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糖尿病性心肌病(diabetic cardiomyopathy, DCM)是糖尿病患者重要的心血管并发症之一，其主要表现为心室重构、心肌肥厚、舒缩功能障碍以及心肌纤维化，并可在无明显冠状动脉疾病或高血压的情况下独立发生。随着糖尿病患病率持续上升，DCM已成为影响患者远期心血管预后的重要因素。虽然强化血糖控制是糖尿病管理的基础，但单纯控制血糖并不能完全阻止DCM的发生和进展。因此，阐明高糖环境下心肌损伤的关键分子机制，并寻找兼具代谢调节和心脏保护作用的干预靶点，仍是当前糖尿病心血管并发症研究中的重要问题。

近日，山东大学齐鲁医院安贵鹏/刘艳教授团队联合上海中医药大学，在Cardiovascular Diabetology发表题为“Dusp15 modulates mtHsp70 Thr116 phosphorylation state to preserve mito-UPR and attenuate cardiac dysfunction in diabetic cardiomyopathy”的研究论文。该研究围绕糖尿病性心肌病中心肌细胞线粒体蛋白稳态失衡这一核心问题，系统揭示了Dusp15通过调控mtHsp70 Thr116位点磷酸化状态，维持线粒体未折叠蛋白反应(mito-UPR)，从而减轻高糖诱导的心肌功能障碍、纤维化和炎症反应。研究进一步发现，达格列净(dapagliflozin, DAPA)的心脏保护作用部分依赖Dusp15/mtHsp70信号轴，为糖尿病性心肌病的精准干预提供了新的潜在靶点和实验依据。

首先，作者通过转录组和单细胞测序数据分析发现，Dusp15是糖尿病性心肌病中Dusp家族的重要候选调控因子。基于公开数据集GSE161931的分析显示，糖尿病心肌组织中与蛋白酪氨酸/丝氨酸/苏氨酸磷酸酶活性相关的分子功能显著富集，而Dusp15在该通路中表现出较强的贡献度。进一步结合“心脏收缩”表型评分分析，Dusp15表达与心肌收缩功能呈显著正相关。单细胞水平结果显示，Dusp15在糖尿病心肌病模型中明显下调，且这一变化在心肌细胞中尤为突出。qPCR和Western blot实验进一步验证了糖尿病心肌组织中Dusp15表达下降的现象，提示Dusp15可能是维持糖尿病状态下心肌功能的重要保护性分子。

图1. 转录组和单细胞测序分析识别Dusp15为糖尿病性心肌病中的关键调控因子

接下来，为验证Dusp15在糖尿病心肌损伤中的功能作用，研究团队构建了Dusp15过表达小鼠和心肌细胞特异性Dusp15敲除小鼠，并采用高脂饮食联合低剂量链脲佐菌素(HFD/STZ)建立糖尿病性心肌病模型。结果显示，Dusp15过表达并未明显改变小鼠体重、糖耐量及系统性炎症水平，但能够显著改善糖尿病小鼠的心脏舒缩功能。超声心动图和离体心肌细胞收缩功能检测均表明，Dusp15过表达可缓解糖尿病导致的心肌收缩和舒张障碍。同时，组织学和分子检测结果显示，Dusp15过表达能够减轻心肌结构紊乱、胶原沉积、炎症因子表达及心肌损伤标志物升高。相反，心肌细胞特异性敲除Dusp15则进一步加重糖尿病诱导的心肌损伤，说明心肌细胞内Dusp15对于限制高糖相关心脏损害具有重要作用。

图2. Dusp15过表达缓解高糖诱导的心肌功能障碍、纤维化和炎症反应

随后，作者进一步探索Dusp15发挥心脏保护作用的下游机制。RNA-seq、GO/KEGG富集分析及GSEA结果显示，Dusp15过表达主要影响线粒体蛋白稳态、热休克蛋白结合、蛋白折叠及线粒体未折叠蛋白反应等相关通路。实验验证进一步表明，在糖尿病状态下，mito-UPR相关标志物明显下降，而Dusp15过表达可使其恢复至接近正常水平；相反，Dusp15缺失则进一步抑制mito-UPR活性。在高糖处理的HL-1心肌细胞中，Dusp15下调伴随着线粒体膜电位降低和线粒体ROS增加，而Dusp15过表达能够明显改善上述线粒体损伤。为了验证mito-UPR是否是Dusp15保护作用的关键环节，作者使用DCEM1抑制线粒体蛋白质量控制，结果发现DCEM1可显著削弱Dusp15过表达对心功能、心肌纤维化和炎症反应的改善作用，说明完整的mito-UPR信号是Dusp15发挥心脏保护效应的重要基础。

