【标书案例】肌浆网钙泵SERCA2a乳酸化修饰异常诱导线粒体烁致糖尿病心肌能量代谢障碍的作用及机制研究.docx

学术   2024-12-16 22:05   上海  

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肌浆网钙泵SERCA2a乳酸化修饰异常诱导线粒体烁致糖尿病心肌能量代谢障碍的作用及机制研究


立项依据

糖尿病心肌病是糖尿病患者中一种重要的心血管并发症,主要表现为心肌收缩功能障碍和代谢紊乱。研究表明,心肌能量代谢障碍是导致糖尿病心肌病的重要机制之一。然而,糖尿病条件下心肌代谢障碍的分子机制尚不完全清楚。肌浆网钙泵SERCA2a作为心肌细胞中维持钙稳态和调节心肌收缩功能的关键蛋白,其功能障碍与多种心血管疾病密切相关。近年来的研究发现,SERCA2a的翻译后修饰,特别是乳酸化修饰,可能对其功能产生重要影响。

糖尿病患者常伴随乳酸代谢异常,高乳酸状态可能通过乳酸化修饰调控多种蛋白功能。已有研究表明,SERCA2a的乳酸化修饰异常可影响其钙运输能力,从而干扰细胞内钙稳态,进一步影响线粒体功能。线粒体是心肌细胞能量代谢的中心,其动态行为如线粒体烁(flickering)是细胞应激状态下的一种表现,与能量代谢障碍密切相关。因此,探索糖尿病条件下SERCA2a乳酸化修饰异常如何诱导线粒体烁,及其在糖尿病心肌能量代谢障碍中的作用机制,具有重要的科学意义和临床价值。

本研究旨在揭示SERCA2a乳酸化修饰异常在糖尿病心肌能量代谢障碍中的作用,探索线粒体烁在这一过程中扮演的关键角色,为糖尿病心肌病的机制研究提供新的视角,同时为开发新的治疗策略提供潜在靶点。


科学假说

糖尿病条件下,高乳酸状态通过异常乳酸化修饰抑制SERCA2a的功能,导致肌浆网钙稳态失衡,引发线粒体烁。线粒体烁进一步破坏心肌细胞的能量代谢,导致糖尿病心肌病的发生和发展。


研究内容

  1. 糖尿病条件下SERCA2a乳酸化修饰水平的变化及其对钙泵功能的影响

  • 检测糖尿病模型心肌组织及细胞中SERCA2a乳酸化修饰的水平变化。

  • 分析乳酸化修饰对SERCA2a钙运输功能的调控作用。

  • 线粒体烁在糖尿病心肌能量代谢障碍中的作用及其与SERCA2a乳酸化修饰的关联

    • 评估糖尿病条件下心肌细胞线粒体烁的特征。

    • 探讨SERCA2a乳酸化修饰异常对线粒体烁的调控机制。

  • 干预SERCA2a乳酸化修饰对心肌能量代谢的影响

    • 通过基因编辑或药物干预调节SERCA2a乳酸化水平,观察对心肌细胞钙稳态、线粒体功能及能量代谢的影响。

    • 在动物模型中验证干预措施对糖尿病心肌病的保护作用。


    研究方案

    1. 研究对象与模型建立

    • 动物模型:采用高脂高糖饮食联合链脲佐菌素(STZ)诱导糖尿病大鼠模型,作为糖尿病心肌病的研究基础。

    • 细胞模型:建立高乳酸环境下的心肌细胞模型,通过乳酸钠处理H9c2细胞或原代心肌细胞,模拟糖尿病条件。

    2. SERCA2a乳酸化修饰的检测与功能分析

    • 乳酸化修饰水平检测:通过免疫沉淀联合Western blot检测心肌组织及细胞中SERCA2a的乳酸化修饰水平。

    • 钙泵功能测定:采用钙离子荧光探针技术评估SERCA2a的钙运输能力。

    3. 线粒体烁与能量代谢的表型分析

    • 线粒体烁的观察:利用活细胞显微镜结合荧光探针(如TMRE、JC-1)实时监测线粒体膜电位波动。

    • 能量代谢指标检测:通过Seahorse XF分析仪测定细胞氧耗率(OCR)和糖酵解率(ECAR),综合评估细胞代谢状态。

    4. SERCA2a乳酸化修饰与线粒体功能的因果关系

    • 功能干预实验:通过突变体构建技术改变SERCA2a乳酸化位点(如K89R突变,模拟乳酸化缺失),验证乳酸化修饰对SERCA2a功能的调控作用。

    • 抑制剂或激动剂处理:使用乳酸化抑制剂或SERCA2a功能激动剂(如levosimendan)干预,观察对线粒体功能及能量代谢的影响。

    5. 在体功能验证

    • 基因编辑技术:通过AAV9病毒载体在大鼠心肌中靶向表达SERCA2a乳酸化修饰位点突变体,评估其对糖尿病心肌功能的保护作用。

    • 功能测定:使用超声心动图和压力体积环分析技术评价心功能变化,同时测定心肌能量代谢相关指标(如ATP含量、乳酸水平)。


    创新性

    1. 新机制探索:首次系统研究SERCA2a乳酸化修饰异常在糖尿病心肌病中的作用及其与线粒体烁的关系,为糖尿病心肌代谢障碍提供新的分子机制。

    2. 新靶点验证:验证乳酸化修饰的调控潜力及其在糖尿病心肌病治疗中的应用价值。

    3. 多层次研究设计:从分子水平到细胞、组织和动物模型,综合运用多种技术手段,系统揭示SERCA2a乳酸化修饰异常导致心肌能量代谢障碍的全过程。


    本研究将深入解析糖尿病心肌代谢障碍的分子机制,为糖尿病心肌病的治疗提供新的理论基础和靶向干预策略。


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