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摘要：活性羰基化合物（RCS）是在新陳代謝過程中自發(fā)形成的，會改變和損害DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的功能，導(dǎo)致多種器官并發(fā)癥。在斑馬魚中，RCS解毒酶乙二醛酶1（Glo 1）、醛脫氫酶3a1（Aldh3a1）和醛酮還原酶1a1a（Akr1a1a）的敲除顯示RCS升高，其特異性地調(diào)節(jié)葡萄糖代謝、高血糖和糖尿病器官損傷。在 glo1-/- 動物中aldh2.1 是補(bǔ)償性上調(diào)的，因此本研究旨在研究與乙醇暴露無關(guān)情況下， Aldh2.1 在斑馬魚中對 RCS 的解毒能力。使用 CRISPR/Cas9 生成 aldh2.1 敲除斑馬魚，隨后在組織學(xué)、代謝組學(xué)和轉(zhuǎn)錄組學(xué)水平上進(jìn)行分析。 aldh2.1-/- 斑馬魚顯示內(nèi)源性乙醛 (AA)增加 ，誘導(dǎo)視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)血管生成增加。表達(dá)和藥理學(xué)介入研究確定了由 AA 誘導(dǎo)的 c-Jun N-末端激酶 (JNK) 和 p38 MAPK 的失衡，其介導(dǎo)了血管生成的激活。此外，aldh2.1-/- 斑馬魚中 AA 的增加不會引起高血糖，相反，AA 會抑制葡萄糖激酶 (gck) 和葡萄糖-6-磷酸酶 (g6pc) 的表達(dá)，從而導(dǎo)致葡萄糖代謝受損。

關(guān)鍵詞：醛脫氫酶 (ALDH)  乙醛（AA）  活性羰基物質(zhì) (RCS)  葡萄糖代謝  微血管器官并發(fā)癥  斑馬魚 

簡介：活性羰基物質(zhì) (RCS) 是一類代謝物，與葡萄糖代謝受損、胰島素抵抗和微血管損傷有關(guān)。甲基乙二醛（MG）是研究得最好的代表，其作為晚期糖基化終產(chǎn)物（AGEs）前體的毒性而聞名。由 glo1 和 glo 2 組成的乙二醛酶 (Glo) 酶系統(tǒng)利用了 MG 的解毒作用。然而，最近在斑馬魚和小鼠中的研究表明，敲除 glo1 僅導(dǎo)致內(nèi)源性 MG 增加 50%。因此，glo1基因敲除斑馬魚雖然表現(xiàn)出糖耐量受損，但并沒有出現(xiàn)器官損傷，只有在攝入高熱量后，它們的視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)才會發(fā)生改變，這與臨床糖尿病視網(wǎng)膜病變的病理結(jié)果一致。這些結(jié)果表明，體內(nèi)glo1 MG 解毒能力的喪失可以通過其他酶系統(tǒng)得到補(bǔ)償。 事實上，glo1 突變體中醛脫氫酶 (Aldh) 和醛酮還原酶 (Akr) 的活性測量表明這兩個酶家族可以作為 MG 的替代解毒系統(tǒng)。隨后對斑馬魚中不同 Aldh 和 Akr 亞類成員的研究，包括 aldh3a1 和 akr1a1a 斑馬魚突變體的產(chǎn)生和分析，發(fā)現(xiàn)不是 MG，而是 Aldh3a1 的 4-羥基壬烯醛 (4-HNE) 和 Akr1a1a 的丙烯醛 (ACR) 是首選的解毒 RCS。雖然兩種突變體的葡萄糖代謝均受損，但 aldh3a1 突變體中 4-HNE 增加會破壞胰腺，導(dǎo)致高血糖和視網(wǎng)膜血管改變，而 akr1a1a 突變體中 ACR 增加會導(dǎo)致胰島素抵抗和成年動物糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病腎病。數(shù)據(jù)已經(jīng)確定了 RCS 及其相應(yīng)解毒酶在調(diào)節(jié)葡萄糖代謝方面的特定特征，這些系統(tǒng)的改變導(dǎo)致葡萄糖耐量受損、胰島素抵抗、高血糖和微血管并發(fā)癥。

