SIRT1-Rab7 轴通过末期内体依赖性线粒体自噬调节脓毒症诱导的急性肺损伤中的NLRP3和STING的激活

学术背景

急性肺损伤（ALI）是脓毒症患者主要的死亡原因之一，主要因内皮细胞（ECs）发生促炎性改变和渗透性缺陷。线粒体功能障碍在脓毒症诱导的ALI的发病机制中起着关键的调节作用。虽然线粒体自噬在调节线粒体质量方面广受认可，但它在脓毒症诱导的ALI中的具体作用尚不清楚。SIRT1（Sirtuin 1）是一种组蛋白脱乙酰酶，参与调节炎症、线粒体自噬和细胞衰老。本研究展示了一种依赖于末期内体的线粒体自噬方式，通过SIRT1信号通路在脓毒症诱导的ALI中抑制NLRP3和STING的激活。

研究来源

本文由Jiang Tao、Liu Enran、Li Zhiyuan等人在哈尔滨医科大学和东北林业大学联合完成，并发表在《International Journal of Surgery》2024年第110卷上。

研究细节

实验流程

动物研究： 选用20-25克的健康成年雄性C57BL/6J小鼠，所有动物实验严格遵守动物伦理法规。为了建立脓毒症诱导的ALI模型，采用盲肠结扎穿刺（CLP）方法。实验中使用了SIRT1抑制剂EX527（10mg/kg），通过腹腔注射于CLP手术前30分钟给予小鼠，以研究SIRT1在脓毒症诱导的ALI中的作用。在不同实验组中，加入了不同的药物干预措施，包括CLP模型前给予SIRT1激动剂SRT1720（20mg/kg）、NLRP3抑制剂（MCC950）和STING抑制剂（C176）等。各实验组在CLP手术后24小时进行安乐死处理。肺组织固定于4%多聚甲醛，蜡包埋，切片后进行苏木精-伊红染色，三名病理学家盲法评估组织损伤程度。评估血管渗透性、奉蓝染色、酶联免疫吸附试验（ELISA）测量血清细胞因子及髓过氧化物酶（MPO）活性等方法详细描述见文内。

细胞实验： 采用小鼠肺血管内皮细胞（ECs）在不同实验条件下进行培养，包括用LPS（1μg/mL）模拟脓毒症诱导的ALI。为阻止自噬，细胞预处理20μM氯喹（CQ），同样研究了SIRT1和Rab7在线粒体自噬中的作用。另外通过免疫荧光染色、流式细胞分析和蛋白质印迹实验等技术，深入探讨了SIRT1在细胞自噬和炎症反应中的具体机制。

主要研究结果

SIRT1活性缺失加剧脓毒症诱导的ALI和脓毒症严重程度： 通过组织学分析显示，在CLP模型中，SIRT1活性和表达显著下降，加入SIRT1抑制剂EX527进一步加剧了肺损伤及其他器官的组织损伤，肺MPO活性增加及体重下降、核心温度下降和生存率降低均支持这一发现。进一步通过电镜观察证实，SIRT1活性缺失小鼠在CLP模型中增加了血管外液渗漏和促炎性细胞因子（IL-1β、IL-6、TNF-α）水平。

SIRT1缺失扰乱线粒体稳态并激活炎症反应：在体外研究中，SIRT1 siRNA处理的肺ECs中线粒体膜电位显著下降，受损线粒体增加，mtDNA在细胞质中的积累进一步激活了NLRP3炎症小体和STING信号通路。通过用特异性线粒体ROS清除剂Mitotempo和去除mtDNA的方法，显示了mtDNA在线粒体损伤和炎症反应中的关键作用。

SIRT1通过Rab7介导线粒体自噬：进一步研究发现，SIRT1与Rab7的结合对于线粒体自噬的激活至关重要。SIRT1缺失阻止了线粒体自噬小体向溶酶体的运输，导致受损线粒体的积累，激活了炎症通路。体外实验证实，Rab7过表达可以恢复线粒体自噬流，减少受损线粒体并降低炎症因子分泌。

药理学干预揭示SIRT1在脓毒症诱导ALI中的关键作用：通过药理学恢复SIRT1活性，可以显著改善脓毒症诱导的ALI症状和脓毒症严重程度。SRT1720治疗显著降低了NLRP3和STING信号通路活化，提高了肺血管屏障功能，减轻了肺损伤和脓毒症严重程度。

结论

本研究揭示了SIRT1通过末期内体依赖的线粒体自噬调控过度的线粒体ROS生成和mtDNA泄漏，这对在LPS刺激下限制NLRP3和STING通路的激活至关重要。SIRT1缺失在CLP模型中加剧了肺血管内皮损伤和脓毒症严重程度。这些发现为治疗脓毒症诱导的ALI提供了潜在的治疗靶点，并在分子水平上强调了SIRT1和线粒体在脓毒症引起的内皮细胞功能障碍中的关键作用。

惊喜发现和创新之处

1. 首次揭示SIRT1缺失通过影响末期内体依赖的线粒体自噬途径，导致mtDNA和mtROS积累，激活NLRP3炎症小体和STING通路。
2. 发现Nap7和SIRT1的相互作用及其在线粒体自噬流中的重要性。
3. 药理学激活SIRT1提供了有效的治疗策略，显著改善脓毒症诱导的ALI和脓毒症严重程度。

这项研究为理解脓毒症诱导的ALI中的分子机制提供了新视角，并可能推动开发新的治疗策略以减少脓毒症患者的死亡率。