Autophagy | 虚拟筛选所得松果菊苷靶向XIAP-ULK1轴恢复线粒体自噬并稳定肉碱代谢治疗糖尿病肾病

ULK1，是一种丝氨酸/苏氨酸激酶，也是酵母Atg1（自噬相关1）的同源物，是一般自噬和线粒体吞噬的核心调控因子。ULK1与ATG13、RB1CC1/FIP200和ATG101形成复合体，协调自噬和自噬体形成的启动。研究表明，ULK1缺乏会损害线粒体膜，导致线粒体形态异常和线粒体膜电位/MMP的丧失。除了自噬作用外，ULK1还维持细胞代谢稳态并调节应激反应。然而，ULK1在DKD中的调控机制仍大多未被充分探讨。

2025年11月13日，武汉大学人民医院杨倩团队在Autophagy（IF=14.3）发表题为“XIAP-ULK1-mediated mitophagy modulates carnitine metabolism to mitigate diabetic kidney disease”的文章，在糖尿病肾病（DKD）中，确认XIAP是调控ULK1的关键因素。XIAP与ULK1相互作用，促进其在K142和K925残基处的K48连接多泛素化，从而导致ULK1降解。通过虚拟筛选鉴定了一种天然化合物松果菊苷，作为潜在的ULK1激动剂。松果菊苷抑制了K142位点ULK1的泛素化，稳定了ULK1表达并减轻了肾损伤。

本研究强调了 XIAP-ULK1 介导的线粒体自噬在调节肉碱代谢以减缓糖尿病肾病进展中的关键作用。我们的研究结果表明，通过诸如 L-肉碱补充或 ULK1 激动剂松果菊苷等靶向干预措施恢复 ULK1 的表达，可能对糖尿病肾病的治疗有益。这些结果突显了线粒体质量控制在糖尿病肾病发病机制中的重要性，并为治疗开发提供了一个有希望的新方向。

摘要

糖尿病肾病（DKD）是糖尿病的一种主要并发症，其特征为肾功能逐渐衰退以及线粒体受损。线粒体自噬是一种选择性的巨自噬/自噬形式，能够维持线粒体的质量，对于肾脏的稳态至关重要。然而，线粒体自噬如何将这些途径与糖尿病肾病联系起来的分子机制仍不为人所知。本研究探讨了由 XIAP-ULK1 介导的线粒体自噬在调节肉碱代谢中的作用及其在缓解糖尿病肾病方面的治疗潜力。通过结合来自糖尿病肾病患者的肾活检分析、糖尿病小鼠模型、高糖处理的肾小管上皮细胞以及分子对接等方法，我们发现 XIAP 的上调通过 K48 连接的多聚泛素化导致 ULK1 的降解，从而抑制线粒体自噬并破坏肉碱代谢。通过使用 ULK1 激动剂松果菊苷和 L-肉碱补充剂恢复 ULK1 的表达，改善了线粒体自噬和肉碱稳态，减轻了糖尿病小鼠模型的肾损伤并增强了线粒体功能。这些研究结果表明，通过靶向 XIAP-ULK1 轴来恢复线粒体自噬并稳定肉碱代谢，有望成为治疗糖尿病肾病的有效策略，这凸显了代谢调节在肾脏疾病管理中的重要性。

鉴于目前尚缺乏针对 ULK1 的临床药物，我们对天然化合物进行了筛选，以探究其是否能稳定 ULK1 的活性，并最终确定了松果菊苷对维持线粒体完整性和减少线粒体活性氧的抑制作用最为显著。松果菊苷还逆转了 HG 处理的 TEC 中 LAMP1 和 TOMM20、LC3 和 TOMM20、PINK1 和 TOMM20 以及 PRKN 和 TOMM20 的共定位减少现象。这种作用在 ulk1 基因敲除细胞中被消除，这表明其作用机制涉及将 ULK1 靶向至以恢复线粒体自噬。我们进行了系列的生物物理分析，以确认松果菊苷与 ULK1 之间的结构相互作用。分子动力学模拟RMSD和RMSF 分析表明，松果菊苷与 ULK1 的复合物随着时间的推移保持稳定，具有有利的结合构象和低能量状态。表面等离子体共振/SPR 和微尺度热泳动/MST确认了松果菊苷与 ULK1 之间的强结合亲和力，亲和常数分别为 1.28×10−6 M 和 1.81×10−7 M。细胞热位移测定法/CETSA 和药物亲和力响应靶稳定性/DARTS测定进一步表明，松果菊苷通过增强 ULK1 对热变性和蛋白酶消化的抵抗力来稳定 ULK1。分子对接研究支持了松果菊苷与 ULK1 之间强大的结合亲和力，并确定了结合位点，包括 ILE22、ASP99、GLU93、LYS142、GLN142 和 ASN/143。考虑到 ULK1 受到泛素化调节，并且泛素化发生在赖氨酸位点。因此，我们进一步探究了松果菊苷是否通过 LYS142 位点影响 ULK1 的泛素化过程。值得注意的是，松果菊苷在抑制具有ULK1 K142 突变残基的细胞中 K48 连接的 ULK1 蛋白的泛素化以及恢复线粒体自噬方面效果较差。这些结果表明松果菊苷是一种有前景的 ULK1 保持剂，并且有可能成为缓解 DKD 中 TECs 线粒体自噬缺陷的潜在治疗候选药物。

https://www.tandfonline.com/doi/full/10.1080/15548627.2025.2581214

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