上海交通大学基础医学院钟清团队、张晶团队揭示线粒体相关内质网膜参与铁死亡调节的机制

2024年1月11日,上海交通大学基础医学院病理生理系钟清团队、张晶团队与合作者在Nature Chemical Biology发表题目为CGI1746 targetsσ1R to modulate ferroptosis through mitochondria-associated membranes的研究论文。研究人员通过激酶抑制剂库筛选,发现了一种名为CGI1746的小分子,其通过主要位于线粒体相关内质网膜的分子伴侣σ-1受体(σ-1 receptor,σ1R)抑制铁死亡;还发现抑制σ1R可保护小鼠免受以铁死亡为特征的顺铂诱导的急性肾损伤的影响。该研究揭示了线粒体相关内质网膜通过钙离子转运和脂质重塑调节铁死亡发生。

线粒体相关内质网膜对线粒体功能的影响

线粒体是一种具有半自主性的细胞器。生物体内的生物合成、呼吸、分泌及机械运动等全部细胞活动所需要的化学能都是由线粒体提供的。线粒体相关内质网膜(MAMs)是与线粒体紧密联系的脂筏样结构域,位于线粒体与内质网(ER)之间。MAMs不仅仅在结构上连接ER和线粒体,还富含多种连接和功能蛋白,因此MAMs必然会对ER和线粒体功能产生影响。文章综述了MAMs的结构、分子组成及其对线粒体功能的影响,主要集中在线粒体融合、线粒体分裂、线粒体自噬、线粒体能量代谢及线粒体活性氧生成等方面,以期为通过MAMs调控线粒体功能来改善相关疾病提供参考。

DRP1调控线粒体稳态对人视网膜色素上皮细胞上皮-间充质转化的影响

目的探讨线粒体动力相关蛋白(DRP1)对人视网膜色素上皮(ARPE-19)细胞上皮-间充质转化(EMT)进程的影响。方法构建H_(2)O_(2)干预ARPE-19细胞模型,将ARPE-19细胞分为3组,NG组:采用含体积分数10%胎牛血清的DMEM/F12培养基培养细胞6 h;H_(2)O_(2)组:先采用650μmol·L^(-1)H_(2)O_(2)干预细胞,此后培养方式及时间与NG组相同;H_(2)O_(2)+Mdivi-1组:先采用10μmol·L^(-1)Mdivi-1处理ARPE-19细胞2 h,再给予650μmol·L^(-1)H_(2)O_(2)干预,此后培养方式及时间与NG组相同。Western blot检测各组细胞p-DRP-1/DRP1、E-钙黏蛋白、N-钙黏蛋白、α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、波型蛋白(Vimintin)及紧密连接蛋白(ZO-1)表达水平;线粒体红色荧光探针检测各组细胞线粒体形态;线粒体超氧化物红色荧光探针检测各组细胞线粒体活性氧(ROS)水平;JC-1染色试剂盒检测各组细胞线粒体膜电位;免疫荧光检测各组细胞中ZO-1表达水平。结果H_(2)O_(2)组细胞p-DRP-1/DRP1蛋白表达比值高于NG组,H_(2)O_(2)+Mdivi-1组细胞p-DRP-1/DRP1蛋白表达比值低于H_(2)O_(2)组,差异均有统计学意义(均为P<0.05)。H_(2)O_(2)+Mdivi-1组细胞较H_(2)O_(2)组线粒体碎片化程度得到改善。H_(2)O_(2)组细胞线粒体ROS水平(4.42±0.29)与NG组(1.00±0.17)及H_(2)O_(2)+Mdivi-1组(2.15±0.18)比较,差异均有统计学意义(均为P<0.05)。H_(2)O_(2)组细胞红/绿荧光强度比值(0.16±0.12)与NG组(1.00±0.09)及H_(2)O_(2)+Mdivi-1组(0.42±0.05)比较,差异均有统计学意义(均为P<0.05)。H_(2)O_(2)组细胞上皮样标志物表达下降,间质样标志物表达上升,H_(2)O_(2)+Mdivi-1组细胞上皮样标志物表达上升,间质样标志物表达下降。各组细胞α-SMA、N-钙黏蛋白、E-钙黏蛋白、Vimintin及ZO-1相对表达量比较,H_(2)O_(2)组与NG组及H_(2)O_(2)+Mdivi-1组比较,差异均有统计学意义(均为P<0.05)。ZO-1免疫荧光染色实验显示,H_(2)O_(2)+Mdivi-1组的细胞连接紧密程度优于H_(2)O_(2)组。结论DRP1可调控线粒体动态平衡,靶向DRP1可改善线粒体功能并抑制EMT进展,从而减轻H_(2)O_(2)诱导的RPE细胞功能障碍。

