Circ Res封面！中国医科大附一孙英贤团队4D乙酰化修饰组学首次揭示高血压肾损伤关键信号通路

 

肾脏是高血压损害的主要靶器官之一，高血压导致的慢性肾病的全球患病人数超过2360万。足细胞作为肾小球过滤屏障，减轻足细胞凋亡对治疗高血压肾病具有重要的临床意义。现有研究尚未发现抑制足细胞凋亡的有效干预靶点。详细研究与足细胞凋亡抑制相关的蛋白及其修饰位点对实现高血压肾病的靶向治疗具有非常重要的研究意义。

 

中国医科大学附属第一医院心血管内科孙英贤教授团队长期研究泛素化及乙酰化修饰在高血压靶器官损伤中的关键作用，围绕蛋白质翻译后修饰与高血压靶器官损伤建立了一条全新的信号转导通路SIRT2-BAG3-WWP2-PARP1-Septin4[1-4]。

 

2023年2月14日，孙英贤教授团队在心血管TOP期刊Circulation Research (IF: 23.218) 上发表题为“Deacetylation of Septin4 by SIRT2 (Silent Mating Type Information Regulation 2 Homolog-2) Mitigates Damaging of Hypertensive Nephropathy”的最新研究成果[5]。该文章荣登2023-3月Circulation Research杂志封面。研究者在该研究中使用4D-乙酰化修饰组学技术，揭示了在高血压肾损伤中，沉默交配型信息调控2同源物2 (SIRT2) 对Septin4去乙酰化修饰调控作用及分子机制，为该疾病靶向治疗以及靶向药物研发提供理论依据。本文共同第一作者为张莹教授与张乃今教授，共同通讯作者为孙英贤教授与曹流教授，景杰生物作为共同作者单位为该研究提供乙酰化修饰组学和蛋白组学技术支持。

 

 

01SIRT2与Septin4的GTPase结构域相互作用影响ANG II诱导的肾足细胞凋亡

 

为明确去乙酰化酶SIRT2在高血压肾损伤中的作用，作者对Ang II 诱导的野生型 (WT) 小鼠诱导高血压肾损伤 14 天，检测受损肾组织中 Sirtuin 家族成员的表达谱，发现SIRT2 上调显著。研究者进一步对26个人肾组织 (13名有高血压病史，13名无高血压病史 )进行检测，发现高血压患者肾组织中SIRT2的表达明显高于无高血压肾组织。在体外人足细胞中，SIRT2 表达量随AngII 浓度的增加而升高。以上结果证实了 SIRT2 参与高血压肾损伤反应。

 

 图1 SIRT2参与高血压肾损伤反应

 

研究者随后对野生型 (WT)、SIRT2敲除 (SIRT2-KO) 和SIRT2转基因(TG)小鼠的高血压肾损伤组织进行了4D乙酰化修饰组学检测。该研究共鉴定出11188个乙酰化位点和3470个乙酰化蛋白，其中8284个位点和2448个蛋白在不同组别之间存在显著差异。研究者通过对乙酰化修饰组学数据进行生信分析，乙酰化修饰水平存在差异的蛋白质多富集在代谢调节信号通路。为了进一步鉴定 SIRT2 的下游底物，利用质谱找到其全新底物Septin4，通过免疫共沉淀和邻近连接测定 (PLA)以及对Septin4进行截短，研究者发现SIRT2与Septin4的GTPase结构域结合。以上结果证实Septin4是SIRT2的一种新的相互作用蛋白，SIRT2可能通过与Septin4相互作用参与AngII诱导的肾足细胞凋亡。

 

 

图2 SIRT2与Septin4的GTPase结构域相互作用影响ANG II诱导的肾足细胞凋亡

 

02 SIRT2导致Septin4 174位赖氨酸发生去乙酰化修饰

 

