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復(fù)旦大學(xué)附屬浦東醫(yī)院朱敏敏教授團(tuán)隊(duì)利用野生型與AARS1雜合缺失（AARS1+/–）小鼠構(gòu)建DN模型，結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、脂質(zhì)組及分子生物學(xué)手段，揭示AARS1通過(guò)兩條途徑激活腎細(xì)胞鐵死亡：①AARS1作為乳酰轉(zhuǎn)移酶，直接催化H3K18la及STAT1乳酸化，促進(jìn)脂肪酸延長(zhǎng)酶ELOVL5的轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致脂質(zhì)過(guò)氧化；②AARS1與STAT1形成復(fù)合物協(xié)同增強(qiáng)ELOVL5表達(dá)。抑制AARS1（基因減半或β-丙氨酸干預(yù)）或阻斷STAT1（氟達(dá)拉濱）均可減輕鐵死亡、延緩DN進(jìn)展，從而為DN提供“乳酰化-鐵死亡”新靶點(diǎn)。該文章于2025年9月23日以《ARS1-mediated lactylation of H3K18 and STAT1 promotes ferroptosis in diabetic nephropathy》為題發(fā)表于《Cell Death Differ》（DOI： 10.1038/s41418-025-01587-4）。

Scheme 1 外科輔助水凝膠(AG-gel)通過(guò)清創(chuàng)術(shù)后局部給藥抑制異常補(bǔ)體激活以增強(qiáng)TBI后神經(jīng)保護(hù)的示意圖

本研究首次證實(shí)丙氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）是一種乳酰轉(zhuǎn)移酶，在DN腎組織中高表達(dá)；通過(guò)構(gòu)建AARS1雜合缺失（AARS1+/–）DN小鼠并結(jié)合轉(zhuǎn)錄組、脂質(zhì)組及分子生物學(xué)手段，發(fā)現(xiàn)AARS1催化H3K18la及非組蛋白STAT1乳酸化，協(xié)同STAT1上調(diào)ELOVL5轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)PUFA脂質(zhì)過(guò)氧化與鐵死亡，導(dǎo)致腎功能障礙和細(xì)胞死亡。抑制AARS1（基因減半或β-丙氨酸）或阻斷STAT1（氟達(dá)拉濱）均可減輕鐵死亡、延緩DN進(jìn)展，從而為DN提供“乳?；?鐵死亡”新靶點(diǎn)與干預(yù)策略。

(1) 在DN患者和模型中，AARS1和H3K18la的表達(dá)均升高

DN患者及模型腎組織AARS1、總?cè)樗峄癏3K18la水平隨病程升高（圖1A–D）。HE與Masson染色顯示膠原沉積和纖維化隨分期遞增，TUNEL示腎小管與腎小球細(xì)胞死亡同步增加（圖1A）。高糖刺激使HGEC與HK-2細(xì)胞AARS1、乳酸化、H3K18la及死亡均升高，甘露醇對(duì)照無(wú)影響。

圖1 AARS1-乳酸化-H3K18la軸在DN腎組織中隨病程升高。 A 人腎穿連續(xù)切片（HE、Masson、TUNEL）及AARS1、pan-Kla、H3K18la IHC示DN分期愈高則結(jié)構(gòu)損傷、纖維化與細(xì)胞死亡愈重，乳酸化信號(hào)同步增強(qiáng)（bar=50 μm）；B 模型小鼠腎同源染色復(fù)現(xiàn)上述變化；C Western blot與D qPCR證實(shí)DN鼠腎AARS1蛋白、pan-Kla、H3K18la及mRNA均顯著上調(diào)（*P<0.05–****P<0.0001）