图3. Dusp15通过维持mito-UPR保护糖尿病状态下的线粒体稳态

进一步机制研究显示，mtHsp70是连接Dusp15与mito-UPR保护作用的关键节点。Dusp15过表达并不明显改变mtHsp70的mRNA水平，但能够恢复糖尿病状态下下降的mtHsp70蛋白水平，提示其主要通过转录后机制维持mtHsp70稳定性。Co-IP及结构域分析显示，Dusp15可与mtHsp70发生相互作用，该互作依赖Dusp15的磷酸酶结构域和mtHsp70的核苷酸结合结构域。功能实验进一步表明，敲低mtHsp70可消除Dusp15对mito-UPR的保护作用；而mtHsp70过表达可减轻糖尿病诱导的心功能障碍、纤维化和炎症反应，心肌细胞特异性敲除mtHsp70则产生相反结果。这些结果共同表明，mtHsp70是Dusp15维持线粒体蛋白稳态并减轻糖尿病心肌损伤的核心效应分子。

在明确Dusp15-mtHsp70互作后，研究团队进一步聚焦mtHsp70的磷酸化修饰。结果发现，高糖刺激可显著增强mtHsp70 Thr116位点磷酸化信号，而Dusp15过表达能够降低这一异常磷酸化水平。通过构建Thr116位点非磷酸化突变和磷酸化模拟突变模型，作者发现mtHsp70 T116A突变可延缓高糖诱导的mtHsp70降解并延长其蛋白半衰期，而T116D突变则削弱Dusp15介导的mtHsp70稳定作用。进一步在mtHsp70 T116A敲入小鼠中验证发现，阻断Thr116位点磷酸化可显著减轻糖尿病小鼠的心脏功能障碍、心肌纤维化、炎症反应和mito-UPR抑制。该部分结果从遗传学层面证明，mtHsp70 Thr116磷酸化状态是决定高糖诱导线粒体应激和心肌损伤的重要分子开关。

图4. Dusp15通过稳定mtHsp70维持心肌细胞线粒体蛋白稳态

最后，作者进一步探索了该信号轴的潜在药物干预价值。通过基于Dusp15表达和mito-UPR活性的心室肌细胞分层分析，结合DSigDB药物预测，研究团队筛选出达格列净作为潜在候选药物。动物实验结果显示，达格列净可提高糖尿病小鼠心脏中Dusp15表达，改善心脏功能和心肌细胞收缩舒张能力，并减轻心肌纤维化和炎症反应。然而，在心肌细胞特异性Dusp15敲除小鼠中，达格列净的上述保护作用明显减弱。机制上，达格列净可维持mtHsp70水平、降低高糖诱导的异常磷酸化信号，并恢复mito-UPR活性，而这些作用在Dusp15缺失背景下受到削弱。这表明Dusp15是达格列净发挥完整心脏保护作用的重要介导因子，也提示Dusp15/mtHsp70轴可能成为糖尿病性心肌病治疗的新切入点。

图5. 达格列净通过恢复Dusp15/mtHsp70信号轴缓解糖尿病性心肌病

综上所述，该研究通过转录组、单细胞测序、基因修饰动物模型、心肌细胞功能检测和蛋白互作分析，系统揭示了Dusp15在糖尿病性心肌病中的保护作用及其分子机制。研究表明，在高糖应激下，Dusp15下降会导致mtHsp70 Thr116异常磷酸化和蛋白稳定性降低，进而削弱mito-UPR介导的线粒体蛋白稳态保护，最终加重心肌功能障碍、纤维化和炎症反应。恢复Dusp15/mtHsp70/mito-UPR信号轴则能够有效缓解糖尿病心肌损伤。该研究不仅拓展了对糖尿病性心肌病中线粒体蛋白稳态失衡机制的认识，也为靶向Dusp15-mtHsp70轴治疗糖尿病相关心脏损伤提供了新的实验依据。

山东大学齐鲁医院心内科安贵鹏教授为该文通讯作者，刘艳为第一作者，该研究获得山东省自然科学基金重大基础研究项目、中国中医科学院优秀青年人才项目、中国科协青年人才托举工程及山东省医药卫生科技发展计划等项目支持。

原文链接：

https://link.springer.com/article/10.1186/s12933-026-03125-z