通过抑制TGR5介导的脂肪酸摄取预防糖尿病心肌病

背景与问题陈述

糖尿病性心肌病（Diabetic Cardiomyopathy, DBCM）是糖尿病患者经常面临的严重并发症，特点是心肌脂质积聚和心脏功能障碍。胆汁酸代谢在心血管和代谢性疾病中发挥着至关重要的作用。其中，TGR5（Takeda G蛋白偶联受体5）作为一种主要的胆汁酸受体，已被证实与代谢调节及心肌保护相关。然而，胆汁酸-TGR5通路在维持心脏代谢平衡中的具体作用尚不明确。

研究来源

这篇文章由多个研究机构合作完成，包括北京大学等。这项研究在2023年6月23日完成，并于2024年3月26日被接受，发表在《Nature Metabolism》上。

研究方法

实验流程

研究使用了心肌细胞特异性TGR5敲除小鼠（TGR5fl/fl，TGR5δcm），通过糖尿病模型诱导心肌毒性来探讨TGR5对心脏脂肪代谢的作用：

1. 糖尿病模型建立：

   • 采用高脂饮食（HFD）联合链脲佐菌素（STZ）处理，TGR5fl/fl与TGR5δcm小鼠分别喂食24周。
   • 通过跨系繁殖db/+小鼠与αMHC-GPbar1fl/fl小鼠，建立T2DM的遗传模型db/db TGR5δcm小鼠。

2. 心脏功能检测：

   • 使用超声心动图评估心脏收缩和舒张功能，通过GLS、EF和FS等参数进行测量和比较。

3. 组织学与分子生物学检测：

   • 使用油红O染色和Bodipy 493/503染色评估脂质积聚，采用Masson三色染色评估心肌纤维化。
   • 检测ANP、BNP、β-MHC等标志物水平。

4. 脂质代谢分析：

   • 通过传质电子显微镜观察脂滴数量与大小。
   • 进行脂质组学分析，比对TGR5敲除与非敲除小鼠在脂质种类和含量上的差异。

5. TGR5与CD36的关系：

   • 使用IP（免疫共沉淀）与Western blot实验验证TGR5与CD36的palmitoylation关系，研究其对脂肪酸吸收的影响。

6. 药物干预与功能验证：

   • 通过治疗TGR5激动剂INT-777或胆汁酸DCA和TCA，观察其对心脏功能和脂质代谢的影响。

研究对象处理

• 心肌细胞特异性TGR5敲除小鼠处理： 各组别小鼠均饲喂高脂饮食，同时通过STZ注射诱导糖尿病。
• 药物干预试验： 对db/db小鼠进行INT-777或胆汁酸DCA和TCA的处理，持续观察心脏功能。

数据分析算法

主要使用ANOVA、t-test和Mann-Whitney检验分析实验数据，确保统计显著性。

主要结果

心肌特异性TGR5敲除加剧心脏功能障碍

心肌敲除TGR5小鼠在高脂饮食/链脲佐菌素处理后的24周内，表现出显著的心脏功能下降，包括收缩和舒张功能的恶化，GLS，EF和FS参数显著降低，同时心肌肥大和纤维化症状显著增加，脂质积聚明显。

TGR5抑制心肌脂质积聚

进一步的机制研究显示，TGR5敲除通过上调palmitoyl acyltransferase DHHC4介导的CD36 palmitoylation，促进CD36在膜上的定位，增加脂质吸收。CD36的这一过度活性导致心肌细胞内脂质积聚加重。

药物干预结果

受TGR5激动剂INT-777或胆汁酸DCA和TCA处理后，DBCM小鼠心脏功能显著改善，心肌脂质积聚减少，表明TGR5激动能够逆转因TGR5缺失引起的脂质代谢紊乱和心脏损伤。

研究结论与意义

1. 科学意义：

   • 本研究首次揭示了TGR5在心肌脂质代谢中的关键调节作用，明确了TGR5- DHHC4通路在心脏脂肪酸吸收和CD36 palmitoylation中的机制。
   • 研究数据支持TGR5作为一个潜在的治疗靶点，通过调节心肌脂质代谢，从而预防和逆转糖尿病性心肌病的进展。

2. 应用价值：

   • TGR5激动剂如INT-777以及特定的胆汁酸（DCA和TCA）在预防和治疗糖尿病性心肌病上的潜在应用前景。

3. 研究亮点：

   • 研究创新性地结合了遗传模型与药理模型，从多角度系统性地探讨了TGR5在心脏功能和脂质代谢中的作用。
   • 通过细致的分子和细胞水平研究，揭示了CD36 palmitoylation及其膜定位在脂质代谢中的重要性。

补充信息

通过对人体样本中的胆汁酸水平进行分析发现，糖尿病受试者中与TGR5受体偏好结合的胆汁酸（如DCA）显著降低，提示TGR5信号通路可能是糖尿病性心肌损伤发展中的关键节点。

本研究为全面理解TGR5在心肌代谢调节中的作用提供了重要依据，揭示了TGR5在治疗糖尿病性心肌病方面的潜力。未来的研究可进一步探索TGR5激动剂在临床上的应用及相关优化。