噬、脂滴堆积及脂质毒性。除此之外，Rab7的酪氨酸183位点磷酸化可促进Rab7的激活及下游Rilp招募。导入Rab7酪氨酸183位点失活突变体可显著加重DbCM下脂滴堆积及脂质毒性。随后，作者构建了Rab7心脏特异性敲除(Rab7-CKO)小鼠并对其进行DbCM诱导。结果显示，Rab7-CKO小鼠在DbCM下表现出脂滴自噬失调，脂滴堆积，脂质毒性加强，心脏舒张功能及收缩功能减退，心脏纤维化加重。以上结果共同提示，Rab7-Rilp轴介导了DbCM下的脂滴自噬。

最后，为探究DbCM下的脂滴堆积形成原因，作者以时间梯度高糖高脂刺激心肌细胞，模拟不同时间的糖尿病环境对心脏的影响。作者随后对Rab7的Rilp招募情况进行了检测。结果显示，Rab7对Rilp的招募在高糖高脂刺激24小时后达峰，更长时间的刺激并未能显著增加Rilp的招募水平，提示长期糖尿病环境下Rab7对Rilp的招募不足可能是DbCM脂滴堆积的重要原因。为解决这一问题，作者将Rab7刺激剂ML-098注射于DbCM造模完成后的小鼠，发现连续两周的ML-098注射可显著改善DbCM下脂滴堆积水平，显著缓解心脏脂质毒性，改善心脏舒张功能。

综上，这项工作揭示了在糖尿病心肌病中，由Rab7-Rilp介导的微脂滴自噬是脂滴降解的重要途径，靶向Rab7-Rilp轴可显著改善糖尿病心肌病心脏脂质毒性，缓解心脏功能障碍。

该研究由上海交通大学医学院附属第九人民医院心内科和上海精准医学研究院顾俊教授和张家毓教授合作完成。第九人民医院心内科柯佳涵博士研究生为本文的第一作者，顾俊教授、张家毓教授为共同通讯作者。该工作得到国家自然科学基金、上海市科委自然科学基金等项目资助。

论文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202401676