Role and mechanism of SIRT3 in oxidative stress and mitochondrial biogenesis in alveolar type II cells
- Journal of Army Medical University Vol. 47, Issue 24, Pages: 3033-3044(2025)
- 作者机构：
1.陆军军医大学（第三军医大学）第一附属医院（西南医院）老年医学与特勤医学科，重庆
2.陆军军医大学大坪医院野战外科研究部，重庆
3.重庆医科大学干细胞与组织工程研究室，重庆
4.安徽医科大学解剖人体解剖学教研室，安徽合肥
- 作者简介：
XIONG Wei，E-mail：xiongwei@tmmu.edu.cn
- 基金信息：the National Natural Science Foundation of China(82272282;81571912)
DOI：10.16016/j.2097-0927.202508076
CLC： R322.35;R329.25;R394.3Received：25 August 2025，
Revised：2025-12-04，
Published：30 December 2025
- 稿件说明：
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周俊，刘耀君，刘婧，等.SIRT3在肺泡Ⅱ型上皮细胞氧化应激及线粒体生物合成中的作用及机制研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（24）：3033-3044.DOI：10.16016/j.2097-0927.202508076.
ZHOU J，LIU Y J，LIU J，et al.Role and mechanism of SIRT3 in oxidative stress and mitochondrial biogenesis in alveolar type II cells［J］.J Army Med Univ，2025，47（24）：3033-3044.DOI：10.16016/j.2097-0927.202508076.
周俊，刘耀君，刘婧，等.SIRT3在肺泡Ⅱ型上皮细胞氧化应激及线粒体生物合成中的作用及机制研究［J］.陆军军医大学学报，2025，47（24）：3033-3044.DOI：10.16016/j.2097-0927.202508076. DOI：
ZHOU J，LIU Y J，LIU J，et al.Role and mechanism of SIRT3 in oxidative stress and mitochondrial biogenesis in alveolar type II cells［J］.J Army Med Univ，2025，47（24）：3033-3044.DOI：10.16016/j.2097-0927.202508076. DOI：
摘要
目的
2
探讨沉默信息调节因子3（silent information regulator 3，SIRT3）在氧化应激条件下对小鼠肺泡Ⅱ型上皮细胞株MLE-12线粒体生物合成的调控作用及分子机制。
方法
2
应用H
2
O
2
建立细胞氧化应激模型。采用siRNA特异性敲低MLE-12细胞
Sirt3
基因，实验分为6组，每组样本量为3：对照组（NC组）、siRNA阴性对照组（NCsiRNA组）、
Sirt3
敲低组（siSIRT3组）、H
2
O
2
损伤组（NC+H
2
O
2
组）、阴性对照加H₂O₂损伤组（NCsiRNA+H
2
O
2
组）及
Sirt3
敲低加H
2
O
2
损伤组（siSIRT3+H
2
O
2
组）。采用白藜芦醇（resveratrol）刺激MLE-12细胞增加SIRT3蛋白表达，实验分为10组，每组样本量为3：对照组（NC组）、siRNA阴性对照组（NCsiRNA组）、DMSO对照组（DMSO组）、
Sirt3
敲低组（siSIRT3组）、白藜芦醇组（RSV组）、H
2
O
2
损伤组（NC+H
2
O
2
组）、siRNA阴性对照加H₂O₂损伤组（NCsiRNA+H
2
O
2
组）、DMSO对照加H
2
O
2
损伤组（DMSO+H
2
O
2
组）、
Sirt3
敲低加H
2
O
2
损伤组（siSIRT3+H
2
O
2
组）、白藜芦醇组加H
2
O
2
损伤组（RSV+H
2
O
2
组）。应用MitoSOX Red荧光探针检测线粒体超氧阴离子（O
2
•⁻）水平，荧光素酶法测定细胞ATP含量，通过Western blot检测SIRT3、PGC-1α、A
MPKα1、TFAM、Nrf1、SOD2及乙酰化SOD2的表达；
结果
2
500 μmol/L浓度H
2
O
2
能明显降低MLE-12细胞SIRT3蛋白表达水平（
P
<
0.0001）；与NC组相比，基础状态下敲低
Sirt3
能导致细胞ATP水平下降（
P
<
0.01）与MitoSOX Red荧光强度增强（
P
<
0.05）。H
2
O
2
处理后，所有H
2
O
2
处理组ATP水平进一步下降且荧光强度进一步增强（
P
<
0.05），其中，siSIRT3+H
2
O
2
组相较于NCsiRNA+H
2
O
2
组ATP水平降低最明显（
P
<
0.01），荧光强度增强最明显（
P
<
0.0001）。Western blot结果显示：与NCsiRNA组相比，敲低
Sirt3
后，siSIRT3组AMPKα1、Nrf1、PGC-1α、SIRT3表达下降（
P
<
0.05），而SOD2、乙酰化SOD2 （Acetyl-SOD2）、TFAM表达水平则升高（
P
<
0.01），予以白藜芦醇刺激MLE-12细胞后SIRT3增高（
P
<
0.05）进一步导致PGC-1α表达增高（
P
<
0.05）；H
2
O
2
处理组AMPKα1、Nrf1、PGC-1α、SIRT3表达较相应对照组进一步下降（
P
<
0.05），NC+H
2
O
2
组、NCsiRNA+H
2
O
2
组SOD2、乙酰化SOD2 （Acetyl-SOD2）、TFAM水平较相应对照组升高（
P
<
0.05），与NCsiRNA+H
2
O
2
组相比siSIRT3+H
2
O
2
组AMPKα1、Nrf1、PGC-1α、TFAM、SOD2、Acetyl-SOD2、SIRT3的表达水平均显著降低（
P
<
0.05），而RSV+H
2
O
2
组的PGC-1α、SIRT3表达水平均显著高于NC+H
2
O
2
组和siSIRT3+H
2
O
2
组（
P
<
0.05）。
结论
2
SIRT3通过调控AMPKα1/PGC-1α/Nrf1/TFAM通路增强线粒体生物合成，改善肺泡Ⅱ型上皮细胞线粒体功能减轻肺损伤。调控SIRT3蛋白可能减轻肺Ⅱ型细胞氧化损伤，为治疗急性肺损伤（acute lung injury， ALI）提供新策略。
Abstract
Objective
2
To elucidate the regulatory role and molecular mechanism by which silent information regulator 3 (SIRT3) modulates mitochondrial biogenesis in murine alveolar type II epithelial (MLE-12) cells under oxidative stress.
