中药单体if16.2: 山东中医药大学等揭示槲皮素通过协调AKT/FOXO/HK2轴改善视网膜糖酵解以减缓近视进展

【写在前面】：本期推荐的是由山东中医药大学、山东中医药大学附属眼科医院、山东中医药大学视光学与眼科医学院、山东省眼病防治研究院中西医结合防治眼病山东省重点实验室等研究团队合作近期发表于Redox Biology(IF16.2）的一篇文章，揭示槲皮素通过协调AKT/FOXO/HK2轴改善视网膜糖酵解以减缓近视进展。

【期刊简介】

【题目及作者信息】

Quercetin improves retinal glycolysis to slow myopia progression through orchestrating the AKT/FOXO/HK2 axis

目的

近视是一个重大的全球公共卫生问题。视网膜依靠糖酵解来维持其正常的生理功能，容易受到氧化损伤。然而，糖酵解改变对近视进展的影响仍然知之甚少。本研究旨在探讨视网膜糖酵解变化引起的氧化损伤如何促进近视，并评估槲皮素在缓解这一过程中的潜力。

方法

我们使用单细胞RNA测序来分析近视豚鼠的视网膜，然后通过蛋白质组学和磷酸化蛋白质组学分析来鉴定差异表达的蛋白质。我们通过共免疫沉淀和双荧光素酶检测研究了AKT/FOXO/HK2通路在糖酵解中的调节作用。此外，我们通过过表达HK2和使用2-脱氧-d-葡萄糖（2DG）来评估糖酵解在近视中的作用。通过Fos过表达和敲除，探讨了神经元损伤对近视进展的影响。最后，在槲皮素干预后，我们进行了代谢组学分析，并测量了视网膜线粒体压力和糖酵解速率，以评估它们对视网膜代谢的影响。

结果

多组学分析表明，AKT/FOXO/HK2通路在近视进展过程中抑制糖酵解。蛋白质相互作用和双荧光素酶检测证实，糖酵解减少会促进氧化磷酸化，导致视网膜氧化损伤并加速近视的进展。槲皮素治疗抑制了AKT/FOXO/HK2轴，恢复了线粒体耗氧量和糖酵解速率，减轻了氧化损伤，从而抑制了应激反应性Fos的激活。此外，Fos过表达放大了视网膜神经元损伤、凋亡和线粒体损伤，从而推动近视进展。抑制Fos表达或槲皮素治疗减轻了神经元损伤和凋亡，从而抑制了近视的进展。

结论

我们的研究结果表明，槲皮素可能通过调节AKT/FOXO/HK2轴来恢复视网膜糖酵解，从而减轻氧化应激，减轻视网膜神经元损伤和凋亡，从而至少部分减轻近视进展。本研究为进一步探索近视发病机制中的代谢重编程奠定了基础。

图文摘要

【前言】

近视是全球儿童和青少年最常见的眼部疾病之一，对公共卫生构成了重大挑战。近视的全球患病率正在迅速上升，预计到2050年，49.8%的人口将受到影响，9.8%的人将经历高度近视。尽管负担越来越重，但近视的潜在机制仍然知之甚少。

视网膜在视觉信息的初始处理中起着至关重要的作用，即使在富氧条件下，也依赖于有氧糖酵解（Warburg效应）将葡萄糖转化为乳酸。这种代谢途径在视网膜神经元中也占主导地位，保护它们免受氧化损伤。在糖尿病视网膜病变中，糖酵解改变会降低神经元的抗氧化能力，导致视网膜神经元损失。然而，糖酵解在近视进展中的具体作用尚不清楚。我们假设视网膜内有氧糖酵解的变化可能会损害神经元功能，从而导致近视的进展。

视觉形成始于视网膜中视觉神经冲动的产生，其中感光细胞、双极细胞和神经节细胞沿着视觉通路将信息传输到视觉中枢。神经元被认为主要依赖OXPHOS进行葡萄糖代谢。然而，研究表明，神经元细胞体中从有氧糖酵解到OXPHOS的转变会导致氧化损伤和渐进性神经元损失。因此，当神经元利用糖酵解来满足能量需求时，需要保护机制来减轻OXPHOS诱导的损伤。尽管神经元主要利用有氧糖酵解来获取能量，特别是在高代谢需求的条件下，但OXPHOS对线粒体功能和突触传递仍然至关重要[10]。在糖尿病视网膜病变中，PFKFB3驱动的糖酵解会损害神经元的抗氧化能力，导致视网膜神经元损失。然而，目前尚不清楚糖酵解的改变是否会影响近视的进展。

这项研究表明，在近视视网膜中，糖酵解减少，氧化磷酸化增加，如单细胞测序、蛋白质组学和磷酸蛋白质组学所揭示的那样。这些发现得到了几个关键点的进一步验证：1）槲皮素被证明可以调节PI3K/AKT/FOXO通路，影响糖酵解和氧化磷酸化；2）证实了OXPHOS和氧化应激对近视视网膜神经元的影响；3）使用AAV介导的Fos敲除和过表达研究了神经元损伤与近视进展之间的关系。这项研究表明，槲皮素抑制AKT/FOXO/HK2轴，调节糖酵解和OXPHOS，减少氧化应激，从而可能保护视网膜神经元免受近视相关的损伤。

【结果部分】

1.近视视网膜PI3K/AKT/FOXO信号通路调节糖酵解的多组学分析。

2.基因和蛋白质相互作用分析。A，B.AKT1-HK2，FOXO3a-HK2分子对接。C.FOXO3调控HK2的双荧光素酶分析。D.通过共免疫沉淀分析AKT1和HK2、FOXO3a和HK2之间的蛋白质相互作用。

3.槲皮素抑制PI3K信号通路并影响糖酵解。

4.槲皮素对近视患者视网膜代谢的影响。

5.糖酵解水平变化对近视的影响。

6.糖酵解影响氧化磷酸化对近视的影响。

7.HK2与KEAP1相互作用并调节近视的发展。

8.FOS表达对近视视网膜细胞凋亡的影响。

9.FOS表达对近视视神经网络结构的影响。

10.槲皮素对近视视网膜神经元的影响。

【结论与讨论】

多组学和分子分析表明，槲皮素调节近视糖酵解，我们的数据强调AKT/FOXO/HK2信号通路是这种调节的潜在机制。我们还证明，在近视中，神经元细胞的糖酵解程度降低，氧化磷酸化增加，氧化应激的发生促进近视的进展。此外，我们的研究表明，抑制近视视网膜中Fos的表达可以减少神经元细胞损伤和凋亡，从而可能减缓近视的进展。总的来说，我们的研究结果表明，槲皮素可以通过调节AKT/FOXO/HK2轴来恢复视网膜糖酵解，从而减少氧化应激并保护神经元免受损伤，从而至少部分减轻近视进展（图11）。然而，鉴于槲皮素的多靶点性质，不能排除其他抗氧化途径的贡献。本研究为了解近视的发病机制提供了实验基础，并确定了AKT/FOXO/HK2轴作为治疗近视干预策略的潜在治疗靶点。

图11

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