（2）AARS1的上調(diào)參與了DN的發(fā)生

AARS1+/- DN小鼠腎組織損傷、纖維化及細(xì)胞死亡減輕，AARS1、乳酸化與H3K18la水平下降，腎功能指標(biāo)改善（圖2A–C）。高糖條件下敲低AARS1或給予抑制劑Gln-AMS，均同步降低AARS1與H3K18la并減少HGEC和HK-2細(xì)胞死亡（圖2D–F）。

圖2 AARS1雜合缺失減輕DN腎損傷與乳?；?/span>。（a）HE、Masson、TUNEL及IHC示AARS1+/–DN組結(jié)構(gòu)損傷、纖維化和細(xì)胞死亡減少，AARS1、乳?；?、H3K18la同步下調(diào)（標(biāo)尺50 μm）；（b）Western blot示腎組織AARS1、H3K18la蛋白降低；（c）qPCR示AARS1 mRNA減少；（d）高糖升高AARS1與H3K18la，被si-AARS1逆轉(zhuǎn)；（e）高糖誘導(dǎo)AARS1 mRNA上升，敲低后恢復(fù)；（f）PI染色示高糖致細(xì)胞死亡增加，AARS1沉默抑制（標(biāo)尺100 μm）

（3）AARS1上調(diào)通過(guò)引發(fā)鐵下垂參與DN的發(fā)病機(jī)制

RNA-seq顯示DN腎組織富集不飽和脂肪酸合成、延長(zhǎng)及脂肪酸代謝通路（圖3A）。隨DN分期進(jìn)展，4-HNE、MDA、ACSL4升高，GPX4降低（圖3B）。Fer-1緩解DN小鼠腎損傷，抑制ACSL4并恢復(fù)GPX4，減輕線粒體皺縮、MDA、LPO沉積及Fe2?積聚，改善腎功能；在高糖細(xì)胞中，F(xiàn)er-1濃度-時(shí)間依賴性減少死亡、脂質(zhì)過(guò)氧化、MMP崩潰、MDA及Fe2?與線粒體超氧陰離子。AARS1+/- DN小鼠腎內(nèi)ACSL4下調(diào)、GPX4上調(diào)，TEM示線粒體損傷減輕，MDA、LPO、Fe2?含量下降（圖3C-G）。敲減AARS1或Gln-AMS逆轉(zhuǎn)高糖誘導(dǎo)的 ferroptosis 標(biāo)志變化。AARS1-H3K18la軸通過(guò)觸發(fā)鐵死亡參與DN。

圖3 AARS1缺失抑制DN鐵死亡。（a）KEGG差異基因分子功能；（b）DN患者腎活檢4-HNE、MDA、ACSL4遞增，GPX4遞減（50 μm）；（c）AARS1+/– DN小鼠較DN組ACSL4降、GPX4升，線粒體嵴與體積恢復(fù)（IHC 50 μm，TEM 500 nm）；（d）Western blot示腎組織ACSL4下調(diào)、GPX4上調(diào)；（e–g）MDA、LPO、Fe2?含量均降低

（4）AARS1 誘導(dǎo)的 H3K18la 通過(guò)調(diào)節(jié) ELOVL5 轉(zhuǎn)錄參與糖尿病腎病模型中的鐵死亡

AARS1催化H3K18乳酸化后，選擇性占據(jù)ELOVL5啟動(dòng)子P3區(qū)并上調(diào)其轉(zhuǎn)錄。ELOVL5表達(dá)隨DN分期升高，定位內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，通過(guò)增加PUFA（如花生四烯酸）合成驅(qū)動(dòng)腎小管上皮細(xì)胞鐵死亡；敲低ELOVL5或補(bǔ)充AA可逆轉(zhuǎn)這一進(jìn)程。AARS1過(guò)表達(dá)依賴ELOVL5增強(qiáng)鐵死亡，抑制AARS1則降低ELOVL5水平并減輕DN模型腎損傷。