glo1-/- 斑馬魚突變體中的 aldh2.1 表達(dá)也有所增加。 aldh2.1 是斑馬魚與人類 aldh2 的同源物，可以解毒多種反應(yīng)性代謝物，包括乙醛 (AA)、4-HNE、丙二醛 (MDA) 和 MG。由于 Aldh2 將 AA 氧化為乙酸，因此對其在酒精代謝和酒精引起的應(yīng)激并發(fā)癥中的重要性進(jìn)行了充分研究，發(fā)現(xiàn)在酒精性肝病和心血管疾病中起關(guān)鍵作用。此外，aldh2 的缺失會增加活性氧 (ROS)，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙和細(xì)胞色素 P450 2E1 (CYP2E1) 的上調(diào)。然而，Aldh2對反應(yīng)性代謝物解毒、糖代謝調(diào)節(jié)和糖尿病微血管并發(fā)癥形成的貢獻(xiàn)，是否與乙醇暴露無關(guān)，目前尚不清楚。因此，本研究旨在評估 Aldh2.1 對斑馬魚不同 RCS 的解毒能力，并確定 Aldh2.1 對葡萄糖代謝、器官生理和疾病的潛在調(diào)節(jié)功能。我們的數(shù)據(jù)確定，斑馬魚中 aldh2.1 的缺失導(dǎo)致內(nèi)源性 AA 濃度增加，隨后損害了斑馬魚仔魚和成魚的葡萄糖代謝并導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管微血管損傷。

aldh2.1-/- 基因敲除斑馬魚的生成和驗證：最近對脊椎動物和哺乳動物的研究表明，Aldh酶在解毒短鏈和長鏈RCS中起主要作用。為了研究 Aldh2.1 對 RCS 解毒和葡萄糖代謝調(diào)節(jié)的影響，我們創(chuàng)建了一個 aldh2.1 基因敲除斑馬魚模型，因為之前的研究表明 aldh2.1 在反應(yīng)性代謝物解毒中具有補(bǔ)償功能。Aldh2.1 酶在人類、小鼠和斑馬魚中表達(dá)。 然而，尚未描述不同物種之間酶氨基酸序列的相似性。因此，該研究的第一步是對斑馬魚和人類、斑馬魚和小鼠之間的氨基酸序列進(jìn)行比對，發(fā)現(xiàn)斑馬魚和人類之間的相似性達(dá)到78.2%，斑馬魚和小鼠之間的相似性達(dá)到77.4%。整個物種的活性位點中的半胱氨酸和谷氨酸氨基酸被完全保留并在每個物種中保持不變。迄今為止，還沒有產(chǎn)生 aldh2.1-/- 斑馬魚品系，因此利用 CRISPR/Cas9 技術(shù)創(chuàng)建了 aldh2.1 基因敲除模型。首先，合成靶向 aldh2.1 外顯子 3 的 CRISPR-guideRNA (gRNA)，并與 Cas9 mRNA 一起注射到單細(xì)胞期 Tg(fli1:EGPF) 斑馬魚胚胎中。 由于五個核苷酸的缺失，測序發(fā)現(xiàn)了一個由于五個核苷酸缺失而導(dǎo)致的閱讀移碼突變，然后將其用于進(jìn)一步的育種和研究。為了驗證純合 aldh2.1-/- 突變體的產(chǎn)生，進(jìn)行了蛋白質(zhì)印跡并顯示肝臟中的 Aldh2.1 蛋白完全喪失。與 aldh2.1+/+ 仔魚相比，受精后 5 天 (dpf) 的 aldh2.1-/- 仔魚的總體形態(tài)沒有改變。在少數(shù) aldh2.1-/- 胚胎/仔魚中，肝臟似乎變大。 有趣的是，成年 aldh2.1-/- 動物的存活率偏離了估計的孟德爾分布，并且顯著低于預(yù)期。在 282 條成年斑馬魚中，99 條（35.1%）為 aldh2.1+/+，122 條（43.2%）為 aldh2.1+/-，只有 61 條（21.7%）有 Δ5 bp 型的 aldh2.1-/-， 這些結(jié)果表明，Aldh2.1 的永久丟失會對斑馬魚產(chǎn)生負(fù)面影響。由于 aldh2.1 在成年斑馬魚中的表達(dá)是未知的，因此使用 RT-qPCR 分析來研究 aldh2.1 在整個斑馬魚器官中的表達(dá)。與持家基因 b2m 的表達(dá)相比，我們發(fā)現(xiàn) aldh2.1 在肝臟 (15%) 中的表達(dá)最高，其次是大腦 (6.8%) 和眼睛 (5%)。總體而言，這些結(jié)果證實了 aldh2.1 在斑馬魚器官中的表達(dá)與其他脊椎動物相當(dāng)。 接下來，使用不同的 RCS 作為底物進(jìn)行了一組 Aldh 酶活性測量，以確認(rèn) aldh2.1 敲除導(dǎo)致總 Aldh 酶活性的功能性降低。使用以下底物可以觀察到 aldh2.1-/- 仔魚裂解物中總 Aldh 酶活性顯著降低：AA (67%)、MG (31%)、4-HNE (23%) 和 MDA (16%) ）。以ACR（圖1K）為底物的Aldh總酶活性也降低了28%，但不顯著。這些結(jié)果不僅進(jìn)一步證明了 aldh2.1-/- 突變體的成功產(chǎn)生，而且還確定了 Aldh2.1 酶在斑馬魚中對RCS 的解毒能力。

