研究背景

内质网应激（ER stress）是糖尿病心肌病（DCM）的重要驱动因素，但其上游调控因子尚未完全明确。转录因子DACH1在遗传学上与糖尿病及心血管疾病风险相关，但其在糖尿病心脏中的作用尚不清楚。近期空军军医大学西京医院周洁、余璐团队联合空军军医大学基础医学院马恒团队在Journal of Advanced Research(IF 17.1)上发表文章“DACH1 SUMOylation protects against diabetic cardiomyopathy by suppressing endoplasmic reticulum stress”，研究发现SUMO化修饰受损可能导致糖尿病心肌中DACH1的耗竭；SUMO化介导的DACH1蛋白稳定可通过抑制内质网应激减轻糖尿病心肌损伤，该通路是一条潜在的心肌保护通路。

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基因信息：DACH1，腊肠犬家族转录因子1

实验动物：15周龄db/db小鼠、6周龄C57BL/6J小鼠

病毒产品：AAV9-cTnT-DACH1：3.45×10^13 vg/mL、AAV9-NC：8.07×1013 vg/mL

注射方式：心肌注射

DACH1成功在心脏中过表达

结果展示

1、心脏特异性过表达DACH1可挽救糖尿病小鼠的心功能障碍并减轻心肌损伤

作者发现糖尿病心肌病与心肌功能障碍、结构重构及心肌细胞凋亡相关，转录组学分析显示DACH1为糖尿病心肌病中蛋白表达降低的候选调控因子。为了确定DACH1在糖尿病心肌病中的功能，作者使用AAV9-cTnT-DACH1感染小鼠心脏，发现心脏特异性DACH1过表达显著改善了小鼠的心脏功能，小鼠心脏收缩功能和舒张功能均得到改善。心脏线粒体结构的完整性评分提高，内质网的平均直径降低，提示心肌超微结构得以保存。与功能和超微结构保护相一致，DACH1过表达减轻了糖尿病相关心肌细胞凋亡和重构，AAV9-DACH1处理组的心脏中TUNEL阳性细胞数量更少，心肌结构得到改善，胶原沉积减少。从机制上讲，DACH1过表达通过降低p-PERK/PERK和peIF2a/eIF2a比例以及GRP78、ATF4和CHOP的表达，减轻了心肌内质网应激信号。这些结果表明，心脏中DACH1的恢复能够保护糖尿病心脏免受功能恶化、超微结构损伤、内质网应激激活、细胞凋亡和重构的影响。

图1 心脏特异性过表达DACH1可挽救糖尿病小鼠的心功能障碍并减轻心肌损伤

2、DACH1减轻高糖诱导的心肌细胞凋亡及内质网应激

为了确定DACH1是否能在高葡萄糖应激下直接保护心肌细胞，作者将新生小鼠心肌细胞（NMCMs）暴露于高葡萄糖（HG）中并过表达DACH1。HG处理显著激活了PERK介导的内质网应激通路，表现为p-PERK/PERK和p-eIF2a/eIF2a比例增加，以及GRP78和CHOP表达水平上升。DACH1过表达显著减轻了这些由HG诱导的内质网应激相关变化。核/胞质分馏进一步显示，HG与核内ATF4积累增加相关，而DACH1过表达在HG条件下减少了这一核内ATF4信号。HG暴露降低了DACH1蛋白水平，并增加了与细胞凋亡相关的蛋白变化，DACH1过表达逆转了这些变化。流式细胞术和细胞活力检测发现HG暴露增加了凋亡细胞的比例，而DACH1过表达与Ad-NC对照组相比减少了HG诱导的细胞凋亡，HG降低了细胞活力，而DACH1过表达在HG条件下部分恢复了细胞活力。这些数据支持DACH1在减轻HG诱导的内质网应激激活和与细胞凋亡相关的心肌细胞损伤中具有保护作用。机制研究表明DACH1主要在K348、K599和K631位点被SUMO1修饰，该修饰可促进DACH1蛋白质稳定性与核滞留，而高糖应激会抑制DACH1的SUMO化修饰。

图2 DACH1减轻高葡萄糖诱导的心肌细胞内质网应激和凋亡相关损伤

3、SUMO1过表达通过部分依赖DACH1的途径，保护心肌细胞免受高糖诱导的内质网应激与凋亡

由于糖尿病或高血糖应激条件下DACH1的SUMO修饰水平降低，作者探讨了增强SUMO1是否能够维持DACH1的表达水平，并保护心肌细胞免受高血糖诱导的损伤。核和细胞质分馏结果显示，SUMO1过表达有助于维持核部分中DACH1的丰度，这与SUMO修饰有助于DACH1稳定性和核保留的观点一致。此外SUMO1水平升高恢复了在高糖条件下的DACH1蛋白水平。功能学分析表明，SUMO1过表达减弱了高糖诱导的内质网应激激活，改善了高糖条件下的细胞活力，并降低了高糖诱导的细胞凋亡。此外SUMO1过表达降低了高糖处理细胞中裂解caspase-3和Bax的水平，并恢复了Bcl-2表达。这些结果表明，SUMO1过表达可增加DACH1蛋白丰度，并与高糖诱导的内质网应激和细胞凋亡减少相关。DACH1敲低显著降低了SUMO1诱导的DACH1蛋白表达恢复，并逆转了SUMO1对内质网应激信号的抑制作用和抗凋亡效应。表明DACH1是SUMO1相关保护作用的重要下游介质，该保护作用可抵抗高糖诱导的内质网应激和凋亡。

图3 SUMO1过表达通过DACH1部分保护心肌细胞免受高葡萄糖诱导的内质网应激和凋亡

实验结论

本研究表明DACH1在糖尿病心肌病中表达下调，而恢复DACH1表达可减轻内质网应激与心肌细胞凋亡。SUMO化修饰有助于维持糖尿病应激状态下DACH1蛋白的稳定性。靶向DACH1的SUMO化修饰或可成为缓解糖尿病心肌损伤的潜在策略。