圖4 AARS1-ELOVL5軸調(diào)控鐵死亡機(jī)制。（a）Western blot示AARS1過(guò)表達(dá)升高H3K18la、ELOVL5、ACSL4并降低GPX4，si-ELOVL5逆轉(zhuǎn)該變化；（b）qPCR驗(yàn)證AARS1與ELOVL5轉(zhuǎn)錄水平；（c）C11-BODIPY 581/591探針顯示AARS1過(guò)表達(dá)加劇脂質(zhì)過(guò)氧化，ELOVL5敲低抑制該效應(yīng)；（d）JC-1探針示AARS1過(guò)表達(dá)致線粒體膜電位下降，si-ELOVL5恢復(fù)紅色聚合物熒光；（e）MDA水平隨AARS1過(guò)表達(dá)升高，被ELOVL5沉默逆轉(zhuǎn)；（f）FeRhoNox-1探針檢測(cè)Fe2?含量，AARS1組熒光增強(qiáng)，si-ELOVL5減弱信號(hào)；（g）MitoSOX示AARS1過(guò)表達(dá)增加線粒體超氧化物，ELOVL5敲低降低紅色熒光；（h）PI染色顯示AARS1過(guò)表達(dá)促進(jìn)細(xì)胞死亡，ELOVL5沉默減少死亡；標(biāo)尺均為100 μm

（5）AARS1在體內(nèi)和體外均與信號(hào)換能器和轉(zhuǎn)錄激活因子1（STAT1）直接相互作用

質(zhì)譜鑒定STAT1為AARS1互作轉(zhuǎn)錄因子，Co-IP、免疫熒光和GST pull-down在HGECs與HK-2細(xì)胞中驗(yàn)證其直接結(jié)合；DN患者腎活檢、模型小鼠腎及高糖細(xì)胞中STAT1蛋白隨疾病分期升高，結(jié)果見(jiàn)于圖5A–J。

圖5 STAT1與AARS1互作及表達(dá)上調(diào)。（a）質(zhì)譜篩查潛在結(jié)合；（b）Co-IP驗(yàn)證二者相互作用；（c）免疫熒光共定位（標(biāo)尺100 μm）；（d）GST pull-down確認(rèn)直接結(jié)合；（e）DN患者腎活檢STAT1隨分期遞增（標(biāo)尺50 μm）；（f）Western blot示DN小鼠腎STAT1蛋白升高；（g）IHC驗(yàn)證DN小鼠腎STAT1上調(diào)（標(biāo)尺50 μm）；（h）qPCR示DN小鼠腎STAT1 mRNA增加；（i）高糖細(xì)胞STAT1 mRNA上升；（j）高糖細(xì)胞STAT1蛋白上升

（6）在DN模型中，STAT1通過(guò)調(diào)節(jié)ELOVL5的轉(zhuǎn)錄參與鐵下垂

STAT1直接結(jié)合ELOVL5啟動(dòng)子區(qū)兩處位點(diǎn)并激活其轉(zhuǎn)錄，敲低STAT1下調(diào)ELOVL5并抑制高糖HGEC/HK-2細(xì)胞鐵死亡，過(guò)表達(dá)STAT1則相反且該效應(yīng)可被si-ELOVL5阻斷；Re-ChIP顯示STAT1與AARS1共占位。STAT1抑制劑fludarabine呈濃度-時(shí)間依賴性降低STAT1及ELOVL5表達(dá)，阻斷細(xì)胞鐵死亡；DN小鼠腹腔注射fludarabine同步下調(diào)腎內(nèi)STAT1/ELOVL5，減輕鐵死亡、腎損傷并改善腎功能。

圖6 STAT1抑制劑緩解DN腎損傷與鐵死亡。（a）HE、Masson、TUNEL、IHC及TEM示DN+Flu組腎損傷、纖維化與細(xì)胞死亡減輕，STAT1、ELOVL5、ACSL4下調(diào)，GPX4回升，線粒體嵴與體積恢復(fù)（HE等標(biāo)尺50 μm，TEM 500 nm）；（b）Western blot示DN+Flu腎組織STAT1、ELOVL5、ACSL4降低，GPX4升高；（c）qPCR示STAT1與ELOVL5 mRNA同步下調(diào)；（d–f）DN+Flu組腎MDA、LPO及Fe2?含量均顯著減少

