PKM2激动剂通过增强CDK1活性减轻LPS/D-Gal诱导的小鼠急性肝损伤

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目的:近期研究表明,代谢是炎症的必备基础,代谢反应对炎症反应具有重要调节作用。本课题组前期研究发现,丙酮酸激酶M2(pyruvate kinase M2,PKM2)在核内聚集伴随丙酮酸水平下调,补充PKM2激动剂和丙酮酸后明显缓解脂多糖(lipopolysaccharides,LPS)/D-半乳糖氨(d-galactosamine,D-Gal)诱导的急性肝损伤(acute liver injury,ALI),但其机制尚不清楚。我们前期采用磷酸化蛋白抗体芯片检测与其相关的蛋白磷酸化情况时发现与PKM2激动剂TEPP-46组相比,LPS/D-Gal组细胞周期蛋白依赖性激酶1(cyclin-dependent kinases1,CDK1)的磷酸化水平明显增高。因此,本研究从CDK1入手探讨了PKM2激动剂和丙酮酸缓解急性肝损伤的机制。方法:1)雄性BABL/c小鼠经腹腔注射LPS/D-Gal复制急性肝损伤模型。2)LPS/D-Gal注入小鼠后2 h经腹腔注入PKM2激动剂TEPP-46,取小鼠肝组织(LPS/D-Gal组和LPS/D-Gal+TEPP-46组),采用免疫印迹法验证芯片检测获得的磷酸化蛋白,确定与急性肝损伤相关的蛋白CDK1的磷酸化水平变化情况。在LPS/D-Gal注入小鼠后2 h经腹腔注入丙酮酸衍生物丙酮酸乙酯(ethyl pyruvate,EP),6 h后获取肝组织,采用免疫印迹法验证p-CDK1的表达。3)为进一步验证PKM2激动剂缓解LPS/D-Dal诱导的急性肝损伤的作用及机制,我们换了另外一种PKM2激动剂DASA-58。雄性BALB/c小鼠24只随机分为3组(空白对照组、LPS/D-Gal组、LPS/D-Gal+PKM2激动剂DASA-58组),LPS/D-Gal经腹腔注入后6 h检测血浆转氨酶ALT、肝组织形态学改变、肝组织caspase-3活性、肝细胞凋亡情况及p-CDK1表达水平。4)为了探讨PKM2激动剂和丙酮酸是否通过增加CDK1活性缓解LPS/D-Gal诱导的急性肝损伤,将56只雄性BALB/c小鼠随机分为7组(空白对照组、CDK1抑制剂RO3306组、LPS/D-Gal组、LPS/D-Gal+TEPP-46/EP组、LPS/D-Gal+RO33306+TEPP-46/EP组),LPS/D-Gal注入后1.5 h经腹腔注入RO3306,LPS/D-Gal注入后2 h经腹腔注入TEPP-46或EP。LPS/D-Gal注入后6 h麻醉并处死小鼠,获得血浆和肝组织。检测小鼠血浆中ALT、AST活性,通过对肝组织切片进行HE染色观察肝组织形态,采用TUNEL染色观察凋亡细胞的数量,采用比色法检测caspase-3活性。结果:1)经TEPP-46或丙酮酸处理LPS/D-Gal诱导的急性肝损伤,与LPS/D-Gal组相比,TEPP-46或丙酮酸处理组p-CDK1水平明显降低。2)经DASA-58处理LPS/D-Gal诱导的急性肝损伤,与LPS/D-Gal组相比,DASA-58处理组ALT活性明显下调,肝组织形态异常缓解,并降低caspase-3活性以及减少凋亡细胞的数量。免疫印迹显示,与LPS/D-Gal组相比,DASA-58处理组p-CDK1水平明显降低。3)经RO3306联合使用TEPP-46或EP处理LPS/D-Gal诱导的急性肝损伤,RO3306联合TEPP-46处理组血浆转氨酶ALT明显高于TEPP-46处理组。RO3306联合EP处理组血浆转氨酶ALT、AST明显高于EP处理组。同时,肝组织病理切片HE染色和TUNEL染色结果显示,与TEPP-46处理组或EP处理组相比,使用RO3306组明显逆转TEPP-46或EP缓解的肝组织形态的变化,并且凋亡细胞数量明显增多以及明显上调caspase-3的活性。结论:本研究结果表明,PKM2激动剂和丙酮酸缓解LPS/D-Gal诱导的急性肝损伤的机制与抑制p-CDK1的水平、增加CDK1活性有关,抑制p-CDK1增加CDK1活性可能在急性肝损伤的防治与治疗中具有潜在的应用前景。
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