国自然研究热点SUMO化如何设计？19分+文章带你一探究竟
你听说过一项令人惊喜的研究吗？科学家们最近发现一种神奇的蛋白酪氨酸磷酸酶，名为SHP-1，它竟能在糖尿病肾病的治疗中发挥关键作用！今天，小薇想向你介绍这项令人兴奋的科学发现，它有望为糖尿病患者带来新的希望和康复机会！
（ps：快一起来学学研究思路呀）
文献详情
题目：敲除蛋白酪氨酸磷酸酶 SHP-1 可恢复podocin蛋白（足突蛋白）的SUMO化修饰并逆转糖尿病肾病的进展
杂志：Kidney International
影响因子：IF=19.6（1区Q1）
发表时间：2023年7月
研究背景
糖尿病肾病（DKD）仍是全球终末期肾病（ESKD）的主要病因，也是糖尿病患者全因死亡和心血管疾病死亡的独立危险因素。我们知道，在糖尿病肾病的发展过程中，足细胞（一种重要的肾小球组织）起着关键作用。在肾脏中高糖暴露和糖尿病后，足细胞中SHP-1的表达和活性升高，影响相关信号通路。然而，由于缺乏SHP-1的特异性抑制剂，目前尚不清楚抑制SHP-1的活性是否可以预防足细胞功能障碍。此外，抑制SHP- 1是否能阻止DKD的进展仍有待于体内的证实。Small ubiquitin-like modifier（SUMO）是近年来被发现数种与ubiquitin相类似的蛋白质之一。它可经由类似ubiquitination的过程而与目标蛋白质上特定的赖氨酸支链形成共价键，而修饰目标蛋白质，这个过程称为SUMOylation。多种基因转录因子、讯息传递分子及病毒蛋白已被证实会被SUMO修饰；与ubiquitination不同的是，SUMOylation不会促进其目标蛋白质的降解。至于SUMO修饰究竟如何去抑制基因的转录，仍有待进一步的研究与厘清。
研究思路
科学家们
首先
通过临床和实验数据选择蛋白酪氨酸磷酸酶SHP-1，在糖尿病肾病中表达上调，但是作用机制尚未完全明确。
其次
科研人员使用糖尿病小鼠模型研究SHP-1的作用，这些小鼠表现出肾脏受损的特征。糖尿病小鼠中SHP-1的表达水平升高，尤其是在足细胞中。这提示SHP-1可能与糖尿病肾病的发展相关。
最终
研究人员发现，SHP-1的存在导致足突蛋白podocin的SUMO化修饰的减少，对于细胞功能和稳定性至关重要。
本研究采用经典研究思路通过动物模型和细胞实验，敲除SHP-1小鼠和肾小球上皮细胞系中过表达和沉默SHP-1，研究SHP-1对足蛋白的 SUMO化修饰水平的影响，以及这种调控是否与糖尿病肾病病程进展相关。
主要结果
1、在人类糖尿病肾病中SHP-1高表达
研究人员发现，糖尿病患者的肾脏中一种名为SHP-1的蛋白质水平较高。具体来说，与非糖尿病患者相比，糖尿病患者的肾脏中SHP-1的基因物质多了1.4倍，蛋白质含量多了3.5倍。更重要的是，SHP-1的水平越高，肾脏功能就越差。通过在肾小球（肾脏的重要部分）中观察SHP-1，研究人员还发现其与肾脏损伤有关，包括肾小球底膜增厚等现象。
图1. 人类mRNA和蛋白质的SHP-1表达水平A肾皮质B肾小球 C患有糖尿病患者中SHP-1 mRNA水平与eGFR的相关性D参与RNA测序研究的患者中，SHP-1 mRNA水平与eGFR的相关性
2.糖尿病引起的肾小球功能障碍和结构改变可以通过特异性去除足细胞中的SHP-1来预防和恢复。
研究通过使用敲除SHP-1基因的小鼠模型，探究了SHP-1在足细胞功能和糖尿病肾病中的作用。研究发现，通过在小鼠体内敲除SHP-1基因，可以对糖尿病小鼠的肾脏功能产生积极影响。具体而言，
糖尿病引起的肾小球肥大和系膜扩张的结构改变被足细胞中SHP-1的特异性敲除所抑制。
这些发现表明，SHP-1在足细胞中的作用在糖尿病肾病的发展中起着重要作用，并为SHP-1在治疗和预防糖尿病肾病的潜在作用提供重要线索。
图2 在不同时间点测量的非糖尿病和糖尿病小鼠比较尿白蛋白水平和肾小球滤过率（GFR）
3.SHP-1的敲除可以预防糖尿病引起的足细胞损伤和丢失
通过仔细观察足细胞宽度和肾小球基底膜（GBM）的厚度，在糖尿病小鼠中足细胞结构明显变化，厚度几乎是健康对照组的1.6倍。而肾小球基底膜（GBM）也呈现类似情况，厚度增加了大约1.5倍。科学家们深入研究SHP-1基因，当仅在足细胞中敲除这个基因时，由糖尿病引起的足细胞破坏和GBM增厚得以有效阻止。就像这些足细胞获得了一层防护，抵御了糖尿病的破坏性影响。
