Nature子刊：重慶醫(yī)科大學(xué)聯(lián)合中山大學(xué)破解腎移植DGF難題

腎移植是終末期腎病患者改善生活質(zhì)量、延長生存期的較優(yōu)選擇，然而，移植腎的缺血再灌注損傷（IRI）在器官的獲取、儲(chǔ)存和移植過程中是不可避免的，是造成移植腎功能延遲(DGF)和移植失敗的重要原因。鐵死亡加重腎臟缺血再灌注損傷，并驅(qū)動(dòng)延遲移植物功能，但其中涉及的代謝-表觀遺傳調(diào)控機(jī)制尚未明確。

近期，重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院李心遠(yuǎn)、何衛(wèi)陽、李杰團(tuán)隊(duì)聯(lián)合中山大學(xué)孫逸仙紀(jì)念醫(yī)院林天歆、鐘文龍團(tuán)隊(duì)在Nature Communications（IF 15.7）上發(fā)表了題為“Nucleophosmin 1 lactylation in graft kidney induces ferroptotic trigger waves that exacerbate delayed graft function”的文章，研究揭示了一條驅(qū)動(dòng)鐵死亡傳播的代謝-表觀遺傳軸，并提出NPM1乳酸化可作為治療DGF的治療靶點(diǎn)。

· 維真助力 - AAV·

基因信息：Aars：丙氨酰-tRNA合成酶1

Slc16a3：溶質(zhì)載體家族16成員3

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：6周齡雄性C57BL/6小鼠

病毒產(chǎn)品：AAV9-KSP1.3-shAars1、 AAV9-KSP1.3-shSlc16a3

注射方式：尾靜脈注射

病毒用量：2.8×10^11vg/mouse

研究結(jié)果

1、IR-RC分泌的乳酸通過抑制正常RC群的cystine/cysteine/GSH代謝促進(jìn)鐵死亡傳播

作者對(duì)原位腎臟IRI小鼠模型的受損腎臟進(jìn)行了代謝組學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)糖酵解終末代謝物乳酸在再灌注過程中呈時(shí)間依賴性增加。通過分析臨床腎移植受者的尿乳酸濃度，在術(shù)后第2天和第7天，發(fā)生腎移植受者的尿乳酸濃度顯著高于未發(fā)生腎移植的受者。以上證實(shí)了乳酸是腎臟IRI和DGF的關(guān)鍵介質(zhì)。鐵死亡會(huì)加重腎臟的IRI和DGF，在IRI患者的腎臟中，伴隨著糖酵解和乳酸合成的上調(diào)，鐵死亡也增加。草酸鈉抑制糖酵解顯著減少了IRI腎臟的鐵死亡，并恢復(fù)了下降的腎功能，而乳酸治療則進(jìn)一步導(dǎo)致鐵死亡和腎功能惡化。通過鐵死亡抑制劑抑制鐵死亡，可中和乳酸誘導(dǎo)的腎損傷。缺血再灌注損傷的腎小管上皮細(xì)胞（IR-RC）通過糖酵解產(chǎn)生大量乳酸，在相鄰的正常RC群體中觸發(fā)鐵死亡。抑制乳酸生成和MCT4/MCT1介導(dǎo)的乳酸穿梭有效地阻斷了鐵死亡的增殖，改善了腎臟IRI。機(jī)制研究發(fā)現(xiàn)，乳酸穿梭觸發(fā)的鐵死亡是由于抑制了正常HK-2細(xì)胞的cystine/cysteine/GSH代謝所致。

