IGF-1 Signaling Modulates Oxidative Metabolism and Stress Resistance in ARPE-19 Cells Through PKM2 Function IGF-1 信號傳導(dǎo)通過 PKM2 功能調(diào)節(jié) ARPE-19 細(xì)胞的氧化代謝和抗應(yīng)激性

來源：Int. J. Mol. Sci. 2024, 25, 13640

1. 摘要核心內(nèi)容

論文探討胰島素樣生長因子1（IGF-1）通過調(diào)控丙酮酸激酶M2（PKM2）影響人視網(wǎng)膜色素上皮細(xì)胞（ARPE-19）的能量代謝與氧化應(yīng)激抵抗機(jī)制，并驗證Klotho蛋白的保護(hù)作用。

關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)：IGF-1促進(jìn)PKM2二聚化及核轉(zhuǎn)位，抑制其酶活性，導(dǎo)致細(xì)胞能量代謝紊亂（氧化磷酸化抑制），但增強(qiáng)抗氧化能力；Klotho通過阻斷IGF-1信號通路逆轉(zhuǎn)上述效應(yīng)。

2. 研究目的

闡明IGF-1是否通過調(diào)控PKM2影響RPE細(xì)胞的代謝和氧化應(yīng)激平衡。

驗證Klotho能否拮抗IGF-1的作用，為視網(wǎng)膜退行性疾?。ㄈ缒挲g相關(guān)性黃斑變性AMD）提供治療靶點。

3. 研究思路

graph LR

A[IGF-1處理ARPE-19細(xì)胞] --> B[檢測PKM2表達(dá)/二聚化/核定位]

B --> C[分析PK酶活性與能量代謝]

C --> D[評估氧化應(yīng)激指標(biāo)]

D --> E[Klotho預(yù)處理驗證保護(hù)機(jī)制]

E --> F[信號通路檢測：IGF-1R/IRS-1/AKT磷酸化]

4. 測量數(shù)據(jù)及意義（標(biāo)注圖表來源）

(1) PKM2調(diào)控機(jī)制

數(shù)據(jù)：

PKM2表達(dá)量↑（圖1A）及二聚化比例↑（圖1B）。

核轉(zhuǎn)位增加（免疫熒光：圖2；亞細(xì)胞分餾：圖9B-C）。

意義：IGF-1誘導(dǎo)PKM2失活（二聚體酶活性↓）并促進(jìn)其轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能（核轉(zhuǎn)位）。

(2) 能量代謝

數(shù)據(jù)：

PK活性↓85%（圖3），乳酸脫氫酶（LDH）活性↓（圖5A）。

ATP合成↓44%，OCR↓40%（圖4A-B）。

能量底物依賴轉(zhuǎn)變：24h后谷氨酰胺/脂肪酸利用↑190-260%，丙酮酸利用↓70%（圖4C-D）。

意義：PKM2失活導(dǎo)致糖酵解-氧化磷酸化偶聯(lián)斷裂，細(xì)胞通過替代底物維持能量供應(yīng)。

(3) 氧化應(yīng)激

數(shù)據(jù)：

脂質(zhì)過氧化（MDA）↓（圖7A）。

抗氧化酶（GPx、GR、G6PD）活性↑（圖7B-D）。

意義：代謝重編程減少ROS生成，同時增強(qiáng)抗氧化防御。

(4) Klotho保護(hù)機(jī)制

數(shù)據(jù)：

逆轉(zhuǎn)PKM2二聚化、核轉(zhuǎn)位及代謝紊亂（圖3-6,9）。

抑制IGF-1R/IRS-1/AKT磷酸化（圖8）。

意義：Klotho通過阻斷IGF-1信號通路維持代謝穩(wěn)態(tài)。

5. Unisense電極測量數(shù)據(jù)詳解（圖4）

檢測指標(biāo)：氧消耗速率（OCR）

技術(shù)原理：

使用丹麥Unisense微呼吸測量系統(tǒng)（微電極技術(shù)），實時監(jiān)測單細(xì)胞或少量細(xì)胞的耗氧量，靈敏度高（可達(dá)nmol/L·h?1水平）。

關(guān)鍵結(jié)果：

4h IGF-1處理：OCR↓40%（圖4B），表明線粒體呼吸鏈功能受損。

24h IGF-1處理：OCR部分恢復(fù)（但仍低于對照組），且底物依賴性轉(zhuǎn)向谷氨酰胺/脂肪酸（圖4D）。

研究意義：

直接證明代謝抑制：OCR下降與ATP合成減少（圖4A）同步，證實PKM2失活導(dǎo)致丙酮酸供應(yīng)不足，抑制三羧酸循環(huán)。

揭示代謝適應(yīng)性：24h后OCR回升反映細(xì)胞通過重編程（利用替代底物）部分補(bǔ)償能量缺口。

Klotho的保護(hù)作用：Klotho預(yù)處理完全阻止OCR下降，突顯其維持線粒體功能的關(guān)鍵角色。

? 結(jié)論：Unisense OCR數(shù)據(jù)是代謝靈活性的直接證據(jù)，闡明IGF-1如何通過PKM2重編程細(xì)胞代謝，并為Klotho的干預(yù)提供量化依據(jù)。

6. 研究結(jié)論

核心機(jī)制：IGF-1通過激活I(lǐng)GF-1R→促進(jìn)PKM2二聚化/核轉(zhuǎn)位→抑制PK活性→阻斷糖酵解-線粒體能量傳遞→激活替代底物代謝。

雙面效應(yīng)：

負(fù)面：能量危機(jī)（ATP/AMP↓，圖6）。

正面：抗氧化能力↑（減少視網(wǎng)膜氧化損傷）。

Klotho作用：拮抗IGF-1信號，維持PKM2四聚體形式及代謝穩(wěn)態(tài)，可能延緩視網(wǎng)膜退行性疾病進(jìn)展。

臨床意義：PKM2是連接代謝紊亂與視網(wǎng)膜病變（如AMD）的關(guān)鍵節(jié)點，Klotho或成潛在治療靶點。

總結(jié)：本研究通過多維度數(shù)據(jù)闡明IGF-1-PKM2軸在RPE代謝重編程中的核心作用，Unisense電極提供的高精度OCR動態(tài)監(jiān)測為代謝適應(yīng)性提供了關(guān)鍵證據(jù)，深化了對視網(wǎng)膜疾病機(jī)制的理解。