圖 1. aldh2.1-/- 斑馬魚系的生成和驗證。

aldh2.1 的缺失導(dǎo)致斑馬魚仔魚和成魚視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的血管生成：在之前的研究中，可以發(fā)現(xiàn)斑馬魚眼睛中的外源性和內(nèi)源性反應(yīng)性代謝產(chǎn)物通過受損的葡萄糖代謝損害微血管。為了研究 aldh2.1 敲除對血管發(fā)育的潛在后果，我們通過共聚焦顯微鏡分析了仔魚和成年斑馬魚的脈管系統(tǒng)。 與 5 dpf 的 aldh2.1+/+ 仔魚相比，可以確定 aldh2.1-/- 斑馬魚仔魚的玻璃體血管系統(tǒng)中的分支點增加。12 mpf 時成魚視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)的量化證實了這些結(jié)果。與 aldh2.1+/+ 成魚相比，aldh2.1-/- 成魚的視網(wǎng)膜血管高密度區(qū)域的分支點也增加了。此外，使用胰蛋白酶和隨后的 Mayer 蘇木精染色制備成魚視網(wǎng)膜的消化物顯示血管壁細(xì)胞覆蓋率損失 10%，而 aldh2.1-/- 斑馬魚血管中的內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量沒有變化。此外，成年 aldh2.1-/- 斑馬魚的血管比 aldh2.1+/+ 斑馬魚的血管更寬，隨后每條血管的毛細(xì)血管面積增加了 10%。除了眼睛，還分析了斑馬魚的腎臟。 相反，PAS染色和電子顯微鏡都沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變化。這些結(jié)果表明，Aldh2.1 的功能喪失導(dǎo)致血管系統(tǒng)的改變，與患有視網(wǎng)膜病變的患者相似。由于鮮有報道稱活性代謝物與視網(wǎng)膜損傷之間存在關(guān)聯(lián)，因此對仔魚和成年斑馬魚中的幾種活性代謝物進(jìn)行了測量。

