编辑推荐：
糖尿病肾病严重威胁患者健康，为探究高糖环境对足细胞代谢的影响，研究人员聚焦乳酸脱氢酶 A（LDHA）开展研究。结果显示，高糖使 LDHA 表达降低，引发足细胞代谢紊乱。该研究为防治糖尿病肾病提供新靶点，意义重大。
在糖尿病的庞大 “家族” 中，糖尿病肾病（DKD）无疑是最棘手的并发症之一。随着全球糖尿病患者数量的 “一路飙升”，据国际糖尿病联盟糖尿病地图集（10th edition）数据，2021 年全球近 5.5 亿人患糖尿病，预计到 2030 年将增加 25%，2045 年更是会增长 51%，糖尿病肾病的防治迫在眉睫。
糖尿病肾病发展到严重阶段，会演变成终末期肾病，极大地缩短患者的寿命。在肾脏这个 “精密工厂” 里，肾小球是糖尿病 “攻击” 的主要目标，其中足细胞又是肾小球滤过屏障的关键 “卫士”。足细胞就像一个个 “小卫士”，紧紧包裹着肾小球毛细血管，它们特殊的结构 —— 从细胞体伸出初级突起，再分支形成足突，相邻足细胞的足突相互交错，构成了重要的滤过屏障。一旦足细胞 “受伤”，肾脏的结构和功能就会像被打乱的拼图，出现各种问题，而这与人类糖尿病的肾脏并发症密切相关。
更让人 “头疼” 的是，足细胞的能量代谢方式很独特，主要依赖无氧糖酵解，对脂质的 β - 氧化和线粒体氧化磷酸化依赖较少。而且，高糖环境还会让足细胞的能量代谢 “乱了套”，引发乳酸酸中毒。乳酸，这个曾经被认为只是代谢 “小跟班” 的物质，如今却被发现它不仅能作为能量来源，还在细胞代谢调控中扮演着重要角色，足细胞也有自己的乳酸转运系统来维持代谢平衡。在这样复杂的背景下，乳酸脱氢酶（LDH）作为调节乳酸和丙酮酸平衡的关键酶，其 A 亚型（LDHA）在高糖环境下对足细胞代谢和功能的影响就成了一个亟待解开的谜团。
为了揭开这个谜团，波兰科学院莫萨科夫斯基医学研究所（Mossakowski Medical Research Institute, Polish Academy of Sciences）和格但斯克医科大学（Medical University of Gdansk）的研究人员展开了深入研究。他们的研究成果发表在《Scientific Reports》上，为我们理解糖尿病肾病的发病机制和寻找新的治疗靶点带来了新希望。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，从 Wistar 大鼠中分离出肾小球和原代足细胞进行培养；接着，利用实时聚合酶链反应（PCR）技术检测相关基因的 mRNA 表达水平；通过蛋白质免疫印迹（Western blot）分析蛋白表达和含量；借助细胞表面生物素化技术研究细胞膜蛋白；采用荧光染色和生物成像技术观察细胞内蛋白的定位和表达变化；运用细胞外酸化率（ECAR）测定评估糖酵解通量；使用葡萄糖摄取实验检测细胞对葡萄糖的摄取能力；还利用小干扰 RNA（siRNA）干扰技术来调控基因表达 。
高血糖和草氨酸盐影响足细胞中 LDH 的表达模式
研究发现，高糖（HG）环境会使足细胞中 LDH 的活性明显下降。为了进一步探究 LDH 活性对足细胞代谢的影响，研究人员使用了 LDH 抑制剂草氨酸盐（oxamate）。实验表明，45mM 的草氨酸盐能使足细胞中 LDH 活性降低约 40%。高糖环境还显著降低了 LDHA 和 LDHB 亚型的表达，且主要导致 LDHA 蛋白含量下降，同时改变了 LDHA 在细胞内的定位，使其在细胞膜周围区域和突起中消失。
高糖培养的足细胞中 MCT1 和 MCT4 的表达和分布
