IF 10.787｜上海長征醫(yī)院史建剛教授團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)USP11可能是椎間盤退變的治療靶點(diǎn)

2023年，海軍軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院（上海長征醫(yī)院）史建剛教授團(tuán)隊(duì)在Redox Biology（IF 10.787）上發(fā)表了題為“The deubiquitinase USP11 ameliorates intervertebral disc degeneration by regulating oxidative stress-induced ferroptosis via deubiquitinating and stabilizing Sirt3 ”的研究論文。研究發(fā)現(xiàn)USP11和Sirt3通過調(diào)節(jié)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡作用在椎間盤退變（IVDD）病理過程中發(fā)揮重要作用，USP11介導(dǎo)的氧化應(yīng)激誘導(dǎo)鐵死亡作用可能是治療IVDD的一個(gè)有前途的靶點(diǎn)。

01研究背景

腰痛（LBP）是指存在于腰部和骶部之間的疼痛或不適，越來越多的研究表明椎間盤退變（IVDD）是導(dǎo)致LBP的主要因素。因此，研究IVDD的確切發(fā)病機(jī)制和開發(fā)靶向性分子藥物具有重要意義。鐵死亡是一種新的程序性細(xì)胞死亡形式，其特征是谷胱甘肽(GSH)耗竭和抗氧化系統(tǒng)GPX4調(diào)控核心失活，氧化應(yīng)激與鐵死亡的密切關(guān)系已在各種疾病中得到研究，但在IVDD中氧化應(yīng)激與鐵死亡之間的相互作用尚未探究。

02研究結(jié)果分享

1、Sirt3的敲除促進(jìn)IVDD和不良疼痛相關(guān)行為評分

作者研究發(fā)現(xiàn)IVDD后Sirt3的表達(dá)減少，并發(fā)生鐵死亡。接著，作者通過形態(tài)學(xué)檢測進(jìn)一步探討了Sirt3的KO對LSI誘導(dǎo)的IVDD的影響，HE和SF結(jié)果以及退化性評分表明，與WT組相比，Sirt3的KO可促進(jìn)IVDD的發(fā)展。此外，Sirt3的KO促進(jìn)ACAN的高表達(dá)和MMP3的低表達(dá)。小鼠腰椎的MRI成像顯示，Sirt3的KO導(dǎo)致更嚴(yán)重的IVDD，隨著IVDD持續(xù)時(shí)間的增加，Sirt3^?/?組的疼痛相關(guān)行為評分顯著降低。綜上，Sirt3的KO促進(jìn)了IVDD和不良疼痛相關(guān)行為評分。

2、Sirt3的KO增加氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡

作者利用NP細(xì)胞在體外研究了Sirt3的KO對氧化應(yīng)激的影響，TBHP處理后，抗氧化應(yīng)激基因下調(diào)，而Sirt3的KO會(huì)加劇這些基因的下調(diào)；此外，Sirt3-KO加劇TBHP處理后超氧化物上調(diào)的情況。隨后，探究了Sirt3的KO對氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡的影響，發(fā)現(xiàn)TBHP處理后，Sirt3的缺失加劇了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡，而10 mM的特異性氧化應(yīng)激抑制劑N-乙酰-L-半胱氨酸乙酯（NAC）可以逆轉(zhuǎn)這種情況。與TBHP組相比，NAC預(yù)處理組的鐵死亡有所改善，表明鐵死亡是由氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的。TEM結(jié)果表明，伴隨TBHP的給藥，Sirt3-KO組線粒體形態(tài)變化最大，NAC部分逆轉(zhuǎn)了這種變化。以上表明，Sirt3的KO在體外增加了氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的鐵死亡。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)USP11與Sirt3相互作用，并且相互作用依賴于USP11的M2結(jié)構(gòu)域和Sirt3的M2結(jié)構(gòu)域。

3、USP11抑制Sirt3的泛素化和降解

根據(jù)先前的研究，作者發(fā)現(xiàn)正常USP11的過表達(dá)可以上調(diào)Sirt3的表達(dá)，而具有C318S突變的USP11過表達(dá)則不能，推測USP11可以去泛素化Sirt3，從而穩(wěn)定Sirt3的表達(dá)，結(jié)果證實(shí)了USP11對Sirt3具有去泛素化作用。接下來，作者利用AAV-USP11在小鼠中過表達(dá)USP11。與野生小鼠相比，在USP11^-/-小鼠的IVDD中，Sirt3的去泛素化被消除，但在注射AAV-USP11的小鼠中觀察到Sirt3更高水平的去泛素化和表達(dá)。接下來，為研究USP11對Sirt3多泛素修飾的影響，根據(jù)先前的研究,將Ub不同位點(diǎn)的賴氨酸殘基突變?yōu)榫彼幔↘27R、K48R或K63R）,發(fā)現(xiàn)Lys48連接的多泛素化對于USP11調(diào)節(jié)的Sirt3去泛素化是必要的。綜上，USP11通過去泛素化Sirt3來抑制Sirt3降解。

4、USP11通過增加Sirt3來改善鐵死亡并減輕IVDD

為證實(shí)USP11通過增強(qiáng)Sirt3的表達(dá)對IVDD過程中鐵死亡的調(diào)節(jié)作用，在小鼠NP細(xì)胞中過表達(dá)USP11或敲低Sirt3表達(dá)，WB結(jié)果表明，敲低Sirt3加劇了鐵死亡事件，而過表達(dá)USP11可以改善鐵死亡。過表達(dá)USP11后，線粒體形態(tài)保持良好，而敲低Sirt3線粒體嵴明顯減少，此外，USP11過表達(dá)可以部分逆轉(zhuǎn)Sirt3敲低導(dǎo)致的脂質(zhì)過氧化增強(qiáng)，并減輕IVDD。以上結(jié)果表明USP11通過增加Sirt3改善鐵死亡，緩解IVDD。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，Sirt3抑制由USP11缺失誘導(dǎo)的IVDD，從而改善體內(nèi)疼痛相關(guān)的行為評分。