圖 2. aldh2.1 的缺失導(dǎo)致斑馬魚仔魚和成魚視網(wǎng)膜血管系統(tǒng)中的血管生成增加。

圖 3. aldh2.1-/- 視網(wǎng)膜中血管增厚和血管壁細(xì)胞覆蓋率降低。

aldh2.1-/- 突變體顯示內(nèi)源性 AA 升高和餐后血糖降低：

之前關(guān)于Aldh3a1酶引起的糖尿病器官并發(fā)癥的研究表明，RCS解毒功能受損是視網(wǎng)膜新生血管增加的原因。然而，aldh2.1-/- 突變體的解毒活性受損是否會轉(zhuǎn)化為類似的內(nèi)源性反應(yīng)性代謝物升高或葡萄糖代謝受損仍然未知。我們對96 hpf齡仔魚和成年斑馬魚器官中的葡萄糖和活性代謝物進(jìn)行了一系列測量。在仔魚體內(nèi)，未發(fā)現(xiàn)全身葡萄糖、鎂、乙二醛、4-HNE和ACR的變化。我們可以確定反應(yīng)性代謝物 AA 的升高，與 aldh2.1+/+ 相比，aldh2.1-/- 仔魚的 AA升高 4.2 倍，但代謝組的AA保持不變。在成年斑馬魚中，禁食 aldh2.1?/? 斑馬魚肝臟中的 AA 濃度增加了 4.3 倍。然而，空腹和餐后 MG 沒有變化。有趣的是，雖然 aldh2.1-/- 成魚的空腹血糖水平?jīng)]有變化，但餐后測量顯示血糖水平降低。總之，數(shù)據(jù)已確定 AA 是斑馬魚中 Aldh2.1 解毒活性的主要 RCS。 盡管 aldh2.1 敲除對廣泛的 RCS 的總 Aldh 酶活性有影響，但只有 AA 在體內(nèi)積累。

圖 4. aldh2.1-/- 突變體顯示內(nèi)源性 AA 升高和餐后血糖降低。

aldh2.1-/- 突變體表現(xiàn)出應(yīng)激信號加重和糖酵解障礙：為了研究導(dǎo)致 aldh2.1-/- 突變體血管改變的潛在機(jī)制并解決為什么 aldh2.1-/- 突變體會導(dǎo)致餐后血糖降低，我們在斑馬魚仔魚中進(jìn)行了 RNA 測序分析。Kyoto-encyclopedia基因和KEGG通路分析揭示了幾種受 aldh2.1 敲除顯著調(diào)控的通路，包括但不限于上調(diào)的應(yīng)激信號和下調(diào)的能量代謝。細(xì)胞凋亡、鐵死亡和細(xì)胞衰老的標(biāo)準(zhǔn)化富集評分 (NES) 介于 1.5 和 1.7 之間。更重要的是，發(fā)現(xiàn)了 NES 為 1.46 的 VEGF 通路成分和 NES 為 1.58 的絲裂原活化蛋白激酶 (MAPK) 的過表達(dá)，為 aldh2.1-/- 視網(wǎng)膜血管中的機(jī)制提供了第一個線索。在另一個位點，下調(diào)的能量代謝途徑包括脂肪酸降解和氨基酸代謝，但也發(fā)現(xiàn)了丙酮酸代謝和糖酵解/糖異生。糖酵解/糖異生的基因集富集分析 (GSEA) 顯示丙酮酸代謝的 NES 分別為 -1.82 和 -2.02，表明 aldh2.1 確實參與了葡萄糖代謝。

