Resumen del estudio (inglés)
BACKGROUND: Trimethylamine N-oxide (TMAO), a key metabolite derived from gut microbiota dysbiosis, is known to influence various diabetic vascular complications. However, its specific role and the programmed cell death mechanisms underlying the development of diabetes-mediated erectile dysfunction (DMED) remain to be fully elucidated. OBJECTIVE: To investigate the mechanism by which TMAO mediates corpus cavernosum smooth muscle cell (CCSMC) dysfunction and promotes DMED in type 1 diabetic rats, with a focus on the involvement of the PI3K/Akt-regulated PANoptotic-like process. METHODS: A type 1 diabetes-mediated erectile dysfunction (T1DMED) rat model was established. Fecal samples were collected for gut microbiota analysis, and serum TMAO levels were measured. Primary CCSMCs were isolated, and cell purity was confirmed via immunofluorescence and flow cytometry. An in vitro TMAO-induced CCSMC injury model was constructed, followed by transcriptome sequencing to identify differentially expressed genes (DEGs) and enriched KEGG signaling pathways. Western blotting and immunohistochemistry (IHC) were performed to detect markers of a PANoptotic-like process (encompassing pyroptosis, apoptosis, and necroptosis) and pathway proteins in penile tissues. Human single-cell RNA sequencing (scRNA-seq) data from penile cavernous tissues were analyzed to compare the PI3K/Akt axis and the PANoptotic-like process-related genes in CCSMCs between DMED patients and healthy controls. TMAO-injured CCSMCs were treated with the ROS scavenger N-acetylcysteine (NAC) and the PI3K/Akt inhibitor LY294002. Flow cytometry and Western blotting were used to quantify markers of this death program and pathway activity. RESULTS: T1DMED rats exhibited reduced gut microbiota diversity, with Dorea as the dominant genus. Serum TMAO levels were significantly elevated in the ED group compared with the normal and diabetic non-ED groups. Parabacteroides was positively correlated with TMAO levels, whereas Oscillospira showed a negative correlation. Transcriptome sequencing of TMAO-treated CCSMCs revealed significant enrichment of the PI3K/Akt signaling pathway. IHC and Western blotting confirmed the marked activation of the PANoptotic-like process in penile tissues of T1DMED rats. Analysis of human scRNA-seq data revealed significant upregulation of PI3K/Akt signaling and genes associated with the PANoptotic-like program (e.g., CASP1, CASP3, CASP8, and MLKL) in CCSMCs from DMED patients. Flow cytometry demonstrated increased Caspase-1 and Caspase-3 positivity in TMAO-treated CCSMCs. NAC significantly reduced both readouts, whereas LY294002 significantly reduced Caspase-3 positivity but not Caspase-1 positivity. Western blotting confirmed that PI3K and PANoptotic-like markers were upregulated in TMAO-treated CCSMCs, while α-SMA and eNOS were downregulated. NAC treatment attenuated the TMAO-induced oxidative stress cascade, leading to a reduction in these death markers and restoration of α-SMA/eNOS expression. Similarly, LY294002 attenuated several TMAO-induced molecular changes associated with the PANoptotic-like process and partially restored the expression of CCSMC-associated functional markers. CONCLUSION: Gut microbiota dysbiosis in T1DMED rats was associated with elevated serum TMAO, and TMAO triggered a PANoptotic-like process in CCSMCs via PI3K/Akt activation, thereby contributing to the progression of DMED. © 2026 American Society of Andrology and European Academy of Andrology. DOI: 10.1111/andr.70385
Traducción al español (IA · NME)
Antecedentes: La trimetilamina N-óxido (TMAO), un metabolito clave derivado de la disbiosis de la microbiota intestinal, se conoce por influir en diversas complicaciones vasculares diabéticas. Sin embargo, su papel específico y los mecanismos de muerte celular programada subyacentes al desarrollo de la disfunción eréctil mediada por diabetes (DMED) aún no se han elucidado completamente. Objetivo: Investigar el mecanismo por el cual el TMAO mediatiza la disfunción de las células musculares lisas del cuerpo cavernoso (CCSMC) y promueve la DMED en ratas diabéticas tipo 1, con un enfoque en la implicación del proceso similar a la PANoptosis regulado por PI3K/Akt.
