2021年急性肾损伤基础研究进展

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2021年急性肾损伤基础研究进展

1. miRNA与AKI

miRNA-17∼92 （编码miR-17、-18a、-19a、-20a、-19b-1和-92a-1）在以往多项研究中被证实可调节血管生成，但对AKI发病过程中肾脏内皮细胞的调节作用尚不明确。Chiba等利用内皮特异性miR-17∼92敲除小鼠制备IRI-AKI模型，使用血生化和组织学指标监测AKI的发展，并使用磁共振成像和激光多普勒成像监测肾血流，在IRI-AKI期间用miRNA模拟物治疗小鼠。研究发现相比对照组小鼠，miR-17∼92敲除小鼠肾脏损伤更重，表现为肾小管损伤，肾血流减少，微血管稀疏，严重的氧化应激，巨噬细胞浸润。miR-18a和miR-19b模拟物治疗后可减轻这些损伤。因此，内皮源性miR-17∼92可通过调节血管生成途径促进受损肾血管的修复，在IRI-AKI后的血管生成反应中起关键作用。

参考文献：

1) J Am Soc Nephrol. 2021 Mar;32(3):553-562.

2. FGF23与AKI

FGF23以往一直是CKD领域研究的热点，近年在AKI领域的研究也越来越多。AKI发生后血浆FGF23水平明显升高。临床研究指出FGF23水平可以在疾病早期预测严重AKI的发生。循环FGF23水平增加与肾脏替代治疗需求率和死亡率等不良结局独立相关。

叶酸诱导的AKI（FA-AKI）小鼠模型中，小鼠多器官中FGF23 mRNA表达水平升高，非骨组织表达更多，因此循环FGF23水平升高并不能单纯用骨生成来源解释。Radhakrishnan等人发现FA-AKI小鼠全身IL-6水平上调，诱导肝细胞中孤儿核受体ERR-γ的表达，肝细胞特异性ERR-γ基因缺失或使用ERR-γ抑制剂可显著降低FA-AKI小鼠肝脏FGF23表达和血浆FGF23水平。AKI的病理状态下，血浆炎症因子IL-6水平升高，进而增加肝脏ERR-γ和FGF23基因表达，从而导致血浆FGF23水平升高。这种循环高FGF23水平会导致肾损伤进展和AKI死亡率增加。因此，ERR-γ抑制剂的小分子治疗可以通过降低AKI患者血浆FGF23水平来改善肾脏预后，或许能为AKI治疗提供新的思路。

在缺血及肾毒性AKI模型中，内皮细胞损伤是AKI发病机制的核心。Chang等人研究发现，利用重组小鼠FGF23蛋白腹腔注射预处理IRI-AKI小鼠，30分钟后可检测到血清iFGF23水平升高，出人意料的是FGF23注射组小鼠的血清肌酐及尿素相比对照组是下降的，肾脏病理提示肾脏损伤评分也较对照组降低。此外，FGF23注射组小鼠小管细胞PCNA、E-cadherin表达增加，细胞凋亡减少，管周毛细血管稀疏减轻。进一步利用FGF23过表达质粒注射IRI-AKI小鼠同样证实了以上结果。由此体内实验表明，FGF23可促进肾小管细胞增殖、血管修复，改善微血管稀疏，从而在IRI-AKI中发挥保护性作用！体外实验发现，SDF-1处理EPC导致的促血管生成因子IL-6、IL-8、VEGF-A表达水平下调，在FGF23干预后得以恢复。FGF23通过与SDF-1/CXCR4信号通路相互作用，以非Klotho依赖的方式抑制SDF-1诱导的EPC衰老和迁移，但不抑制血管生成。该研究结果提出了FGF23在IRI-AKI模型中的肾脏保护作用，颠覆传统认知。

参考文献：

2) Cell Death and Disease. (2021) 12:409.

