撰文 | Qi
犬尿酸（KynA）在心脏、大脑、肾脏和视网膜缺血模型中具有组织保护作用，但其机制尚不清楚。此外，尽管KynA被证明可以介导对小鼠器官缺血模型的心脏保护，但小鼠是心脏生理学研究的次优模型，因为它们体积小、心率极快且寿命短【1-3】，因而需要更优模型来研究这一机制。
为了解决这些问题，来自美国丹娜-法伯癌症研究所的William G. Kaelin,Jr团队在Science杂志上发表了一篇题为Mitochondrial remodeling and ischemic protection by G protein–coupled receptor 35 agonists的文章，他们证明孤儿G蛋白偶联受体GPR35激活对于KynA的缺血保护是充分且必要的。当被KynA结合时，GPR35激活 Gi -和G12/13 -耦合信号并被运输到线粒体外膜，间接与ATP合酶抑制因子亚基1（ATPIF1）结合。活化的GPR35以ATPIF1依赖性和百日咳毒素敏感的方式诱导ATP合酶二聚化，从而防止缺血时ATP损失。总之，这些发现为开发用于治疗缺血性疾病的特异性GPR35激动剂提供了理论基础。
为了弥补小鼠在这项研究中的不足之处，作者首先选择在兔子上模拟缺血/再灌注（I/R）损伤，并测试哪些KynA受体参与KynA的组织保护作用。由于KynA保护离体心脏免受缺血，作者专注于芳烃受体（AhR）和GPR35，但AhR的缺失并未阻断KynA诱导的心脏保护作用，于是将目光锁定在后者。作者发现在构建的GPR35-/-小鼠中，KynA在体内损伤前2或24小时或离体心脏中I/R前10或30分钟施用的心脏保护被完全废除，需要注意的是，GPR35缺失并未改变I/R损伤后HIF1α的诱导。百日咳毒素是一种经典的Gi和Go蛋白家族抑制剂，能消除KynA诱导的心脏缺血保护，说明GPR35的完整Gi或Go家族信号传导的必要性。相反，多种结构不相关的GPR35激动剂均具有体内外的心脏保护作用。
为了正式测试KynA与GPR35的结合是否是KynA诱导的缺血保护所必需的，作者构建了GPR35缺陷的hIPS细胞，并用编码GPR35 WT、GPR35 R151A（失去与GPR35结合能力）或空载体的慢病毒感染它们，然后将这些细胞诱导成心肌细胞并进行离体模拟I/R。结果显示GPR35 WT而非GPR35 R151A能恢复KynA的保护作用。此外，研究表明GPR35能够与ATPIF1和ATP合酶结合【4】，作者发现GPR35 WT而非GPR35 R151A能与线粒体发生共定位。为了可视化GPR35向线粒体的运输过程，作者通过活细胞成像观察到KynA的处理能导致GPR35在几分钟内内化在与TOMM20相关的细胞质“斑点”上。此外，作者发现人和小鼠的GPR35与内源性ATPIF1和ATP合酶发生免疫共沉淀，且GPR35与ATPIF1的结合被KynA和GPR35激动剂增强。需要注意的是，GPR35与线粒体外膜结合以响应KynA，而ATPIF1是线粒体基质蛋白，因此GPR35与ATPIF1之间的相互作用可能由一种或多种蛋白桥接。
图1. GPR35 WT而非GPR35 R151A能与线粒体蛋白-柠檬酸合酶发生共定位。
在缺血期间，ATP合酶从ATP合成转变为ATP水解，ATP的损失最终导致细胞死亡。ATPIF1 与 ATP 合酶的结合促进了 ATP 合酶二聚体的形成，从而抑制了ATP水解、氧化磷酸化和耗氧量【5-7】。天然凝胶电泳和免疫荧光显示KynA能促进ATP合酶异构化，通常与ATP合酶的二聚化有关。随后作者生成了ATPIF1-/-心肌细胞，并用ATPIF1 WT、ATPIF1 E55A（不能与ATP合酶结合）或空载体感染。ATPIF1 WT而非ATPIF1 E55A允许KynA在离体模拟缺血期间防止ATP消耗并保持细胞活力，说明KynA缺血保护依赖于ATPIF1。
针对这项研究，来自西班牙CBMSO的Susana Cadenas在同期杂志上发表了题为Mitochondria rescue cells from ischemic injury的观点文章，他指出心肌梗塞和中风等缺血性疾病是重要的死亡原因，如果不了解潜在机制，就不可能知道这些干预措施是否适当地诱导了负责的组织保护因子，以及其他因素是否会减轻其影响。因此，Wyant等人的研究支持进一步探索KynA和更广泛的GPR35激动剂用于预防和治疗缺血性损伤，还为犬尿氨酸单加氧酶抑制剂（能促进KynA的积累）的组织保护作用提供了分子解释。此外，KynA激活GPR35可刺激脂质代谢以及产热和抗炎基因表达，从而增加脂肪组织中的能量消耗【8】，因此，KynA能否诱导影响心肌细胞代谢的转录程序？阐明协调缺血保护的途径和调节它们的治疗方法的开发对于临床效果不佳的患者群体将具有重要意义。
http://doi.org/10.1126/science.abm1638
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参考文献
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