由于 LDHA 的主要产物是乳酸，研究人员检测了两种主要的乳酸转运蛋白 —— 单羧酸转运蛋白 1（MCT1）和单羧酸转运蛋白 4（MCT4）在高糖环境下的表达和细胞分布情况。结果显示，高糖使足细胞中 MCT1 表达下降，MCT4 表达上升，草氨酸盐抑制 LDH 活性后也出现了相同的效果。此外，高糖环境还增加了这两种转运蛋白在细胞膜上的水平，但草氨酸盐只有在高糖存在时才会降低它们在细胞膜上的定位。
草氨酸盐处理的原代大鼠足细胞糖酵解通量下降
足细胞足突的能量代谢主要依赖糖酵解，研究人员通过实时记录细胞外酸化率（ECAR）来探究 LDH 在调节足细胞糖酵解通量中的作用。结果表明，高糖条件使糖酵解显著下降 45% ，草氨酸盐抑制 LDH 活性后，糖酵解、糖酵解能力和糖酵解储备均下降，但对非糖酵解酸化没有影响，这说明 LDH 是足细胞糖酵解途径的重要调节因子。
草氨酸盐对丙酮酸激酶活性以及乳酸、丙酮酸和糖原水平的影响
经过 5 天的高糖孵育或草氨酸盐处理后，研究人员发现葡萄糖代谢通量适应性下降，同时细胞内乳酸、丙酮酸和糖原含量增加。高糖孵育 5 天会降低丙酮酸激酶的活性，草氨酸盐在正常糖（SG）和高糖条件下也会降低丙酮酸激酶的活性，这进一步证明了 LDH 是足细胞糖酵解的重要调节因子。此外，草氨酸盐还会增加细胞内乳酸和糖原的积累，显著降低丙酮酸的含量。
LDH 抑制对原代大鼠足细胞葡萄糖摄取的影响
研究人员之前的研究表明，高糖孵育 5 天会诱导足细胞产生胰岛素抵抗。为了探究 LDH 是否参与调节足细胞的葡萄糖摄取，他们用草氨酸盐处理细胞 24 小时。结果发现，草氨酸盐使对照组和高糖培养的细胞基础葡萄糖摄取均显著下降，还减弱了对照组细胞对胰岛素的反应。同时，抑制 LDH 活性导致足细胞中葡萄糖转运蛋白 4（GLUT4）和肾素（nephrin）这两种与胰岛素信号传导密切相关的关键蛋白的水平和定位发生变化，足细胞的足突也出现了缺失。
LDHA 下调减弱了胰岛素对足细胞葡萄糖摄取的影响
由于高糖会降低足细胞中 LDHA 的水平，研究人员通过下调 LDHA 的表达来验证其在调节胰岛素依赖的葡萄糖摄取中的作用。他们将三种针对 LDHA 的小干扰 RNA（siRNA）分别转染到足细胞中，发现与转染 scrambled siRNA 的细胞相比，LDHA 蛋白水平显著下降。使用降低 LDHA 蛋白表达效果最明显的 siRNA duplex C 进行实验，结果显示，下调 LDHA 表达减弱了胰岛素对足细胞葡萄糖摄取的刺激作用，同时 GLUT4 和 nephrin 的水平也显著降低，足突的数量和长度减少。
研究结论和讨论部分指出，该研究清晰地表明高血糖会导致 LDH 活性下降，低表达的 LDHA 亚型是高糖条件下足细胞代谢紊乱的 “罪魁祸首”。低 LDH 活性不仅降低了糖酵解活性，影响了 MCTs 的表达，减少了胰岛素依赖的葡萄糖摄取，还使足细胞足突数量减少。这一系列研究结果验证了糖酵解产生的能量对维持足细胞足突正常结构至关重要，LDHA 在这一过程中发挥着关键调节作用。
此外，LDH 活性和亚型表达模式的变化在多种疾病的诊断中具有重要意义，在糖尿病发展过程中，血液中 LDH 活性升高与乳酸酸中毒相关，临床中可作为评估短期血糖变异性的血清生物标志物。同时，研究还发现高血糖和 LDH 抑制会增加细胞内乳酸和糖原浓度，乳酸在体内的代谢和转运与多种疾病相关，如糖尿病中乳酸积累可能通过增强蛋白质乳酸化进一步损害肾功能。
总的来说，这项研究深入揭示了高糖环境下 LDHA 对足细胞代谢和葡萄糖摄取的调控机制，为糖尿病肾病的发病机制提供了新的见解，也为寻找预防或缓解糖尿病肾病的潜在治疗靶点奠定了基础，有望为糖尿病肾病的治疗带来新的突破。