3. 铁死亡与AKI

近年来，铁死亡作为一种新型调节性细胞死亡形式被相继报道，其是一种铁依赖的脂质氢过氧化物累积所致的细胞死亡，受到包括谷胱甘肽和谷胱甘肽过氧化物酶 4 的脂质修复系统的严密调控。区别于凋亡、自噬等其他调控性细胞死亡，铁死亡的生物学特征为铁和 ROS 聚集。以往许多研究表明，在缺血再灌注、药物、横纹肌溶解所诱导的 AKI 中均存在铁死亡，有效抑制铁死亡的发生可以保护肾脏。铁死亡受细胞内多条信号途径调节，包括 GSH-GPX4途径、铁稳态调节途径和电压依赖性阴离子通道途径等。但目前仍有许多问题尚未解决，需进一步研究。

Tonnus等的研究证实铁死亡抑制蛋白1（Fsp1）缺失或硒蛋白谷胱甘肽过氧化物酶4（Gpx4cys/-）活性中心的靶向调控使肾小管对铁死亡更易感，形成了独特的管状坏死形态。鉴于AKI的治疗需求，团队合成了一种联合小分子抑制剂Nec-1f，并在原代肾小管细胞、心脏移植小鼠模型、IRI-AKI小鼠模型中均证实该抑制剂可同时靶向受体相互作用蛋白激酶1（RIPK1）和铁死亡，减轻肾小管损伤，提高两种小鼠模型的存活率。该研究为铁死亡参与AKI的发生发展提供了基因证据，同时也为AKI的治疗提供了新思路。

参考文献：

1) Nat Commun. 2021 Jul 20;12(1):4402.

4. 肠道微生物与AKI

肠道微生物失调与急慢性肾病之间的关系尚不清晰。国内Zhu等研究表明口服干酪乳杆菌（L.casei Zhang）可以纠正IRI-AKI小鼠肠道微生物失调，减轻肾脏损伤，延缓AKI-CKD的进展。口服L.casei Zhang通过改变短链脂肪酸SCFA代谢以及血清和肾脏的烟酰胺代谢，减轻肾脏炎症和肾小管上皮细胞损伤。且这种肾脏保护并不完全依赖于原始肠道菌群。

参考文献：

1) Cell Metab. 2021 Oct 5;33(10):1926-1942.e8.

5. 线粒体与AKI

线粒体功能障碍对AKI的发病机制和AKI后肾脏不完全修复起着至关重要的作用。首先，线粒体病理发生在可检测到的肾功能障碍之前，并持续存在于肾小管中，而在AKI后线粒体病理改变无法恢复。第二，肾损伤发生前的线粒体保护（例如，通过遗传或药理学方法抑制线粒体断裂）可防止AKI。第三，AKI后的线粒体保护减轻了向CKD的转变。例如，在啮齿类动物缺血性AKI模型中，抑制近端肾小管细胞中的线粒体碎片或用线粒体靶向抗氧化剂治疗可减轻肾纤维化。（如下表）

AKI和修复期间线粒体的生物调节。过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活物1α（PGC1α）是线粒体生物发生的主要调节因子。PGC1α激活转录因子的表达，这些转录因子对脂肪酸β-氧化、三羧酸（TCA）循环、氧化磷酸化（OXPHOS）、线粒体DNA（mtDNA）转录、复制和翻译以及线粒体蛋白质导入和组装的核基因进行反式激活。转录因子A，线粒体（TFAM）特异性调节线粒体基因组复制。核基因编码的蛋白质通过外膜转位酶（TOM）和内膜转位酶（TIM）转运到线粒体。急性肾损伤（AKI）和修复与肿瘤坏死因子（TNF）和肿瘤坏死因子配体超家族成员12（TNFSF12）的上调、丝裂原活化蛋白激酶1（MAPK1）和MAPK3的激活以及5-羟色胺受体1F（5-HT1F）的下调有关，抑制PGC1A转录。β2肾上腺素能受体（ADRB2）正调控PGC1A转录。sirtuin1（SIRT1）和AMP激活蛋白激酶（AMPK）分别通过去乙酰化和磷酸化激活PGC1α。PGC1α还调节抗氧化蛋白的表达，如超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶。

参考文献：

1) Nat Rev Nephrol. 2021 May;17(5):299-318.