圖 5. aldh2.1-/- 突變體表現(xiàn)出加強(qiáng)的應(yīng)激信號傳導(dǎo)以及糖酵解和糖異生的損害。

aldh2.1-/- 突變體中葡萄糖-6-磷酸酶表達(dá)的抑制和 JNK 和 p38 MAPK 表達(dá)的改變：基于 RNA-seq 數(shù)據(jù)，我們探索了選定基因在已識別途徑中的表達(dá)，可以解釋 aldh2.1-/- 斑馬魚與視網(wǎng)膜血管生成增加和葡萄糖穩(wěn)態(tài)受損相關(guān)的潛在機(jī)制。血管生成標(biāo)志物的基因表達(dá)，如 fgfr2、vegfr2 和 notch1a 在 aldh2.1-/- 和 aldh2.1+/+ 仔魚之間沒有變化。因此，焦點隨后轉(zhuǎn)移到 MAPK 家族的成員上，因為 ERK1、JNK 和 p38 MAPK 都以其改變內(nèi)皮細(xì)胞活化和血管生成的能力而聞名。mapk3和mapk7（分別稱為ERK1和ERK5）沒有改變。然而，mapk8b（也稱為JNK1）的表達(dá)增加了兩倍，而mapk11-14（稱為p38 MAPK）的表達(dá)減少了兩倍。同時，通過選定的基因調(diào)節(jié)糖酵解、糖異生和葡萄糖內(nèi)化，我們探討了成魚 aldh2.1-/- 突變體餐后血糖濃度降低的原因。RT-qPCR檢測到葡萄糖-6-磷酸酶表達(dá)降低了四倍，在糖異生過程中，葡萄糖-6-磷酸轉(zhuǎn)化為葡萄糖。一份研究確實在幾年前假設(shè) AA 抑制了葡萄糖 6-磷酸酶的表達(dá)，我們的數(shù)據(jù)現(xiàn)在首次在體內(nèi)顯示了這種調(diào)節(jié)，因為 aldh2.1-/- 突變體中的 AA 高度增加。相應(yīng)地，在 aldh2.1-/- 突變體中觀察到葡萄糖激酶 (gck) 減少了三倍，該酶通過葡萄糖磷酸化為葡萄糖 6-磷酸來介導(dǎo)糖酵解的第一步。此外，糖異生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子磷酸烯醇丙酮酸脫羧酶（pepck）表達(dá)下調(diào)1.7倍，受底物葡萄糖-6-磷酸刺激的葡萄糖-6-磷酸脫氫酶（g6pd）也下調(diào)1.3倍。最后，aldh2.1-/- 突變仔魚中的胰島素表達(dá)和 pdx 1 表達(dá)顯著下調(diào)。總之，選定的單基因表達(dá)數(shù)據(jù)證實了 RNA-seq 數(shù)據(jù)，它們可以通過斑馬魚仔魚中改變的 JNK 和 p38 MAPK 信號傳導(dǎo)來解釋 aldh2.1-/- 突變體視網(wǎng)膜血管中血管生成的增加。該數(shù)據(jù)還表明了一種新的葡萄糖代謝受損機(jī)制，其中抑制葡萄糖激酶和葡萄糖-6-磷酸酶表達(dá)的內(nèi)源性 AA 的增加會導(dǎo)致低血糖癥。

圖 6. aldh2.1-/- 突變體中葡萄糖-6-磷酸酶/葡萄糖激酶表達(dá)的抑制和 JNK 和 p38 MAPK 表達(dá)的改變。

外源性AA引起玻璃體血管系統(tǒng)的血管生成性改變、糖代謝受損和MAPK信號改變：對 aldh2.1-/- 突變體的分析確定了視網(wǎng)膜血管中的微血管并發(fā)癥，但尚不清楚這些改變是由 aldh2.1-/- 突變體直接誘導(dǎo)還是由內(nèi)源性 AA 增加并隨后損害葡萄糖代謝和應(yīng)激信號傳導(dǎo)間接誘導(dǎo)。為了解決這個問題，我們用AA孵育野生型斑馬魚仔魚，并重復(fù)之前對視網(wǎng)膜玻璃體結(jié)構(gòu)和RT-qPCR的分析，以確定選定的基因表達(dá)。事先對斑馬魚仔魚中的AA進(jìn)行了毒性測試，結(jié)果顯示其 AA耐受性高達(dá)500?μM。對 120 hpf 斑馬魚與 50μMA AA 孵育的玻璃體血管分析表明，外源性 AA 可以模擬 aldh2.1-/- 突變體中所見的微血管并發(fā)癥，但不會放大它。在有和沒有 AA 孵育的 aldh2.1+/+ 斑馬魚仔魚之間，分支點增加了 1.36 倍。沒有外源乙醛的 aldh2.1+/+ 和有和沒有 AA 孵育的 aldh2.1-/- 斑馬魚仔魚之間的分支點也增加了 1.3-1.5 倍。除視網(wǎng)膜分析外，還對AA孵化的野生型斑馬魚仔魚進(jìn)行了RT-qPCR。結(jié)果顯示 JNK1 表達(dá)上調(diào) 1.53 倍，p38α MAPK 表達(dá)下調(diào) 1.77 倍。 此外，ERK1 的表達(dá)也略有增加。有趣的是，在 AA 治療后，g6pc 和 gck 表達(dá)下降了 2.18 和 1.84 倍，而 pepck 沒有顯著下降。總之，數(shù)據(jù)表明 aldh2.1-/- 突變體中葡萄糖代謝受損是由 AA 引起的。 由于 aldh2.1 的丟失，AA 未被解毒并在體內(nèi)積累，并下調(diào) gck 和 g6pc。此外，AA 也被確定為 aldh2.1-/- 視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)中血管生成增加的驅(qū)動因素。

