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來源：Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 13640
1. 摘要核心內容
論文探討胰島素樣生長因子1（IGF-1）通過調控丙酮酸激酶M2（PKM2）影響人視網膜色素上皮細胞（ARPE-19）的能量代謝與氧化應激抵抗機制，并驗證Klotho蛋白的保護作用。
關鍵發現：IGF-1促進PKM2二聚化及核轉位，抑制其酶活性，導致細胞能量代謝紊亂（氧化磷酸化抑制），但增強抗氧化能力；Klotho通過阻斷IGF-1信號通路逆轉上述效應。
2. 研究目的
闡明IGF-1是否通過調控PKM2影響RPE細胞的代謝和氧化應激平衡。
驗證Klotho能否拮抗IGF-1的作用，為視網膜退行性疾病（如年齡相關性黃斑變性AMD）提供治療靶點。
3. 研究思路
graph LR
A[IGF-1處理ARPE-19細胞] --> B[檢測PKM2表達/二聚化/核定位]
B --> C[分析PK酶活性與能量代謝]
C --> D[評估氧化應激指標]
D --> E[Klotho預處理驗證保護機制]
E --> F[信號通路檢測：IGF-1R/IRS-1/AKT磷酸化]
4. 測量數據及意義（標注圖表來源）
(1) PKM2調控機制
數據：
PKM2表達量↑（圖1A）及二聚化比例↑（圖1B）。
核轉位增加（免疫熒光：圖2；亞細胞分餾：圖9B-C）。
意義：IGF-1誘導PKM2失活（二聚體酶活性↓）并促進其轉錄調控功能（核轉位）。
(2) 能量代謝
數據：
PK活性↓85%（圖3），乳酸脫氫酶（LDH）活性↓（圖5A）。
ATP合成↓44%，OCR↓40%（圖4A-B）。
能量底物依賴轉變：24h后谷氨酰胺/脂肪酸利用↑190-260%，丙酮酸利用↓70%（圖4C-D）。
意義：PKM2失活導致糖酵解-氧化磷酸化偶聯斷裂，細胞通過替代底物維持能量供應。
(3) 氧化應激
數據：
脂質過氧化（MDA）↓（圖7A）。
抗氧化酶（GPx、GR、G6PD）活性↑（圖7B-D）。
意義：代謝重編程減少ROS生成，同時增強抗氧化防御。
(4) Klotho保護機制
數據：
逆轉PKM2二聚化、核轉位及代謝紊亂（圖3-6,9）。
抑制IGF-1R/IRS-1/AKT磷酸化（圖8）。
意義：Klotho通過阻斷IGF-1信號通路維持代謝穩態。
5. Unisense電極測量數據詳解（圖4）
檢測指標：氧消耗速率（OCR）
技術原理：
使用丹麥Unisense微呼吸測量系統（微電極技術），實時監測單細胞或少量細胞的耗氧量，靈敏度高（可達nmol/L·h?1水平）。
關鍵結果：
4h IGF-1處理：OCR↓40%（圖4B），表明線粒體呼吸鏈功能受損。
24h IGF-1處理：OCR部分恢復（但仍低于對照組），且底物依賴性轉向谷氨酰胺/脂肪酸（圖4D）。
研究意義：
直接證明代謝抑制：OCR下降與ATP合成減少（圖4A）同步，證實PKM2失活導致丙酮酸供應不足，抑制三羧酸循環。
揭示代謝適應性：24h后OCR回升反映細胞通過重編程（利用替代底物）部分補償能量缺口。
Klotho的保護作用：Klotho預處理完全阻止OCR下降，突顯其維持線粒體功能的關鍵角色。
? 結論：Unisense OCR數據是代謝靈活性的直接證據，闡明IGF-1如何通過PKM2重編程細胞代謝，并為Klotho的干預提供量化依據。
6. 研究結論
核心機制：IGF-1通過激活IGF-1R→促進PKM2二聚化/核轉位→抑制PK活性→阻斷糖酵解-線粒體能量傳遞→激活替代底物代謝。
雙面效應：
負面：能量危機（ATP/AMP↓，圖6）。
正面：抗氧化能力↑（減少視網膜氧化損傷）。
Klotho作用：拮抗IGF-1信號，維持PKM2四聚體形式及代謝穩態，可能延緩視網膜退行性疾病進展。
臨床意義：PKM2是連接代謝紊亂與視網膜病變（如AMD）的關鍵節點，Klotho或成潛在治療靶點。
總結：本研究通過多維度數據闡明IGF-1-PKM2軸在RPE代謝重編程中的核心作用，Unisense電極提供的高精度OCR動態監測為代謝適應性提供了關鍵證據，深化了對視網膜疾病機制的理解。