线粒体相关内质网膜及胰岛素抵抗的运动干预研究进展

为揭示线粒体相关内质网膜(mitochondria associated membranes,MAMs)介导运动干预调控胰岛素抵抗的机制,综述MAMs的结构和功能、MAMs与胰岛素抵抗的联系,以及运动通过介导MAMs组分改善机体胰岛素抵抗的研究进展。结果表明,运动主要通过3条途径调控MAMs,改善胰岛素抵抗:1)Ca2+调控;2)对MAMs结构的修饰;3)调控MAMs处胰岛素信号相关分子。目前仍有4方面问题亟待解决:1)增加源于肝脏以外器官的证据支持;2)有针对性地检测不同细胞器/细胞结构中MAMs关联分子的表达;3)进一步探索MAMs结构与胰岛素抵抗的关系;4)揭示线粒体和内质网间距离与胰岛素抵抗的联系。

线粒体相关内质网膜与脂质代谢的研究进展

线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane,MAM)是指内质网通过一系列蛋白质与线粒体外膜相连所形成的区域,MAM在细胞的脂质代谢、Ca2+信号转导、线粒体的分离融合、线粒体自噬、内质网应激等方面发挥着重要的作用,MAM的结构与功能异常与临床疾病的发生、发展密切相关。

线粒体相关内质网膜在缺血性脑卒中的作用

线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes,MAM)是内质网(endoplasmic reticulum,ER)膜与线粒体外膜紧密连接的特化部分,构成ER和线粒体之间通讯的物理基础,并在Ca^(2+)稳态、氧化应激、炎症、线粒体形态功能调控、脂质代谢、细胞凋亡、自噬等过程中发挥重要作用。深入研究发现,MAM功能与缺血性脑卒中病理生理机制高度相关。另一方面,多种具有明确抗缺血性脑卒中作用的药物或化合物通过影响MAM相关蛋白发挥作用。该文就MAM在缺血性脑卒中病理进程中的作用,以及其作为抗缺血性脑卒中的潜在药物靶点作一综述。

芍药苷调节高糖环境下线粒体相关内质网膜对雪旺细胞凋亡的影响

目的探讨芍药苷(paeoniflorin,PF)调节高糖环境下线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes,MAMs)干预雪旺细胞(schwann Cell,SCs)凋亡的机制。方法采用高糖环境下的SCs模型,观察PF对高糖环境下24和48小时RSC96细胞的影响;设立空白对照组,模型对照组,PF低、中、高剂量组;采用激光共聚焦法观察MAMs的形态并检测其含量;采用流式细胞术检测细胞内的钙离子浓度(Ca 2+);采用Western blot法定量检测MAMs中线粒体融合蛋白2(Mitofusin2,Mfn2)的表达;采用Elisa法检测MAMs中蛋白激酶R样内质网激酶(PKR-like endoplasmic reticulum kinase,PERK)的表达。结果干预24和48小时后,(1)模型对照组SCs形态由棱形变为不规则圆形,其MAMs的含量和质量均比空白对照组下降(P<0.01),不同浓度的PF组SCs形态有所改善,MAMs的含量与质量均比模型对照组有明显提升(P<0.01);(2)模型对照组Mfn2表达比空白对照组明显下降(P<0.01),PF低、中、高剂量组Mfn2表达均比模型对照组明显提升(P<0.01);(3)模型对照组PERK表达比空白对照组明显升高(P<0.01),PF低、中、高剂量组PERK表达比模型对照组显著下降(P<0.05或P<0.01);(4)模型对照组细胞内Ca 2+比空白对照组明显提高(P<0.01),PF低、中、高剂量组比模型对照组均显著降低(P<0.01)。结论PF能够通过上调Mfn2的表达并抑制PERK表达,增加SCs内MAMs数量,改善SCs形态,降低细胞内Ca 2+,减轻钙超载,从而减少SCs凋亡,有利于改善糖尿病周围神经病变。