圖 7. 外源性 AA 引起玻璃體脈管系統(tǒng)的血管生成改變、葡萄糖代謝受損和 MAPK 信號改變。

p38 MAPK的抑制在aldh2.1+/+ 斑馬魚仔魚的玻璃體血管系統(tǒng)中引起類似但不完全相同的血管生成改變：用選擇性p38 MAPK抑制劑4-（4-氟苯基）-2-（4-甲基亞磺酰基苯基）-5-（4-吡啶基）1H咪唑孵育斑馬魚仔魚來證明是否p38 MAPK 是 AA 水平增加、aldh2.1 敲除和微血管并發(fā)癥之間的聯(lián)系環(huán)節(jié)。用 p38 MAPK 抑制劑孵育 aldh2.1+/+ 和 aldh2.1-/- 斑馬魚仔魚來對透明血管進(jìn)行分析，結(jié)果顯示出與先前對 aldh2.1-/- 突變體和用 AA 處理的仔魚相似的結(jié)果。aldh2.1+/+ 斑馬魚玻璃體血管在用 p38 MAPK 抑制劑處理后分支點增加了 1.34 倍。 aldh2.1-/- 突變體的處理不能進(jìn)一步增加分支點。這與之前的 RT-qPCR 結(jié)果一致，因為 p38 MAPK mRNA 表達(dá)在 aldh2.1-/- 突變體中顯著下調(diào)。與 aldh2.1+/+ 仔魚相比，與 p38 MAPK 抑制劑孵育僅導(dǎo)致 aldh2.1-/- 敲除仔魚中玻璃體血管分支點的非顯著增加，因此表明 p38 MAPK 不是這種表型的唯一驅(qū)動力。

