Metabolic consequences of lactate dehydrogenase inhibition by oxamate in hyperglycemic proximal tubular cells

草酸鹽抑制乳酸脫氫酶在高血糖近端腎小管細(xì)胞中的代謝后果

來源：Experimental Cell Research, Volume 378, 2019, Pages 51-56

《實驗細(xì)胞研究》第378卷，2019年，第51-56頁

 

摘要：

這篇論文摘要闡述了糖尿病腎病與代謝模式改變相關(guān)，即使氧氣供應(yīng)充足，乳酸產(chǎn)生也會增加。高血糖是糖尿病腎病發(fā)展的關(guān)鍵因素。研究探討了在高血糖條件下，乳酸脫氫酶抑制劑草酸鹽對分離的大鼠腎近端小管細(xì)胞代謝的影響。通過超極化[1-13C]丙酮酸核磁共振和氧微傳感器系統(tǒng)測量，發(fā)現(xiàn)草酸鹽處理減少了乳酸產(chǎn)生，降低了細(xì)胞增殖，引起肥大效應(yīng)，并提高了血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)。高血糖細(xì)胞中糖酵解通量增加，導(dǎo)致草酸鹽處理后氧消耗率上調(diào)。結(jié)果表明，草酸鹽抑制LDH可將糖酵解通量重定向至氧化磷酸化，這可能由氧化還原平衡決定。結(jié)論是高血糖和草酸鹽處理通過降低NAD+/NADH比率增加氧利用，改變代謝表型，從而減少細(xì)胞增殖/存活。

 

研究目的：

本研究旨在探索在高血糖條件下，乳酸脫氫酶抑制對腎近端小管細(xì)胞代謝的影響，特別是通過草酸鹽抑制LDH是否能夠改變代謝通量、氧消耗和細(xì)胞表型，以揭示其在糖尿病腎病病理機(jī)制中的潛在作用。

 

研究思路：

研究使用大鼠腎近端小管細(xì)胞系NRK-52E，在高血糖條件下培養(yǎng)，并用草酸鹽處理以抑制LDH活性。通過超極化[1-13C]丙酮酸核磁共振技術(shù)評估代謝通量，使用丹麥Unisense氧微傳感器系統(tǒng)測量細(xì)胞呼吸參數(shù)。同時，檢測細(xì)胞活力、增殖、形態(tài)、LDH活性、NAD+/NADH比率、mRNA表達(dá)等指標(biāo)。研究比較了正常血糖、高血糖、草酸鹽處理及組合處理下的代謝變化，以分析LDH抑制對代謝重編程的影響。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義：

1. 細(xì)胞活力和增殖數(shù)據(jù)：測量了細(xì)胞存活率和增殖數(shù)量，顯示高血糖輕微影響活力和增殖，而草酸鹽處理顯著降低兩者。數(shù)據(jù)來自圖1A和1B。研究意義在于表明LDH抑制對細(xì)胞生存有直接負(fù)面影響，可能通過代謝改變誘導(dǎo)細(xì)胞死亡或抑制生長，為糖尿病腎病中細(xì)胞損傷提供機(jī)制見解。

 

2. 乳酸生產(chǎn)數(shù)據(jù)：通過超極化核磁共振測量丙酮酸向乳酸的轉(zhuǎn)化，顯示高血糖增加乳酸信號，草酸鹽處理減少乳酸產(chǎn)生。數(shù)據(jù)來自圖1D。研究意義在于直接證實LDH抑制能逆轉(zhuǎn)高血糖誘導(dǎo)的乳酸積累，表明代謝通量從厭氧糖酵解轉(zhuǎn)向有氧代謝，有助于理解糖尿病中偽缺氧狀態(tài)的調(diào)節(jié)。

3. LDH活性和NAD+/NADH比率數(shù)據(jù)：LDH活性在高血糖下數(shù)值升高但未顯著，草酸鹽處理降低活性；NAD+/NADH比率在草酸鹽處理下降低。數(shù)據(jù)來自圖2A和2B。研究意義在于揭示LDH抑制影響氧化還原平衡，NAD+/NADH比率下降可能驅(qū)動代謝重編程，鏈接到細(xì)胞能量狀態(tài)和存活。

 

4. 細(xì)胞呼吸參數(shù)數(shù)據(jù)：測量基礎(chǔ)呼吸、ATP鏈接呼吸、泄漏呼吸和最大呼吸，顯示高血糖和草酸鹽單獨處理無顯著影響，但組合處理顯著增加所有呼吸參數(shù)。數(shù)據(jù)來自圖3。研究意義在于表明LDH抑制在高血糖條件下增強(qiáng)氧化磷酸化，支持代謝向有氧途徑轉(zhuǎn)變，可能緩解糖尿病腎病的代謝壓力。

 

5. mRNA表達(dá)數(shù)據(jù)：檢測LDH、PDH、SDH、VEGF和HO-1表達(dá)，顯示草酸鹽處理增加VEGF表達(dá)顯著，其他基因趨勢類似。數(shù)據(jù)來自圖4。研究意義在于表明LDH抑制可能通過調(diào)節(jié)低氧相關(guān)基因影響細(xì)胞反應(yīng)，VEGF上調(diào)提示偽缺氧狀態(tài)的改變，與糖尿病腎病進(jìn)展相關(guān)。

 

 

結(jié)論：

1. 草酸鹽抑制LDH在高血糖NRK-52E細(xì)胞中引起代謝重編程，將糖酵解通量從乳酸生產(chǎn)轉(zhuǎn)向氧化磷酸化，增加氧消耗。

2. 這種代謝轉(zhuǎn)變由氧化還原平衡介導(dǎo)，NAD+/NADH比率降低是關(guān)鍵驅(qū)動因素，導(dǎo)致細(xì)胞增殖減少和存活率下降。

3. LDH抑制可能作為糖尿病腎病的潛在治療靶點，通過調(diào)節(jié)代謝表型改善偽缺氧狀態(tài)，但需進(jìn)一步研究以優(yōu)化策略。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義：

使用丹麥Unisense氧微傳感器系統(tǒng)測量的數(shù)據(jù)包括細(xì)胞呼吸參數(shù)，如基礎(chǔ)呼吸、ATP鏈接呼吸、泄漏呼吸和最大呼吸。這些數(shù)據(jù)的研究意義在于直接定量評估細(xì)胞線粒體功能和氧化磷酸化效率。在高血糖條件下，草酸鹽處理顯著增加呼吸參數(shù)，表明LDH抑制增強(qiáng)了有氧代謝能力。這提供了實驗證據(jù)支持代謝重編程假說，即抑制厭氧糖酵解可促進(jìn)能量產(chǎn)生從低效的乳酸途徑轉(zhuǎn)向高效的氧化途徑。Unisense電極的高精度測量確保了數(shù)據(jù)的可靠性，為理解糖尿病腎病中細(xì)胞代謝失調(diào)提供了關(guān)鍵見解，并提示LDH抑制劑可能通過改善氧利用來緩解疾病進(jìn)展。此外，這些呼吸數(shù)據(jù)與超極化核磁共振結(jié)果互補(bǔ)，共同揭示了代謝通量的動態(tài)變化，強(qiáng)化了研究結(jié)論的可靠性。