Multi-SIM助力研究年龄相关的内质网-线粒体接触减少损害心脏线粒体脂质代谢和自噬体形成的机制
现存科学问题
01
衰老的标志之一是脂质代谢的破坏。脂质代谢通过细胞内各种细胞器之间的通讯进行控制。其中，内质网和线粒体发挥着重要功能：ER是脂质生物合成的主要部位，而线粒体被认为是 ROS 来源。内质网-线粒体接触 （ER-Mito contact） 位点是内质网膜和线粒体外膜之间调节脂质代谢的特殊接触区域。这些接触位点加速了内质网和线粒体之间的脂质直接交换。此外，自噬具有调节脂质代谢的潜力；并且脂质代谢会影响自噬过程中自噬体和其他结构的形成，进而影响衰老过程中线粒体等受损细胞器的清除。然而，细胞器通讯中断和脂质代谢对衰老过程中自噬体形成和心脏功能的影响尚不完全清楚。
助力研究新发现
02
2025年4月重庆医科大学第二附属医院麻醉科黄河和段晨阳教授团队在《cell death & differentiation 》期刊上发表了题为“Age-associated reduction in ER-Mitochondrial contacts impairs mitochondrial lipid metabolism and autophagosome formation in the heart”的研究论文。
研究发现在衰老的心肌细胞中，内质网-线粒体接触的减少会损害脂质转运，导致线粒体磷脂酰乙醇胺（PE）合成不足。磷脂酰丝氨酸脱羧酶（PISD）的缺乏进一步阻碍了线粒体内磷脂酰丝氨酸向PE的转化，加剧了PE生产的缺陷。PE的缺乏会破坏自噬体膜的形成，导致自噬过程受损，进而积累受损的线粒体。线粒体脂质代谢的紊乱是老化心肌细胞中功能失调导致巨型线粒体积累的关键机制。
Muti-SIM在该文章里的贡献
1. 清晰可视化不同处理对线粒体自噬的影响
Multi-SIM成像结果直观呈现出，在依托泊苷（Etoposide）诱导的细胞衰老模型中，自噬体形成受到显著抑制，线粒体自噬小体（mitochondrial autophagosome）的数量显著减少。然而，PISD 过表达增加了线粒体自噬的产生（图G）。
PISD 缺陷诱导的PE转化破坏直接减少了衰老细胞中自噬体的形成。相反，PISD 过表达促进 PE 合成，增强 LC3B 自噬体膜形成（PE 和 LC3B 共定位增加证明），并显着增加线粒体自噬的数量（图H）。这些发现强调了PISD 介导的PE转化在维持线粒体形态和功能方面的关键作用，可能是通过调节自噬来清除受损的线粒体，而不是通过ER-Mito接触促进适度的线粒体分裂。
图注：依托泊苷处理48 h后，通过Multi-SIM获取图像，分析自噬体和线粒体的定位情况(G)、PE的荧光强度以及LC3B和PE (H)的共定位（比例尺，20 μm）。
2. 精准捕捉自噬体形成和线粒体形态的动态变化
通过Multi-SIM中Time-Lapse成像助力分析揭示，在衰老细胞中，LC3B自噬体的形成逐渐减少，线粒体逐渐延长（图I）。PISD过表达增加LC3B自噬体的形成，并促进它们与溶酶体快速融合形成自噬体（图J）。
这些结果进一步证明，PISD缺陷引起的老年心肌细胞的PE转换中断，阻断了完全的自噬过程，损害了受损线粒体的清除并导致线粒体过度伸长。
图注：在Multi-SIM中对依托泊苷处理的HL-1细胞自噬体和线粒体进行延时记录（比例尺，20 μm）。使用ImageJ 定量自噬体数量和线粒体平均长度（图I）。通过Multi-SIM获取自噬体与溶酶体共定位的图像（比例尺，20 μm）。（图J）
研究成果总结
03
进一步的成像实验证实了敲低LACTB对衰老细胞中PISD的表达和PE的合成产生影响，进一步说明调节LACTB表达以增强PISD活性和PE产生有助于维持线粒体稳态和老化心肌细胞的完整性。以上结果强调了线粒体脂质代谢的破坏是驱动衰老心肌细胞中功能失调的巨型线粒体积累的核心机制，并表明抑制LACTB表达可以作为缓解心脏衰老和保持线粒体功能的潜在治疗策略。