圖 8. p38 MAPK 的抑制導(dǎo)致 aldh2.1+/+ 仔魚玻璃體血管系統(tǒng)的血管生成改變。

討論：在這項研究中，我們建立了一個 aldh2.1-/- 突變斑馬魚模型來研究 RCS 解毒和體內(nèi)積累內(nèi)源性 AA 的后果。AA增加導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管微血管損傷，并通過阻斷gck和g6pc基因表達(dá)導(dǎo)致餐后血糖水平降低。因此，該研究確定了RCS在不涉及高血糖的情況下?lián)p害糖代謝和誘導(dǎo)血管生成的新機(jī)制。RCS是在新陳代謝過程中自發(fā)形成的，被認(rèn)為是危險分子，因為它們可以修飾和損害DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)的功能。近年來，研究表明，特定 RCS 解毒酶的喪失首先導(dǎo)致 RCS 增加，隨后改變了葡萄糖代謝并介導(dǎo)了糖尿病器官并發(fā)癥的發(fā)展。具體而言，斑馬魚中 glo1 的丟失增加了 MG 濃度，并伴有葡萄糖耐量受損。在 aldh3a1 敲除斑馬魚突變體中，4-HNE 濃度的增加破壞了胰腺的形成，抑制了胰島素的表達(dá)，從而促進(jìn)了高血糖和視網(wǎng)膜血管舒張表型。此外，akr1a1a 斑馬魚突變體中 ACR 的增加導(dǎo)致胰島素抵抗，從而導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病腎病。本研究中表明 aldh2.1-/- 突變斑馬魚中 AA 濃度的增加會損害葡萄糖代謝，導(dǎo)致血糖水平降低并誘導(dǎo)血管生成的激活。已經(jīng)確定了個體 RCS 的特定特征及其相應(yīng)的解毒酶系統(tǒng)。除 AA 外，所有累積的 RCS 都會引起高血糖，從而導(dǎo)致糖尿病視網(wǎng)膜病變或糖尿病腎病的特征。 AA 還誘導(dǎo)視網(wǎng)膜微血管改變，但與高血糖無關(guān)。隨后進(jìn)一步的實驗發(fā)現(xiàn)，AA 通過阻斷糖酵解和糖異生的關(guān)鍵調(diào)節(jié)酶（即 gck 和 g6pc）的表達(dá)導(dǎo)致葡萄糖敏感性和葡萄糖動員受損，最終導(dǎo)致 aldh2.1-/- 突變體中的餐后血糖濃度降低。aldh2.1 的人類同源物 aldh2，因其在乙醇解毒中的重要性而被廣泛研究。 然而，對酒精介導(dǎo)的應(yīng)激并發(fā)癥的研究主要包括心臟病、癌癥和肝病的研究卻很少。在糖尿病患者中進(jìn)行的觀察已經(jīng)將飲酒與低血糖發(fā)作聯(lián)系起來，但關(guān)于酒精如何抑制糖酵解和糖異生的潛在機(jī)制尚未探索。導(dǎo)致這種現(xiàn)象的重要上游因素不是乙醇，而是AA。AA阻斷g6pc的表達(dá)并隨后抑制葡萄糖-6-磷酸形成葡萄糖并將其釋放到血液中，這一發(fā)現(xiàn)在幾年前就已被假設(shè)。此外，AA 還通過阻斷 gck 的表達(dá)來誘導(dǎo)葡萄糖敏感性降低。 后者本身已知會導(dǎo)致糖尿病或低血糖癥。本研究表明 aldh2 和 AA 在調(diào)節(jié)葡萄糖代謝中具有高度相關(guān)性。該研究還表明，aldh2.1-/- 突變體中內(nèi)源性 AA 的增加導(dǎo)致視網(wǎng)膜病變而非高血糖。 已知 Aldh2 在保護(hù)線粒體方面具有重要功能，特別是 aldh2 的缺失會通過 CYP2E1、Nrf2 和 TNF-α 以及隨后的 RCS 觸發(fā) ROS 形成的增加。此外，改變的 Aldh2 和相應(yīng)的 AA 與心血管疾病相關(guān)，包括但不限于缺血和心肌功能障礙。然而，尚未描述沒有高血糖癥的 aldh2.1-/- 斑馬魚中發(fā)生視網(wǎng)膜病變的機(jī)制。試驗顯示 aldh2.1-/- 斑馬魚中 JNK 和 p38 MAPK 表達(dá)失衡。眾所周知，這兩種應(yīng)激激活蛋白激酶在血管生成中具有多種功能。 一方面，它們通過激活內(nèi)皮細(xì)胞充當(dāng)血管生成的分子開關(guān)； 此外，它們可以誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞層的高滲透性。此外，血管壁細(xì)胞脫落長期以來一直被認(rèn)為是微血管穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵因素，最近的研究表明，壁細(xì)胞的丟失增加了視網(wǎng)膜脈管系統(tǒng)對 VEGF 信號傳導(dǎo)和視網(wǎng)膜血管生成的敏感性。因此，aldh2.1-/- 幼蟲和成蟲中視網(wǎng)膜病變的發(fā)作是由 MAPK 家族成員的調(diào)節(jié)改變和通過反應(yīng)性代謝物 AA 減少血管壁細(xì)胞覆蓋率驅(qū)動的，與高血糖無關(guān)。這項研究和之前的數(shù)據(jù)表明，內(nèi)部產(chǎn)生的 RCS 在新陳代謝中會導(dǎo)致糖代謝受損、糖尿病和糖尿病相關(guān)的器官并發(fā)癥。數(shù)據(jù)表明，只要 RCS 相應(yīng)的酶系統(tǒng)功能正常，就可以預(yù)防糖尿病和微血管器官的改變。迫切需要確定解毒酶系統(tǒng)的上游因素，了解它們的激活機(jī)制以及它們在不同疾病條件下是如何改變的。必須確定RCS及其相應(yīng)酶系統(tǒng)在糖尿病和其他疾病中的相互作用和串?dāng)_。最后，更需解決一個問題，即患病斑馬魚中已識別的RCS改變特征是否也存在于人類疾病中。必須研究RCS是否可以用作不同糖尿病亞型的生物標(biāo)記物，以及是否會在人類中引發(fā)與斑馬魚相同的糖尿病并發(fā)癥。

原文出自：Accumulation of acetaldehyde in aldh2.1?/? zebrafish causes increased retinal angiogenesis and impaired glucose metabolism - ScienceDirect