(7) AARS1調(diào)節(jié)STAT1和H3K18的乳酸化，從而調(diào)節(jié)ELOVL5的轉(zhuǎn)錄并觸發(fā)鐵凋亡

進(jìn)一步通過(guò)檢測(cè)血腦屏障相關(guān)指標(biāo)、外源性及內(nèi)源性C3表達(dá)水平，驗(yàn)證了AG-gel能夠顯著抑制C3表達(dá)。通過(guò)分子對(duì)接、SPR技術(shù)更進(jìn)一步證實(shí)了AG-gel與C3直接結(jié)合能力。

AARS1依賴其乳酰轉(zhuǎn)移酶活性催化STAT1-K193位點(diǎn)乳?；?，促進(jìn)STAT1磷酸化及核轉(zhuǎn)位，并增強(qiáng)STAT1與ELOVL5啟動(dòng)子結(jié)合；酶失活突變體AARS15M喪失上述功能。體外重組實(shí)驗(yàn)顯示AARS1以乳酸濃度依賴方式實(shí)現(xiàn)STAT1乳酰化，高糖細(xì)胞內(nèi)過(guò)表達(dá)AARS1同步升高STAT1乳?；?、H3K18la及ELOVL5水平并驅(qū)動(dòng)鐵死亡，而突變STAT1-K193阻斷這些效應(yīng)。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖7A–。

圖7 AARS1乳?；疭TAT1增強(qiáng)其轉(zhuǎn)錄活性。（a）免疫熒光示AARS1過(guò)表達(dá)驅(qū)動(dòng)STAT1核轉(zhuǎn)位，AARS15M無(wú)效（標(biāo)尺100 μm）；（b）Western blot示AARS1提升STAT1磷酸化，AARS15M無(wú)此作用；（c）ChIP?qPCR示AARS1增強(qiáng)STAT1與ELOVL5啟動(dòng)子結(jié)合，AARS15M無(wú)此效應(yīng)；（d）體外重組證實(shí)AARS1以乳酸依賴方式乳酰化STAT1；（e）Co-IP示AARS1誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)STAT1乳?；⑸险{(diào)STAT1、H3K18la及ELOVL5，AARS15M均無(wú)效

（8）β-丙氨酸通過(guò)抑制aars1誘導(dǎo)的乳酸化，減輕DN模型小鼠和高血糖細(xì)胞的鐵下垂

丙氨酸與乳酸競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合AARS1，呈濃度-時(shí)間依賴性抑制高糖細(xì)胞內(nèi)AARS1介導(dǎo)的STAT1與H3K18乳?；?，下調(diào)AARS1-STAT1-H3K18la-ELOVL5軸并阻斷鐵死亡；DN小鼠給予β-丙氨酸后腎組織同步降低上述蛋白表達(dá)，減輕鐵死亡與腎損傷，腎功能改善。

圖8 β-丙氨酸抑制AARS1乳?；瘻p輕DN腎損傷。（a）HE、Masson、TUNEL、IHC及TEM示DN+β-丙氨酸組腎損傷、纖維化與細(xì)胞死亡減少，AARS1、H3K18la、STAT1、ELOVL5、ACSL4下調(diào)，GPX4回升，線粒體嵴與體積增加（HE等標(biāo)尺50 μm，TEM 500 nm）；（b）Western blot示腎組織AARS1、H3K18la、STAT1、ELOVL5、ACSL4降低，GPX4升高；（c）qPCR示AARS1、STAT1、ELOVL5 mRNA下調(diào)；（d–f）腎內(nèi)MDA、LPO及Fe2?含量均減少