文献信息

文献标题	Fructose directly remodels the translocase of the outer membrane to impair oxidative phosphorylation in podocytes
文献译名	果糖直接重塑线粒体外膜转位酶复合体，损伤足细胞氧化磷酸化
期刊名称	Signal Transduction and Targeted Therapy
发表时间	2026年8月
影响因子	81.2
通讯作者	孔令东、方雷、程旭、杨茂君
第一作者	吴文苑
单位	南京大学、清华大学

研究背景Part.01

果糖是天然存在于水果和蜂蜜中的单糖，在人类进化史上，季节性水果摄入提供的果糖有限，代谢偏向脂质沉积有助于原始哺乳动物在食物短缺时存活。然而，现代食品加工中高果糖玉米糖浆的广泛添加，使人类每日果糖摄入量远超进化适应阈值。大量流行病学调查证实，过量果糖摄入与肥胖、非酒精性脂肪肝、慢性肾病乃至癌症的发病率呈正相关。

数十年来，果糖诱导的组织损伤和代谢紊乱被普遍归因于经典果糖分解代谢途径及其产生的毒性中间代谢产物（如F-1-P、尿酸等），这些代谢物被认为触发线粒体缺陷和细胞功能障碍。然而，完整的、未被代谢的果糖分子是否具有独立于代谢过程的直接生物学功能，此前从未被阐明。足细胞作为终末分化的肾小球上皮细胞，依赖大量线粒体维持高ATP供应以支撑足突结构，对线粒体损伤极为敏感。TOM复合体（线粒体外膜转位酶）是核编码线粒体蛋白进入线粒体的通用入口，超过99%的线粒体蛋白依赖TOM复合体完成转运。TOM22位于TOM-TIM23交接界面，是前体蛋白识别、分选和超复合体稳定的核心调控亚基。

南京钟鼎生物为本研究提供了经严格验证的内参抗体，有效保障了Western blot数据的标准化与可信度，为关键蛋白丰度变化的精准解析提供了不可或缺的技术支撑。

主要结果Part.02

1. 果糖直接结合TOM22，且不依赖其代谢途径

研究者设计合成了含双吖丙啶UV交联基团和炔基报告基团的P-fructose探针，验证其可模拟天然果糖的致病效应（降低线粒体膜电位、增加ROS、抑制线粒体呼吸、下调podocin）。通过化合物中心化学蛋白质组学，在足细胞中鉴定出72个潜在果糖结合蛋白，TOM22为最显著富集的靶蛋白。MST测定显示果糖与TOM22的KD为30.91 μM，与TOM复合体的KD为28.08 μM，而葡萄糖和核糖均不结合。值得注意的是，足细胞中果糖转运体和代谢酶表达极低，KHK竞争实验显示KHK可将果糖与TOM22的结合KD从30.91 μM提升至5 mM，F-1-P与TOM22的KD为226.76 μM（约为果糖的6倍），表明果糖本身而非其代谢产物是TOM22的主要结合配体。免疫荧光显示P-fructose与TOM22在足细胞中强共定位，高剂量天然果糖竞争后共定位信号急剧减弱。

2. 果糖结合诱导TOM复合体构象重塑

通过高分辨率质谱，研究者鉴定出P-fructose修饰的TOM22肽段为LQME(P-Fruc)QQQQLQOR，修饰位点预测为E109。进一步通过单颗粒冷冻电镜解析了TOM复合体在apo状态（2.89 Å）和果糖结合状态（2.93 Å）的高分辨率结构。结构显示，果糖以开链形式结合于TOM复合体IMS侧中心，与TOM22、TOM40及磷脂分子形成高度整合的结合网络。TOM22-K105位于结合口袋边缘，作为果糖进出的“门控”残基。果糖结合破坏了TOM22-E102与TOM40-K330之间高度保守的相互作用，并诱导TOM40片段L307-L312和L328-L337的细微构象变化。有趣的是，果糖仅占据两个对称结合位点中的一个，另一侧被磷脂分子头基阻塞，避免了同时破坏两个关键位点对TOM复合体功能的灾难性影响。

3. 果糖-TOM22结合抑制线粒体核糖体亚基输入

DIA定量蛋白质组学显示，果糖处理足细胞后，线粒体蛋白中线粒体核糖体亚基（MRPS10、MRPS23、MRPL22、MRPL37、MRPL41、MRPL43等）和线粒体翻译起始相关蛋白进行性下降，而TOM复合体组分（TOM22、TOM20、TOM40、TOM70）蛋白水平不变。线粒体DNA编码蛋白（ND1-5、MTCYB、MTCO2-3、ATP6）也显著降低，线粒体嵴消失、膜结构破坏。TOM22 K105A突变完全丧失果糖结合能力，并有效阻止果糖诱导的线粒体核糖体亚基下调、线粒体翻译抑制和MRPL37输入障碍。

在功能层面，K105A突变逆转了果糖诱导的线粒体ROS升高、膜电位下降、OCR降低、mtDNA拷贝数减少和线粒体碎片化。

4. K105A突变体内挽救果糖肾病

研究者构建了肾小球特异性Tom22 K105A敲入小鼠，给予高果糖饮食12周。K105A突变显著减轻了肾小球系膜基质扩张、足突融合和足突宽度增加，逆转了尿白蛋白升高、尿白蛋白/肌酐比值升高、血清BUN和肌酐升高。在分子水平，K105A突变几乎完全挽救了高果糖饮食诱导的线粒体核糖体亚基下降、线粒体编码蛋白减少、氧化磷酸化损伤和线粒体形态异常。果糖-TOM22轴的致病机制在体内得到充分验证。

研究总结与展望Part.03

相关服务