Methods
2
Oxidative stress was induced in MLE-12 cells by exposure to H
2
O
2
. MLE-12 cells were transfected with siRNA specifically targeting
Sirt3
to achieve knockdown. Thus
the experiment included 6 groups (
n
=3): normal control group (NC)
scrambled negative control siRNA group (NCsiRNA group)
Sirt3
siRNA group (siSIRT3 group)
H
2
O
2
injury group (NC+H
2
O
2
group)
scrambled negative control siRNA+H
2
O
2
injury group (NCsiRNA+H
2
O
2
group)
and
Sirt3
siRNA+H
2
O
2
injury group (siSIRT3+H
2
O
2
group). Resveratrol was used to stimulate MLE-12 cells to increase SIRT3 protein expression. Another 10 experiment groups (
n
=3) were also included
that is
normal control group (NC)
scrambled negative control siRNA group (NCsiRNA group)
DMSO group (DMSO group)
Sirt3
siRNA group (siSIRT3 group)
resveratrol-treated group (RSV group)
H
2
O
2
injury group (NC+H
2
O
2
group)
scrambled negative control siRNA+H₂O₂ injury group (NCsiRNA+H
2
O
2
group)
DMSO+H₂O₂ injury group (DMSO+H₂O₂ group)
Sirt3
siRNA+H
2
O
2
injury group (siSIRT3+H
2
O
2
group)
and resveratrol-treated+H
2
O
2
injury group (RSV+H
2
O
2
group). Mitochondrial superoxide (O
2
•⁻) were detected using MitoSOX Red mitochondrial superoxide indicator
and ATP production was measured by using luciferase-based luminescence assay. The protein levels of SIRT3
AMPKα1
PGC-1α
TFAM
Nrf1
SOD2 and Acetyl-SOD2 were detected with Western blotting.
Results
2
Exposure to 500 μmol/L H₂O₂ significantly reduced SIRT3 protein level in MLE-12 cells (
P
<
0.000 1). Following H
2
O
2
treatment
all H
2
O
2
-treated groups exhibited a further reduction in ATP level and a more pronounced increase in fluorescence intensity (
P
<
0.000 1). Amon
g these
the siSIRT3+H
2
O
2
group demonstrated the most significant decrease in ATP level (
P
<
0.01) and the greatest enhancement in fluorescence intensity (
P
<
0.000 1) relative to the NCsiRNA+H₂O₂ group. Western blot analysis revealed that
Sirt3
knockdown resulted in reduced protein levels of AMPKα1
Nrf1
PGC-1α and SIRT3 (
P
<
0.05)
while the protein levels of SOD2
acetylated SOD2 (Acetyl-SOD2)
and TFAM were increased (
P
<
0.01) when compared to the NCsiRNA group. Resveratrol treatment increased the SIRT3 protein level in MLE-12 cells (
P
<
0.05)
subsequently leading to increased protein level of PGC-1α (
P
<
0.05). In H
2
O
2
treated groups
the protein expression levels of AMPKα1
Nrf1
PGC-1α and SIRT3 were reduced compared to their corresponding control groups (
P
<
0.05). The NC+H
2
O
2
and NCsiRNA+H
2
O
2
groups showed increased protein levels of SOD2
Acetyl-SOD2
and TFAM when compared to their corresponding control groups (
P
<
0.05). Compared to the NCsiRNA+H
2
O
2
group
the siSIRT3+H
2
O
2
group exhibited notably reduced protein levels of AMPKα1
Nrf1
PGC-1α
TFAM
SOD2
Acetyl-SOD2 and SIRT3 (
P
<
0.05). Conversely
the RSV+H
2
O
2
group demonstrated significantly higher PGC-1α and SIRT3 protein levels than both the NC+H
2
O
2
and siSIRT3+H
2
O
2
groups (
P
<
0.05).
Conclusion
2
SIRT3 enhances mitochondrial biogenesis
via
the AMPKα1/PGC-1α/Nrf1/TFAM signaling pathway
improves mitochondrial function of lung epithelial cells and alleviates lung injury. Regulation of SIRT3 protein may reduce oxidative damage of type II alveolar cells
suggesting a potential therapeutic target for acute lung in
jury.
关键词
Keywords
references
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