此外，在一项多西环素治疗的实验中，研究人员观察到经过多西环素治疗的28周大的糖尿病小鼠在足细胞结构方面有所改善，几乎类似于20周大的健康小鼠的足细胞。然而，肾小球基底膜的增厚程度与20周大的糖尿病小鼠相当。这表明抑制SHP-1可能在修复足细胞结构和遏制GBM增厚方面具有潜力，这对于维护肾脏健康至关重要。
他们还深入研究了由于糖尿病引起的足细胞丧失，通过运用免疫染色等技术他们发现糖尿病小鼠每个肾小球的足细胞数量减少了约14%。然而在4周大时就接受多西环素治疗的糖尿病小鼠的情况有所不同。即使在20周大时才进行SHP-1的晚期敲除，小鼠仍然能够更好地保留其足细胞。
总之，研究发现
抑制SHP-1可能恢复足细胞的结构并停止GBM的增厚，有望成为治疗和预防糖尿病肾病的新策略。
图3 足细胞特异性SHP-1缺失预防糖尿病引起的足细胞损失
4. 抑制 SHP-1 可防止糖尿病引起的细胞外基质重塑
研究发现，在糖尿病小鼠的肾皮质中，SHP-1的mRNA表达量增加了1.6倍（P = 0.0157），磷酸酶活性增加了2.2倍（P = 0.0331）。这种增加主要发生在足细胞中，当特异性地在足细胞中敲除SHP-1基因可以完全阻止糖尿病引起的SHP-1表达和酶活性的上升。
同时该项研究表明，在糖尿病小鼠中，Coll IV、纤维连接蛋白和TGF-β的mRNA表达分别增加了1.5倍、2.3倍和2.2倍。然而，在通过在4周龄时给予多西环素的方式特异性地在足细胞中敲除SHP-1基因的糖尿病小鼠中，这些基质蛋白和生长因子的上调被削弱。在糖尿病小鼠中，RhoA、ROCK1、nephrin、podocin和TRPC6的mRNA表达发生了改变。然而，敲除足细胞中的SHP-1基因能够保护这些标志物免受糖尿病诱导的调节。研究人员证明尽管在20周龄的糖尿病小鼠中出现了Coll IV、纤维连接蛋白和TGF-β的表达增加，但在晚期特异性地敲除足细胞中的SHP-1基因可以阻止这些基因的上调。与早期敲除SHP-1一样，晚期在糖尿病小鼠中敲除SHP-1同样可以停止与细胞骨架信号传导和重塑有关的标志物的mRNA表达改变，如RhoA、ROCK1，以及与裂孔隔膜相关的标志物如podocin和TRPC6。值得注意的是，糖尿病和足细胞中SHP-1表达的缺失并未影响SHP-2的表达，SHP-2是与SHP-1最为接近的酪氨酸磷酸酶蛋白。
图4 mRNA 定量表达(a) ColI IV (b)纤维粘连蛋白 (c) TGF-β (d) SHP-1
5.确定新机制：SHP-1是糖尿病诱导裂孔隔膜结构蛋白表达减少的原因。
哇~这个研究可真是有趣极了！它探究SHP-1在足细胞中的分子机制，并在糖尿病诱导的关键裂孔隔膜结构蛋白表达下扮演的角色。
研究人员发现SUMO1在糖尿病患者和糖尿病小鼠的肾皮质中有增加的趋势，并且与podocin有关，但是在足细胞中缺失SHP-1后，这种联系就消失。而且，对于维持裂孔隔膜完整性至关重要的nephrin，在糖尿病小鼠中发现其表达和磷酸化的减少。在培养的小鼠足细胞中，暴露在高葡萄糖水平和过表达SHP-1后，podocin和SUMO2的表达减少，这种SUMO化蛋白修饰效应就被抑制啦。
图5 （d）小鼠肾皮质和（e）人肾皮质中 SUMO2 和 podocin 蛋白表达的免疫印迹分析。（f）小鼠肾小球中 podocin（绿色）和 SUMO2（红色）的免疫荧光共定位。（g）免疫沉淀分析 28 周龄非糖尿病小鼠（Ins2+/+）、糖尿病小鼠（Ins2+/C96Y）和荚膜特异性缺失 SHP-1 的糖尿病小鼠（Podo-SHP-1-/-）肾皮质中与 podocin 相关的 SUMO2。
主要结果
表明，在暴露于糖尿病数月的足细胞中敲除 SHP-1 可恢复足细胞结构，足突蛋白podocin的 SUMO 化修饰，从而保持其稳定性并逆转糖尿病肾病的进展。因此，
抑制 SHP-1 可防止糖尿病引起的足细胞功能失调。
这项科学研究为我们揭示一个全新的治疗方向，为糖尿病患者带来新的希望。我们期待未来，这一神奇的发现能够在临床上转化为新的治疗手段，让更多的患者受益。
小薇有话说
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