Autophagy | 虛擬篩選所得松果菊苷靶向XIAP-ULK1軸恢復線粒體自噬并穩(wěn)定肉堿代謝治療糖尿病腎病

ULK1，是一種絲氨酸/蘇氨酸激酶，也是酵母Atg1（自噬相關1）的同源物，是一般自噬和線粒體吞噬的核心調控因子。ULK1與ATG13、RB1CC1/FIP200和ATG101形成復合體，協(xié)調自噬和自噬體形成的啟動。研究表明，ULK1缺乏會損害線粒體膜，導致線粒體形態(tài)異常和線粒體膜電位/MMP的喪失。除了自噬作用外，ULK1還維持細胞代謝穩(wěn)態(tài)并調節(jié)應激反應。然而，ULK1在DKD中的調控機制仍大多未被充分探討。

2025年11月13日，武漢大學人民醫(yī)院楊倩團隊在Autophagy（IF=14.3）發(fā)表題為“XIAP-ULK1-mediated mitophagy modulates carnitine metabolism to mitigate diabetic kidney disease”的文章，在糖尿病腎病（DKD）中，確認XIAP是調控ULK1的關鍵因素。XIAP與ULK1相互作用，促進其在K142和K925殘基處的K48連接多泛素化，從而導致ULK1降解。通過虛擬篩選鑒定了一種天然化合物松果菊苷，作為潛在的ULK1激動劑。松果菊苷抑制了K142位點ULK1的泛素化，穩(wěn)定了ULK1表達并減輕了腎損傷。

本研究強調了 XIAP-ULK1 介導的線粒體自噬在調節(jié)肉堿代謝以減緩糖尿病腎病進展中的關鍵作用。我們的研究結果表明，通過諸如 L-肉堿補充或 ULK1 激動劑松果菊苷等靶向干預措施恢復 ULK1 的表達，可能對糖尿病腎病的治療有益。這些結果突顯了線粒體質量控制在糖尿病腎病發(fā)病機制中的重要性，并為治療開發(fā)提供了一個有希望的新方向。

摘要

糖尿病腎病（DKD）是糖尿病的一種主要并發(fā)癥，其特征為腎功能逐漸衰退以及線粒體受損。線粒體自噬是一種選擇性的巨自噬/自噬形式，能夠維持線粒體的質量，對于腎臟的穩(wěn)態(tài)至關重要。然而，線粒體自噬如何將這些途徑與糖尿病腎病聯(lián)系起來的分子機制仍不為人所知。本研究探討了由 XIAP-ULK1 介導的線粒體自噬在調節(jié)肉堿代謝中的作用及其在緩解糖尿病腎病方面的治療潛力。通過結合來自糖尿病腎病患者的腎活檢分析、糖尿病小鼠模型、高糖處理的腎小管上皮細胞以及分子對接等方法，我們發(fā)現(xiàn) XIAP 的上調通過 K48 連接的多聚泛素化導致 ULK1 的降解，從而抑制線粒體自噬并破壞肉堿代謝。通過使用 ULK1 激動劑松果菊苷和 L-肉堿補充劑恢復 ULK1 的表達，改善了線粒體自噬和肉堿穩(wěn)態(tài)，減輕了糖尿病小鼠模型的腎損傷并增強了線粒體功能。這些研究結果表明，通過靶向 XIAP-ULK1 軸來恢復線粒體自噬并穩(wěn)定肉堿代謝，有望成為治療糖尿病腎病的有效策略，這凸顯了代謝調節(jié)在腎臟疾病管理中的重要性。

鑒于目前尚缺乏針對 ULK1 的臨床藥物，我們對天然化合物進行了篩選，以探究其是否能穩(wěn)定 ULK1 的活性，并最終確定了松果菊苷對維持線粒體完整性和減少線粒體活性氧的抑制作用最為顯著。松果菊苷還逆轉了 HG 處理的 TEC 中 LAMP1 和 TOMM20、LC3 和 TOMM20、PINK1 和 TOMM20 以及 PRKN 和 TOMM20 的共定位減少現(xiàn)象。這種作用在 ulk1 基因敲除細胞中被消除，這表明其作用機制涉及將 ULK1 靶向至以恢復線粒體自噬。我們進行了系列的生物物理分析，以確認松果菊苷與 ULK1 之間的結構相互作用。分子動力學模擬RMSD和RMSF 分析表明，松果菊苷與 ULK1 的復合物隨著時間的推移保持穩(wěn)定，具有有利的結合構象和低能量狀態(tài)。表面等離子體共振/SPR 和微尺度熱泳動/MST確認了松果菊苷與 ULK1 之間的強結合親和力，親和常數分別為 1.28×10?6 M 和 1.81×10?7 M。細胞熱位移測定法/CETSA 和藥物親和力響應靶穩(wěn)定性/DARTS測定進一步表明，松果菊苷通過增強 ULK1 對熱變性和蛋白酶消化的抵抗力來穩(wěn)定 ULK1。分子對接研究支持了松果菊苷與 ULK1 之間強大的結合親和力，并確定了結合位點，包括 ILE22、ASP99、GLU93、LYS142、GLN142 和 ASN/143。考慮到 ULK1 受到泛素化調節(jié)，并且泛素化發(fā)生在賴氨酸位點。因此，我們進一步探究了松果菊苷是否通過 LYS142 位點影響 ULK1 的泛素化過程。值得注意的是，松果菊苷在抑制具有ULK1 K142 突變殘基的細胞中 K48 連接的 ULK1 蛋白的泛素化以及恢復線粒體自噬方面效果較差。這些結果表明松果菊苷是一種有前景的 ULK1 保持劑，并且有可能成為緩解 DKD 中 TECs 線粒體自噬缺陷的潛在治療候選藥物。

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2025.2581214

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