Il11-EGFP小鼠助力探究慢性肾病治疗靶点促进肾脏再生

据统计，在60岁以上的成年人中，每4个人就有1人患有慢性肾脏病（CKD），它的特点是肾脏功能丧失和纤维化。急性肾损伤通常是可逆的，因为肾小管上皮细胞（TEC）拥有强大的再生能力，不过当肾脏过度损伤时，TEC也无能为力，纤维化和炎症随之而来，导致肾脏功能持续受损。

如何促进肾脏再生，这自然成为一个研究热点。近日，杜克-新加坡国立大学医学院等机构的研究人员发现TEC中的IL11信号通路是肾脏再生停滞的一个关键病理因素，并表明IL11是一个潜在的治疗靶点，有望恢复肾脏的内源性再生。这项研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
 

图片来源：《Nature Communications》

研究材料与方法
在这项研究中，研究人员在叶酸诱导的急性肾损伤小鼠模型上开展了一系列分析，并在单侧输尿管梗阻（UUO）小鼠模型上验证了结果。研究者还使用了Il11-EGFP小鼠（赛业生物提供）以及TEC特异性的Il11ra1敲除小鼠。研究者通过western blot分析TEC和肾脏组织内多个蛋白的表达水平，还通过羟脯氨酸分析（HPA）检测了胶原蛋白含量，以此来评估肾脏纤维化水平。

技术路线
01 肾小管上皮细胞在受损后产生IL11，并在IL11诱导下发生间质转化
02 ll11^−/−小鼠可免受急性肾损伤的影响，而IL11中和抗体可预防或治疗急性肾损伤
03 IL11通过ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信号轴，刺激肾小管上皮细胞的间质转化
04 在人类慢性肾脏病模型中，IL11中和抗体逆转了肾脏病变，并促进了肾小管上皮细胞增殖

研究结果
1.IL11诱导了肾小管上皮细胞的间质转化
在肾脏纤维化进程中，TEC经历部分上皮间质转化（pEMT），失去了上皮细胞的表型，又不具备完全的间质细胞表型。当肾脏受伤时，TEC是增殖还是转化，这决定了肾脏是再生还是结疤。研究人员不久前发现，白细胞介素11（IL11）是成纤维细胞的促纤维化因子，而且IL11还促进了小鼠急性肾损伤模型中的肾脏纤维化。因此，研究者假设IL11能激活EMT所需的ERK信号通路，是造成肾脏疾病的病理因素。

为了探索受损肾脏中的IL11来源，研究人员使用了赛业生物提供的转基因小鼠，在Il11基因座中敲入EGFP基因。在急性肾损伤后，IL11首先在上皮中被检测到，之后主要在间质中表达。在使用pEMT诱导剂TGFβ刺激TEC后，研究者发现这强烈诱导了IL11的分泌，表明在经历pEMT的TEC中，IL11的活性存在一个自分泌环。当IL11刺激TEC时，STAT3激活，SNAI1增加，上皮细胞标志物E-Cadherin减少，表明IL11诱导了TEC的间质转化。

之后，研究人员对受到IL11刺激的TEC进行RNA测序。主成分分析（PCA）显示了整个时间进程中的基因表达变化。一系列基因标志物有明显增加，包括TGFβ信号、IL6/JAK/STAT3信号、mTORC1信号、炎症和IFNγ反应等，表明IL11诱导了TEC的促炎和间质基因表达。

2.IL11中和抗体可预防和治疗急性肾损伤
接下来，研究人员使用了Il11敲除小鼠（KO）和野生型对照小鼠（WT），通过腹膜内注射叶酸来诱导急性肾损伤。结果表明，WT小鼠肾脏中的Il11 mRNA和IL11蛋白水平增加，但在KO小鼠中没有检测到。在叶酸诱导后28天，与KO小鼠相比，WT小鼠的肾脏明显更小，重量更轻，胶原蛋白含量更高，纤维化程度更高（图1）。在WT小鼠的肾脏中，间充质细胞标志物αSMA和纤连蛋白（FN1）上调，而KO小鼠中没有。这些数据表明，ll11敲除小鼠可免受急性肾损伤的影响。
 