线粒体相关内质网膜:心血管疾病治疗的新靶点

线粒体相关内质网膜是指内质网和线粒体之间高度动态的紧密连接部分,参与维持内质网和线粒体的正常功能,与细胞脂质代谢、钙稳态、线粒体动力学、自噬和凋亡、内质网应激和炎症等密切相关。研究显示线粒体相关内质网膜功能异常或者数量和结构改变参与心血管疾病的发生发展。本文总结了线粒体相关内质网膜的功能,阐述了其在心血管疾病中的作用及可能机制,为线粒体相关内质网膜成为心血管疾病治疗的新靶点提供理论参考。

线粒体相关内质网膜在脑卒中后认知障碍中作用的研究进展

脑卒中后认知障碍(post-stroke cognitive impairment,PSCI)常出现记忆、学习等多个认知域的损伤,大约有1/3的脑卒中患者会出现不同程度的认知障碍,对康复进程和生活质量均造成较大影响。脑卒中后的继发性改变十分复杂,研究表明,脑卒中缺血缺氧造成的炎症反应、钙紊乱、线粒体功能障碍等病理过程的激活是启动细胞凋亡、自噬等死亡机制.

线粒体相关内质网膜调控糖尿病胰岛β细胞内质网应激机制的探讨

2型糖尿病(T2DM)是临床常见的内分泌紊乱疾病之一,以胰岛素抵抗和胰岛素分泌不足为主要病理特征。T2DM致病机制复杂,其与内质网应激(ERS)、线粒体氧化应激、细胞凋亡等密切相关,但具体机制尚未明确。内质网-线粒体结构偶联又称线粒体相关内质网膜(MAM),对细胞内钙离子(Ca^(2+))分布有着直接或间接的调控作用,且Ca^(2+)对于细胞内环境的稳态具有重要意义。持续的ERS导致MAM结构受损,使其调控内质网、线粒体释放和摄取Ca^(2+)的能力下降。线粒体中过度蓄积的Ca^(2+)会激活氧化应激,加剧ERS,进而启动胰岛β细胞的凋亡程序。在外周组织中发生ERS则会产生胰岛素抵抗,最终导致T2DM的发生与发展。该文介绍了在ERS过程中MAM结构的调控作用以及与胰岛素抵抗发生的关联性,为T2DM的临床治疗和致病机制的探究提供了依据。

线粒体相关内质网膜在肠缺血再灌注损伤中的研究进展

肠缺血再灌注损伤是外科手术或创伤患者高死亡率的重要原因之一。缺血再灌注可引起肠道细胞缺血、缺氧,致使细胞内Ca2+超载、线粒体内活性氧积聚、线粒体自噬、细胞凋亡等。这些细胞事件能够引起肠道细胞损伤,导致肠道屏障作用降低,细菌或毒素由肠道入血,引起全身炎症反应综合征,甚至多器官功能障碍综合征。线粒体相关内质网膜(MAM)是内质网和线粒体之间的动态结构,其形态学和蛋白表达变化会影响线粒体的生物学功能,从而导致多种疾病的发生、发展。有研究报道,MAM调控的线粒体事件与肠缺血再灌注后的病理生理变化高度重合。通过调控MAM上蛋白表达变化,能够减轻细胞缺氧、缺血引起的氧化应激反应,增加细胞对线粒体功能的保护,从而减轻肠缺血再灌注损伤,降低患者死亡率。因此,MAM有可能成为预防和减轻肠缺血再灌注损伤新的作用靶点。

