Circulation｜华中科技大学附属同济医院汪道文/李华萍/陈琛教授团队发现糖尿病心肌病治疗新靶点

2023年12月，华中科技大学附属同济医院心血管内科汪道文、李华萍和陈琛教授团队在Circulation（IF 37.8）上在线发表题为“Ago2 protects against diabetic cardiomyopathy via activating mitochondrial gene translation”的论文，本研究发现SIRT3-Ago2-CYTB轴将糖毒性与心脏电子传递链失衡联系起来，为开发糖尿病心肌病的线粒体靶向疗法提供了新的机制见解和基础。

研究结果

1 糖尿病条件下心肌细胞线粒体Ago2下调

图1.糖尿病心肌细胞线粒体中Ago2下调

2 Ago2对糖尿病小鼠心功能障碍具有保护作用

为研究Ago2在糖尿病引起的心功能障碍中的功能相关性，作者设计了表达核、胞质和线粒体形式的Ago2的AAV9-cTnT载体，并在小鼠体内进行了功能获得和功能丧失实验。结果发现线粒体形式的Ago2过表达保护了链脲佐菌素治疗小鼠的心功能障碍，并减轻了心脏肥厚；与此形成鲜明对比的是，无论是胞质形式还是核形式的Ago2都没有显示出任何可检测到的影响。Ago2敲低不影响心功能，可能由于链脲佐菌素处理的小鼠线粒体Ago2已经受损，进一步降低Ago2水平可能没有影响心脏，或Ago2敲除减少核和细胞质Ago2，这可能干扰线粒体介导的作用，类似的结果在2型db/db糖尿病模型中也得到了验证。在正常对照小鼠中，Ago2过表达对心功能和心肌肥厚没有显著影响，表明Ago2仅在应激条件下才对心脏进行调节。

图2. 线粒体Ago2对糖尿病小鼠心功能障碍的保护作用

3 Ago2增强线粒体基因表达，抑制ROS产生

考虑到只有线粒体Ago2过表达才能改善糖尿病小鼠的心肌功能，作者首先对链脲霉素处理小鼠的心脏进行了质谱(MS)分析，以特异性评估线粒体基因编码蛋白，结果发现电子传递链复合物(ETC)中的线粒体基因表达失衡。在线粒体Ago2过表达条件下，链脲霉素处理小鼠心脏中ETC III的CYTB显著升高，而CO2和ATP6相对不变。由于CYTB的减少直接促进了ROS的产生，测量糖尿病小鼠的ROS水平，发现线粒体Ago2的过表达降低了链脲霉素诱导的ROS激活；同样的，在db/db 2型糖尿病小鼠心脏中，线粒体Ago2处理恢复了CYTB表达并降低了ROS水平。进一步研究发现线粒体Ago2对ROS的调节主要依赖于ETC III的电子转移。

图3.线粒体Ago2增强线粒体基因表达，抑制ROS的产生

4 线粒体miRNA参与Ago2损失介导的ETC失衡

作者进一步研究发现线粒体Ago2通过募集TUFM增强线粒体基因翻译，对小鼠线粒体miRNA进行测序分析，利用生信软件分析可能特异性靶向mt-CYTB转录物或其他mt-RNA的潜在miRNA，研究发现Ago2-miRNA机制的miRNA提供了碱基配对信息，Ago2招募TUFM促进mt-mRNA的翻译。Ago2的减少和miRNA的失调可能共同导致了线粒体ETC亚基的重塑，其中mt-CYTB的特异性减少似乎直接导致了糖尿病心脏中mt-ROS的产生增加。最后，作者揭示了糖尿病时AGO2丙二酰化减少其线粒体转位。

图4.线粒体Ago2在线粒体miRNA的参与下通过募集TUFM增强线粒体基因翻译

结论

本研究发现亚细胞Ago2在小鼠和糖尿病患者的衰竭心脏中被重排，糖尿病诱导Ago2丙二酰化，直接损害Ago2向线粒体的易位，导致线粒体翻译抑制、ETC复合物失衡和氧化应激。重组腺相关病毒(rAAV)传递的具有特定线粒体定位信号(而非核或胞质信号)的Ago2能够挽救糖尿病小鼠心功能障碍，揭示了糖尿病心肌病的潜在治疗方法。