Métodos: Se estableció un modelo de rata con disfunción eréctil mediada por diabetes tipo 1 (T1DMED). Se recogieron muestras fecales para el análisis de la microbiota intestinal y se midieron los niveles séricos de TMAO. Se aislaron CCSMCs primarias y se confirmó la pureza celular mediante inmunofluorescencia y citometría de flujo. Se construyó un modelo in vitro de lesión inducida por TMAO en CCSMC, seguido de secuenciación del transcriptoma para identificar genes diferencialmente expresados (DEGs) y vías de señalización KEGG enriquecidas. Se realizaron Western blotting e inmunohistoquímica (IHC) para detectar marcadores de un proceso similar a la PANoptosis (que abarca piroptosis, apoptosis y necroptosis) y proteínas de la vía en tejidos penianos. Se analizaron datos de secuenciación de ARN de célula única humana (scRNA-seq) de tejidos cavernosos penianos para comparar el eje PI3K/Akt y los genes relacionados con el proceso similar a la PANoptosis en CCSMCs entre pacientes con DMED y controles sanos. Las CCSMCs lesionadas por TMAO fueron tratadas con el eliminador de ROS N-acetilcisteína (NAC) y el inhibidor de PI3K/Akt LY294002. Se utilizaron citometría de flujo y Western blotting para cuantificar los marcadores de este programa de muerte y la actividad de la vía.
Resultados: Las ratas T1DMED mostraron una reducción en la diversidad de la microbiota intestinal, con Dorea como el género dominante. Los niveles séricos de TMAO fueron significativamente elevados en el grupo con disfunción eréctil en comparación con los grupos normales y diabéticos sin disfunción eréctil. Parabacteroides se correlacionó positivamente con los niveles de TMAO, mientras que Oscillospira mostró una correlación negativa. La secuenciación del transcriptoma de CCSMCs tratadas con TMAO reveló un enriquecimiento significativo de la vía de señalización PI3K/Akt. La IHC y el Western blotting confirmaron la marcada activación del proceso similar a la PANoptosis en los tejidos penianos de las ratas T1DMED. El análisis de datos humanos de scRNA-seq reveló una regulación al alza significativa de la señalización PI3K/Akt y de los genes asociados con el programa similar a la PANoptosis (por ejemplo, CASP1, CASP3, CASP8 y MLKL) en CCSMCs de pacientes con DMED. La citometría de flujo demostró un aumento de la positividad de Caspasa-1 y Caspasa-3 en CCSMCs tratadas con TMAO. NAC redujo significativamente ambas lecturas, mientras que LY294002 redujo significativamente la positividad de Caspasa-3 pero no la de Caspasa-1. El Western blotting confirmó que los marcadores de PI3K y del proceso similar a la PANoptosis estaban regulados al alza en CCSMCs tratadas con TMAO, mientras que α-SMA y eNOS estaban regulados a la baja. El tratamiento con NAC atenuó la cascada de estrés oxidativo inducida por TMAO, llevando a una reducción de estos marcadores de muerte y a la restauración de la expresión de α-SMA/eNOS. De manera similar, LY294002 atenuó varios cambios moleculares inducidos por TMAO asociados con el proceso similar a la PANoptosis y restauró parcialmente la expresión de los marcadores funcionales asociados a CCSMC.
Conclusiones: La disbiosis de la microbiota intestinal en ratas T1DMED se asoció con niveles séricos elevados de TMAO, y el TMAO desencadenó un proceso similar a la PANoptosis en CCSMCs a través de la activación de PI3K/Akt, contribuyendo así a la progresión de la DMED. © 2026 American Society of Andrology and European Academy of Andrology. DOI: 10.1111/andr.70385
Traducción automática para apoyo de lectura. Para uso clínico recomendamos consultar el texto original publicado.
Detalles bibliográficos
- Autores: Huang ZS, Chen Y, Du ZJ, Li H, Feng JX, Tang BW
- Publicado en: Andrology
- PMID: 42768800
- DOI: 10.1111/andr.70385