为证实SIRT2-Septin4信号转导在高血压肾损伤中的作用，研究者通过持续两周输注Ang II，在Sirt2-WT和Sirt2^−/− C57BL / 6 (SIRT基因敲除) 小鼠中建立体内高血压肾损伤模型。结果显示，在SIRT2野生型的高血压肾损伤模型中SIRT2 与 Septin4 的相互作用增加，Septin4 的乙酰化水平显著降低。而在SIRT2 敲除小鼠中，Septin4-K174 的乙酰化水平增加、氧化应激水平升高，凋亡水平增加、肾功能恶化加重。此外，肾小管上皮细胞水肿、过度肾小球系膜基质增加、肾小球硬化和肾纤维化加重等特征均提示SIRT2 敲除显著加重早期和晚期高血压肾损伤。上述结果表明，在 SIRT2 敲除小鼠中，Septin4-K174 乙酰化水平升高，AngII 诱导的高血压肾损伤显著加重。

 

 

图3 SIRT2导致Septin4 174位赖氨酸发生去乙酰化修饰

 

03 SIRT2 过表达下调Septin4乙酰化且降低ANG II引起的高血压肾损伤

 

为了进一步探索 SIRT2 在高血压肾损伤中的作用，研究者构建了SIRT2过表达小鼠并同样使用AngII建立体内高血压肾损伤模型。在SIRT2过表达小鼠中，Septin4-K174的乙酰化水平降低、氧化应激水平显著降低、凋亡水平下降、肾功能得到改善、肾小管水肿程度缓解，肾小球系膜基质面积减少，节段性硬化和纤维化面积均均显著减少。结果表明，过表达SIRT2对Septin4-K174去乙酰化的调节可以减轻高血压肾损伤。

 

 

图4 SIRT2 过表达下调Septin4乙酰化且降低ANG II引起的高血压肾损伤

 

04 Septin4-K174Q点突变揭示Septin4在过氧化物酶体和细胞凋亡中的作用

 

为进一步探究Septin4-K174位点在高血压肾损伤中的作用，研究者采用AngII诱导野生型和Septin4-K174Q (赖氨酸突变为谷氨酰胺)突变型小鼠肾组织建立高血压肾损伤模型。结果表明，Septin4-K174Q小鼠肾组织中氧化应激损伤水平更高、凋亡水平更高。上述结果明确表明，K174Q突变体中Septin4的过度乙酰化显著加重了高血压肾损伤。

 

 

图5 Septin4-K174Q蛋白质组学分析表明septin4参与过氧化物酶体和细胞凋亡途径

 

研究者进一步探索了研究氧化应激对Septin4-K174乙酰化反应的功能作用，发现Tempol在体内显著缓解了Septin4-K174Q小鼠肾脏的氧化应激损伤，证实了Tempol抑制氧化应激反应的发生可防止肾组织凋亡。上述结果表明，Septin4-K174Q诱导的氧化应激导致肾足细胞凋亡和高血压肾损害。

 

 

图6 研究模式图

 

该研究揭示了全新的去乙酰化酶SIRT2-Septin4-K174通路在高血压肾损伤中，能够克服氧化应激和抑制肾足细胞凋亡，从而减轻肾小球硬化，对高血压带来的靶器官肾损伤的抑制发挥关键作用。同时揭示Septin4-K174Q激活细胞凋亡导致高血压肾损伤加重。AngII诱导的肾损伤可通过Septin4-K174R (模拟K174的去乙酰化状态 ) 缓解，该高血压肾病疾病治疗提供新的思路，为该疾病的靶向治疗以及靶向药物研发提供理论依据。

 

参考文献：

1.  Zhang, Ying et al. 2023. Deacetylation of Septin4 by SIRT2 (Silent Mating Type Information Regulation 2 Homolog-2) Mitigates Damaging of Hypertensive Nephropathy. Circulation research.2.  Zhang, Naijin et al. 2020. Selective targeting of ubiquitination and degradation of PARP1 by E3 ubiquitin ligase WWP2 regulates isoproterenol-induced cardiac remodeling. Cell death and differentiation.3. Zhang, Naijin et al. 2020. Role of WW domain E3 ubiquitin protein ligase 2 in modulating ubiquitination and Degradation of Septin4 in oxidative stress endothelial injury. Redox biology.4. Zhang, Naijin et al. 2021. Deacetylation-dependent regulation of PARP1 by SIRT2 dictates ubiquitination of PARP1 in oxidative stress-induced vascular injury. Redox biology.5. Zhang, Naijin et al. 2022. An unexpected role for BAG3 in regulating PARP1 ubiquitination in oxidative stress-related endothelial damage. Redox biology.
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