Il11敲除小鼠免受急性肾损伤的影响^[1]

为了确定IL11中和抗体（X203）是否会在严重肾损伤后保护肾脏结构和功能，研究人员在小鼠身上开展试验，在注射叶酸前一天使用X203。通过生化分析和组织学分析，研究者发现这种预防性的X203治疗方案使得小鼠肾脏胶原蛋白减少，而且血尿素氮（BUN）和血清肌酐水平下降，反映了肾脏功能的改善（图2）。同时，X203还能够降低炎症、纤维化和肾小管损伤标志物。另一种市售的抗体MAB218也能发挥类似作用，但不如X203有效。此外，即使在肾脏损伤后三天施用X203，这种抗体也能治疗急性肾损伤。

TGFβ对TEC的间质转化、肾脏纤维化和肾衰竭也很重要，因此研究人员想比较X203和TGFβ抗体（克隆号1D11）在急性肾损伤模型中的作用。研究者发现，X203和1D11治疗均能够减少肾脏纤维化，但X203减少纤维化的幅度更大（图2）。此外，1D11治疗虽然能够减少肾脏纤维化，但会加剧炎症和肾小管损伤。相比之下，X203不存在这些副作用。
 

X203、MAB218和TGFβ抗体在急性肾损伤后的疗效比较^[1]

此后，研究人员还用单侧输尿管梗阻（UUO）模型开展了一组单独的实验，这个模型与叶酸诱导的急性肾损伤模型完全不同。研究者发现，IL11在损伤后的TEC中同样上调，并在上皮间质转化和肾脏纤维化中发挥核心作用。同样地，IL11中和抗体X203可以逆转肾脏纤维化，并降低炎症和肾小管损伤。

3.IL11中和抗体可逆转慢性肾脏病
为了探讨IL11在TEC中的作用机制，研究人员接下来在人类原代肾脏TEC上开展了一系列实验。在信号水平上，研究者发现TGFβ1和IL11均增加了pERK、pp90RSK、pGSK3β、SNAI1、ZEB和αSMA的表达，并下调了E-Cadherin、Cyclin D1和PCNA。同时，对pEMT和肾脏疾病很重要的多个因子都能够诱导TEC分泌IL11，并上调Collagen 1、SNAI1和αSMA。这些数据表明，IL11通过ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信号轴，刺激人类肾脏TEC的间质转化，从而促进肾脏纤维化。

研究人员猜想，抑制TEC中的IL11信号传导应该能防止肾脏损伤，于是研究者构建了特异性敲除TEC中Il11ra1的小鼠（CKO），并将这些小鼠用于叶酸诱导的急性肾损伤模型。与对照组相比，CKO小鼠的致病信号减少，间质和上皮标志物的变化减弱，并能够避免损伤诱导的炎症、肾脏纤维化和肾衰竭（图3）。
 

肾小管上皮细胞中Il11ra1的敲除避免了急性肾损伤^[1]

最后，研究人员在人类慢性肾脏病模型中测试了IL11抗体疗法。研究者发现，X203促进了TEC的增殖和肾脏实质的再生，逆转了肾脏纤维化和pEMT表型，恢复了肾脏的重量和功能。

研究结论
总的来说，以上数据表明，IL11诱导的肾小管上皮的间质转化是一种重要的肾脏病理因素。IL11抗体可预防、治疗和逆转急性肾损伤和慢性肾脏病小鼠模型中的肾脏功能障碍。这表明IL11是一个潜在的治疗靶点，有望促进病变肾脏中的内源性修复。

原文检索：
[1]Widjaja, A.A., Viswanathan, S., Shekeran, S.G. et al. Targeting endogenous kidney regeneration using anti-IL11 therapy in acute and chronic models of kidney disease. Nat Commun 13, 7497 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35306-1