撰文 | Qi
犬尿酸（KynA）在心臟、大腦、腎臟和視網膜缺血模型中具有組織保護作用，但其機制尚不清楚。此外，儘管KynA被證明可以介導對小鼠器官缺血模型的心臟保護，但小鼠是心臟生理學研究的次優模型，因為它們體積小、心率極快且壽命短【1-3】，因而需要更優模型來研究這一機制。
為了解決這些問題，來自美國丹娜-法伯癌症研究所的William G. Kaelin, Jr團隊在Science雜誌上發表了一篇題為 Mitochondrial remodeling and ischemic protection by G protein–coupled receptor 35 agonists 的文章，他們證明孤兒G蛋白偶聯受體GPR35激活對於KynA的缺血保護是充分且必要的。當被KynA結合時，GPR35激活 Gi -和G12/13 -耦合信號並被運輸到線粒體外膜，間接與ATP合酶抑制因子亞基1（ATPIF1）結合。活化的GPR35以ATPIF1依賴性和百日咳毒素敏感的方式誘導ATP合酶二聚化，從而防止缺血時ATP損失。總之，這些發現為開發用於治療缺血性疾病的特異性GPR35激動劑提供了理論基礎。
為了彌補小鼠在這項研究中的不足之處，作者首先選擇在兔子上模擬缺血/再灌注（I/R）損傷，並測試哪些KynA受體參與KynA的組織保護作用。由於KynA保護離體心臟免受缺血，作者專注於芳烴受體（AhR）和GPR35，但AhR的缺失並未阻斷KynA誘導的心臟保護作用，於是將目光鎖定在後者。作者發現在構建的GPR35-/-小鼠中，KynA在體內損傷前2或24小時或離體心臟中I/R前10或30分鐘施用的心臟保護被完全廢除，需要注意的是，GPR35缺失並未改變I/R損傷後HIF1α的誘導。百日咳毒素是一種經典的Gi和Go蛋白家族抑制劑，能消除KynA誘導的心臟缺血保護，說明GPR35的完整Gi或Go家族信號傳導的必要性。相反，多種結構不相關的GPR35激動劑均具有體內外的心臟保護作用。
為了正式測試KynA與GPR35的結合是否是KynA誘導的缺血保護所必需的，作者構建了GPR35缺陷的hIPS細胞，並用編碼GPR35 WT、GPR35 R151A（失去與GPR35結合能力）或空載體的慢病毒感染它們，然後將這些細胞誘導成心肌細胞並進行離體模擬I/R。結果顯示GPR35 WT而非GPR35 R151A能恢復KynA的保護作用。此外，研究表明GPR35能夠與ATPIF1和ATP合酶結合【4】，作者發現GPR35 WT而非GPR35 R151A能與線粒體發生共定位。為了可視化GPR35向線粒體的運輸過程，作者通過活細胞成像觀察到KynA的處理能導致GPR35在幾分鐘內內化在與TOMM20相關的細胞質“斑點”上。此外，作者發現人和小鼠的GPR35與內源性ATPIF1和ATP合酶發生免疫共沉澱，且GPR35與ATPIF1的結合被KynA和GPR35激動劑增強。需要注意的是，GPR35與線粒體外膜結合以響應KynA，而ATPIF1是線粒體基質蛋白，因此GPR35與ATPIF1之間的相互作用可能由一種或多種蛋白橋接。
圖1. GPR35 WT而非GPR35 R151A能與線粒體蛋白-檸檬酸合酶發生共定位。
在缺血期間，ATP合酶從ATP合成轉變為ATP水解，ATP的損失最終導致細胞死亡。ATPIF1 與 ATP 合酶的結合促進了 ATP 合酶二聚體的形成，從而抑制了ATP水解、氧化磷酸化和耗氧量【5-7】。天然凝膠電泳和免疫熒光顯示KynA能促進ATP合酶異構化，通常與ATP合酶的二聚化有關。隨後作者生成了ATPIF1-/-心肌細胞，並用ATPIF1 WT、ATPIF1 E55A（不能與ATP合酶結合）或空載體感染。ATPIF1 WT而非ATPIF1 E55A允許KynA在離體模擬缺血期間防止ATP消耗並保持細胞活力，說明KynA缺血保護依賴於ATPIF1。
針對這項研究，來自西班牙CBMSO的Susana Cadenas在同期雜誌上發表了題為 Mitochondria rescue cells from ischemic injury 的觀點文章，他指出心肌梗塞和中風等缺血性疾病是重要的死亡原因，如果不瞭解潛在機制，就不可能知道這些干預措施是否適當地誘導了負責的組織保護因子，以及其他因素是否會減輕其影響。因此，Wyant等人的研究支持進一步探索KynA和更廣泛的GPR35激動劑用於預防和治療缺血性損傷，還為犬尿氨酸單加氧酶抑制劑（能促進KynA的積累）的組織保護作用提供了分子解釋。此外，KynA激活GPR35可刺激脂質代謝以及產熱和抗炎基因表達，從而增加脂肪組織中的能量消耗【8】，因此，KynA能否誘導影響心肌細胞代謝的轉錄程序？闡明協調缺血保護的途徑和調節它們的治療方法的開發對於臨床效果不佳的患者群體將具有重要意義。
原文鏈接：
http://doi.org/10.1126/science.abm1638
參考文獻
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