线粒体相关内质网膜上的连接蛋白与神经退行性疾病的研究进展

线粒体相关内质网膜(MAM)是典型的细胞器间物理连接所形成的复合结构,通过调控内质网和线粒体之间钙离子流,介导细胞凋亡和细胞自噬信号传导。MAM上的多种连接蛋白参与了神经退行性疾病的发生和发展,了解其作用机制对研究相关神经退行性疾病的发病机制至关重要。本文将对IP3R、VDAC1、PACS-2、Fis1、Bap31、Mfn2、PDZD8、VAPB和PTPIP51等MAM上的连接蛋白,以及其与细胞凋亡和细胞自噬、神经退行性疾病之间关系的研究进展进行综述。

线粒体相关内质网膜在顺铂诱导卵巢癌细胞凋亡中的作用

目的:探讨卵巢癌细胞SKOV3在顺铂的作用下,对线粒体相关内质网膜(MAMs)的影响。方法:用6 mg/L顺铂处理SKOV3细胞0、12和24 h;通过间接免疫荧光法检测顺铂对active caspase-3的蛋白表达水平以及B细胞受体相关蛋白31(BAP31)和电压依赖性阴离子通道蛋白1(VDAC1)的共定位的影响;流式细胞术检测细胞凋亡率的变化;并通过透射电镜观察线粒体相关内质网膜的变化。结果:激光共聚焦结果显示,顺铂诱导卵巢癌SKOV3细胞中active caspase-3蛋白水平升高,同时也增加了BAP31和VDAC1的共定位;流式细胞术结果表明,顺铂可明显诱导细胞凋亡;透射电镜结果表明顺铂增加了线粒体和内质网之间的关联(P<0.05)。结论:顺铂诱导了SKOV3细胞凋亡,并伴有线粒体和内质网之间关联的增加,推测线粒体相关内质网膜可能参与了顺铂诱导卵巢癌细胞凋亡的过程。

线粒体相关内质网膜在年龄相关性黄斑变性发病机制中的作用研究进展

内质网和线粒体是真核细胞广泛存在的负责蛋白修饰加工以及能量物质转化交互的一组密切接触的细胞器,尤其在代谢活跃的视网膜组织细胞中。它们之间的结构功能以及相互协作制约关系,在疾病发生发展中起重要调控作用。目前研究证明,线粒体功能障碍、内质网应激、自噬等均参与年龄相关性黄斑变性(age-related macular degeneration,AMD)的发生发展过程,其中线粒体相关内质网膜的作用是近年来研究的热点。本文对近年来与视网膜神经退行性疾病以及AMD相关的内质网和线粒体之间,通过物理连接平台进行对话的作用机制方面的相关研究进展进行综述,以期为治疗AMD的药物研发提供新思路,发现治疗新靶点。

线粒体相关内质网膜(MAMs)在心血管疾病中的研究进展

作为内质网和线粒体接触的结构,线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membranes,MAMs)可通过膜结构上的分子促进两种细胞器的物质和信号的交流。目前MAMs在脂质的生物合成与转运、钙稳态的维持、ROS的产生以及自噬过程中的角色逐步被证实。研究表明,MAMs在一些心血管疾病如心力衰竭、心肌缺血再灌注损伤、动脉粥样硬化的发生中十分重要。本文介绍了MAMs的分离和观察方法以及在细胞稳态维持中的作用,并讨论了MAMs在一些心血管疾病中的作用。

线粒体相关内质网膜调节神经元自噬的研究进展

神经元作为不可分裂的细胞,相比其他细胞寿命更长,在发育与维持过程中,需去除错误折叠的蛋白以及损伤衰老的细胞器,以保证生命活动的正常进行。细胞自噬是细胞清除代谢物的主要途径,其目的在于保证细胞对能量的需求以及内环境的稳定。

卵母细胞中线粒体相关内质网膜结构与功能的研究进展

在卵母细胞发育成熟过程中,各细胞器之间有效、稳定的交流是保证其功能与质量的基础。内质网作为细胞钙储池,通过耦联结构与线粒体外膜相连,传递Ca^(2+)信号,我们称该结构为线粒体相关内质网膜(Mitochondria associated membrane,MAM)。MAM在调控内质网应激、线粒体功能、细胞凋亡等生理活动以及神经退行性病变、心肌衰老等病理变化中多见报道。近年来的研究发现MAM在卵母细胞质量下降机制中也扮演重要角色。本文综述MAM的组成及相关蛋白组分,重点阐述其在卵母细胞成熟与发育中扮演的角色以及相关的研究进展。