6. 外泌体治疗AKI

核因子NF-κB信号通路与AKI的发病机制有关。AKI的发病机制，NF-κB通路的激活率和发病率仍然很高，是肾缺血再灌注后激活的中心事件，在2-3天后达到高峰。更重要的是，抑制肾小管上皮细胞中的NF-κB活性可以保护小鼠免受AKI。尽管AKI的NF-κB靶向治疗引起了极大的兴趣，但广泛抑制NF-κB可产生许多不良影响。目前，还没有批准的NF-κB特异性抑制剂。Kim等人使用一种新的光基因工程外泌体技术“探索”，在肾缺血再灌注前后将NF-κB的外泌体阻遏物输送到小鼠体内。结果显示这些外显子下调了肾细胞NF-κB信号传导，改善了急性肾损伤。

参考文献：

1）Kidney Int. 2021;100:570–584.

7. AKI病理生理与治疗靶点：

AKI的不同病因，包括肾缺血、暴露于肾毒素、脱水或脓毒症，与损伤的特征模式和基因表达变化有关，早期的形态改变是由能量需求和氧气供应之间的微妙平衡驱动的，这在肾脏的不同区域有很大差异。AKI通常与肾脏供氧缺陷有关，一些肾单位节段可能无法在低氧条件下转移到无氧代谢，或者可能具有极低的基础氧水平，这会增强其对损伤的脆弱性。在探索新的肾脏保护策略时，应考虑肾脏的生理异质性，如改善肾组织氧合、刺激缺氧信号通路和调节细胞能量代谢。

在小鼠肾脏近端小管中的活体共聚焦显微成像磷光寿命测量分析结果表明，尽管高血流量，肾皮质内氧分压 (PO2)的异质性使其容易缺氧。外髓质中的线粒体使得该区域的PO2水平在肾脏中最低。内髓质PO2高于外髓质，因此尿PO2可能是脓毒症相关AKI的早期标志物。

基于肾脏病理生理损伤途径的潜在肾脏保护靶点:

a细胞对肾脏低氧分压的适应涉及缺氧诱导因子（HIF）靶基因的激活。HIF1α的药理稳定性用于减轻动物模型中的缺血性肾损伤。

b缺血-再灌注损伤通过减少过氧化物酶体增殖物激活受体-γ（PPARγ）–PPARγ共激活物1α（PGC1α）、SIRT3的生理激活物（SIRT3）和喹啉酸磷酸核糖转移酶（QPRT）抑制线粒体生物发生。SIRT3调节活性氧（ROS）解毒酶和线粒体功能，而QPRT通过喹诺酯生成NAD。口服烟酰胺增加循环NAD代谢物可减少心脏手术患者的急性肾损伤。

c 氧化应激反应中的线粒体去极化和自噬涉及通过线粒体基质蛋白肽基脯氨酸异构酶F（PPIF）打开线粒体通透性转换（MPT）孔。这种开放导致ATP耗竭和ROS生成。干扰素基因（STING）途径的环GMP–AMP合酶（cGAS）刺激因子（激活先天免疫系统以应对线粒体DNA泄漏到胞浆中）的药理学抑制可减轻小鼠的肾损伤。

d 缺血-再灌注损伤通过上调醛糖还原酶和山梨醇脱氢酶刺激肾脏中的多元醇途径。对患者和小鼠的研究表明，抑制多元醇途径可能改善急性肾损伤时的肾脏排泄功能。

参考文献：

1) Nat Rev Nephrol. 2021 05 ;17(5): 335-349.

供稿 | 卞奥 倪娟

校审 | 毛慧娟

编辑 | 李畅 徐玮

江苏省人民医院（南京医科大学第一附属医院）肾内科返回搜狐，查看更多