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胞中的代謝后果

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

《實驗細胞研究》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，即使氧氣供應充足，乳酸產生也會增加。高血糖是糖尿病腎病發展的關鍵因素。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測量，發現草酸鹽處理減少了乳酸產生，降低了細胞增殖，引起肥大效應，并提高了血管內皮生長因子表達。高血糖細胞中糖酵解通量增加，導致草酸鹽處理后氧消耗率上調。結果表明，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、氧消耗和細胞表型，以揭示其在糖尿病腎病病理機制中的潛在作用。

 

研究思路：

研究使用大鼠腎近端小管細胞系NRK-52E，在高血糖條件下培養，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評估代謝通量，使用丹麥Unisense氧微傳感器系統測量細胞呼吸參數。同時，檢測細胞活力、增殖、形態、LDH活性、NAD+/NADH比率、mRNA表達等指標。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。

 

測量的數據及研究意義：

1. 細胞活力和增殖數據：測量了細胞存活率和增殖數量，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。數據來自圖1A和1B。研究意義在于表明LDH抑制對細胞生存有直接負面影響，可能通過代謝改變誘導細胞死亡或抑制生長，為糖尿病腎病中細胞損傷提供機制見解。

 

2. 乳酸生產數據：通過超極化核磁共振測量丙酮酸向乳酸的轉化，顯示高血糖增加乳酸信號，草酸鹽處理減少乳酸產生。數據來自圖1D。研究意義在于直接證實LDH抑制能逆轉高血糖誘導的乳酸積累，表明代謝通量從厭氧糖酵解轉向有氧代謝，有助于理解糖尿病中偽缺氧狀態的調節。

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

 

4. 細胞呼吸參數數據：測量基礎呼吸、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。數據來自圖3。研究意義在于表明LDH抑制在高血糖條件下增強氧化磷酸化，支持代謝向有氧途徑轉變，可能緩解糖尿病腎病的代謝壓力。

 

5. mRNA表達數據：檢測LDH、PDH、SDH、VEGF和HO-1表達，顯示草酸鹽處理增加VEGF表達顯著，其他基因趨勢類似。數據來自圖4。研究意義在于表明LDH抑制可能通過調節低氧相關基因影響細胞反應，VEGF上調提示偽缺氧狀態的改變，與糖尿病腎病進展相關。

 

 

結論：

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

2. 這種代謝轉變由氧化還原平衡介導，NAD+/NADH比率降低是關鍵驅動因素，導致細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，通過調節代謝表型改善偽缺氧狀態，但需進一步研究以優化策略。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義：

使用丹麥Unisense氧微傳感器系統測量的數據包括細胞呼吸參數，如基礎呼吸、ATP鏈接呼吸、泄漏呼吸和最大呼吸。這些數據的研究意義在于直接定量評估細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，表明LDH抑制增強了有氧代謝能力。這提供了實驗證據支持代謝重編程假說，即抑制厭氧糖酵解可促進能量產生從低效的乳酸途徑轉向高效的氧化途徑。Unisense電極的高精度測量確保了數據的可靠性，為理解糖尿病腎病中細胞代謝失調提供了關鍵見解，并提示LDH抑制劑可能通過改善氧利用來緩解疾病進展。此外，這些呼吸數據與超極化核磁共振結果互補，共同揭示了代謝通量的動態變化，強化了研究結論的可靠性。