线粒体相关内质网膜参与调控脑缺血再灌注损伤的研究进展

缺血性脑卒中是临床上比较多见的脑血管疾病,根据流行病学调查研究的数据显示,2019年我国缺血性脑卒中发病率为1700/10万,占全部脑血管疾病的85%以上,针对缺血性脑卒中,应力争尽早对缺血的脑组织实施再灌注治疗,挽救缺血半暗带是临床上首要治疗原则,但血流和氧气的恢复会加重大脑损伤,甚至造成不可逆的损害,这种现象被称为脑缺血再灌注损伤(cerebral ischemia-reperfusion injury,CI-RI),CIRI的机制复杂。

下调XBP1s通过抑制ITPR介导的线粒体功能障碍改善肾小管上皮细胞缺氧/复氧损伤

目的 探讨剪接型X盒结合蛋白1(XBP1s)对小鼠肾小管上皮细胞缺氧/复氧(H/R)损伤的影响及其作用机制。方法 将小鼠肾小管上皮细胞分为腺病毒阴性对照组(Ad-shNC组)、靶向沉默XBP1s腺病毒组(Ad-shXBP1s组)、Ad-shNC+H/R组、Ad-shXBP1s+H/R组。检测各组细胞凋亡水平、线粒体活性氧活性、线粒体膜电位及线粒体钙离子水平。使用染色质免疫共沉淀测序(ChIP-seq)分析XBP1s调控肌醇1,4,5-三磷酸受体(ITPR)家族的结合位点。检测各组XBP1s和ITPR家族信使RNA(mRNA)和蛋白表达水平。结果 与AdshNC组比较,Ad-shNC+H/R组细胞凋亡水平更高,线粒体活性氧水平升高,线粒体膜电位降低,线粒体钙离子水平升高;与Ad-shNC+H/R组比较,Ad-shXBP1s+H/R组细胞凋亡水平较低,线粒体活性氧水平下降,线粒体膜电位升高,线粒体钙离子水平降低(均为P<0.05)。与Ad-shNC组比较,Ad-shXBP1s组XBP1s、ITPR1、ITPR2和ITPR3 mRNA和蛋白相对表达量降低(均为P<0.05)。与Ad-shNC组相比,Ad-shNC+H/R组XBP1s、ITPR1、ITPR2和ITPR3蛋白相对表达量升高;与Ad-shNC+H/R组相比,Ad-shXBP1s+H/R组XBP1s、ITPR1、ITPR2和ITPR3蛋白相对表达量下降(均为P<0.05)。ChIP-seq结果显示,XBP1s能够结合ITPR1的启动子和外显子、ITPR2外显子和ITPR3外显子。结论 XBP1s可能通过直接调控ITPR转录和翻译而影响线粒体相关的内质网膜结构功能,下调XBP1s能够抑制ITPR表达,改善线粒体损伤。

运动调节内质网应激和线粒体自噬防治衰老相关疾病研究进展

随着我国逐渐步入老龄化社会,衰老及其相关疾病的预防和治疗措施已成为研究的热点问题。机体老化引起老年人常见的慢性疾病如阿尔茨海默病、心血管疾病、肌肉减少症和骨质疏松等是影响老年人身体健康和造成死亡的重要威胁。内质网和线粒体是机体蛋白质合成和能量供应的主要细胞器,对于细胞内稳态调节起主导作用,在机体老化过程中细胞内的动态平衡被打破,从而加剧各器官老化,并且伴随着衰老相关疾病发生。而运动作为一种有效的非药物干预手段,对于延缓衰老预防衰老相关疾病的发生起到保护作用。本文从内质网应激、线粒体自噬两个方面入手,综述了衰老相关疾病阿尔兹海默病、心血管疾病、肌肉减少症以及骨质疏松等的相关分子机制,并且阐述运动干预之后各疾病相关分子机制变化,进一步论述了衰老机体中运动调节内质网应激和线粒体自噬及运动干预后发挥保护效应的分子机制,拟为运动延缓机体衰老及预防老年性相关疾病的发生提供新的思路和理论依据。