圖1. 乳酸穿梭抑制cystine/cysteine/GSH代謝并誘導(dǎo)鐵死亡傳播

2、乳酸誘導(dǎo)的NPM1賴氨酸257位乳酸化通過抑制SLC7A11的表達(dá)誘導(dǎo)正常RC鐵死亡

腎移植過程中的轉(zhuǎn)錄組學(xué)測序分析發(fā)現(xiàn)lncRNA IGIP-5在IRI腎臟中以時(shí)間依賴的方式上調(diào)，實(shí)驗(yàn)表明lncRNA IGIP-5通過競爭相互作用抑制miR-670-3p，從而促進(jìn)乳酸脫氫酶A（LDHA）的表達(dá)。在IRI的腎臟中，整體乳酸化水平呈時(shí)間依賴性增加，這與乳酸上調(diào)的趨勢一致。IR-RC條件培養(yǎng)液（IR-CM）顯著增強(qiáng)了正常HK-2細(xì)胞中的整體乳酸化，進(jìn)一步乳酸化組學(xué)分析鑒定NPM1是一種強(qiáng)乳酸化蛋白，連接cystine/cysteine/GSH代謝和轉(zhuǎn)錄調(diào)控。賴氨酸257(K257)上的突變導(dǎo)致NPM1乳酸化的急劇抑制，提示K257是NPM1上的一個(gè)關(guān)鍵乳酸化位點(diǎn)。為闡明NPM1-K257乳酸化的轉(zhuǎn)錄調(diào)控功能，作者構(gòu)建了NPM1敲除的HK-2細(xì)胞，隨后用野生型NPM1或K257R突變體進(jìn)行重建。RNA測序分析差異表達(dá)基因在鐵死亡和代謝通路中富集。在鐵死亡相關(guān)的差異表達(dá)基因中，SLC7A11在重建了野生型NPM1的敲除細(xì)胞中表現(xiàn)出顯著的下調(diào)。NPM1可結(jié)合SLC7A11啟動(dòng)子，且該結(jié)合被乳酸鈉增強(qiáng)，這種結(jié)合被乳酸化缺陷的K257R突變顯著降低。以上發(fā)現(xiàn)表明乳酸通過誘導(dǎo)NPM1的乳酸化和抑制SLC7A11的表達(dá)來觸發(fā)鐵死亡的傳播。進(jìn)一步研究表明，乳酸轉(zhuǎn)移酶AARS1可以與NPM1相互作用并促進(jìn)NPM1的乳酸化，下調(diào)AARS1主要可通過抑制NPM1乳酸化來阻斷正常RC中的鐵死亡傳播。

圖2. 乳酸誘導(dǎo)的NPM1賴氨酸257位乳酸化通過抑制SLC7A11表達(dá)誘導(dǎo)正常RC鐵死亡

3、抑制RC中乳酸轉(zhuǎn)移誘導(dǎo)的NPM1乳酸化可阻斷鐵死亡并改善移植腎功能

作者進(jìn)一步研究了條件性敲除AARS1和SLC16A3（MCT4的編碼基因）是否可以改善移植腎模型小鼠腎臟的IRI和DGF。通過草氨酸鈉處理和SLC16A3-CKO來抑制乳酸生成與轉(zhuǎn)移，對(duì)移植腎的形態(tài)和功能損傷均顯示出保護(hù)作用。利用AAV9-KSP1.3-shRNA在RC中敲低AARS1同樣能減輕IRI并改善腎功能，重要的是，草酸鈉和AAV9-KSP1.3-shRNA對(duì)鐵死亡的調(diào)節(jié)作用與移植腎組織的形態(tài)和功能變化基本一致。以上數(shù)據(jù)表明乳酸代謝受損以及減少腎小管上皮細(xì)胞中AARS1介導(dǎo)的乳酸化，能顯著抑制移植腎中的鐵死亡傳播和IRI。進(jìn)一步體內(nèi)研究也證實(shí)了抑制乳酸來源的NPM1乳酸化可阻斷移植腎組織中的鐵死亡傳播并改善移植腎功能。通過分子對(duì)接和人工智能輔助藥物篩選，發(fā)現(xiàn)�；蛆Z去氧膽酸（TCDCA）可特異性結(jié)合NPM1，通過抑制NPM1 K257乳酸化和阻斷鐵死亡傳播來減輕腎臟IRI并改善腎功能，為進(jìn)一步的臨床前和臨床驗(yàn)證提供了一個(gè)潛在策略。

圖3. 乳酸穿梭在腎組織微環(huán)境中觸發(fā)鐵死亡，并通過誘導(dǎo)NPM1乳酸化而加重移植腎IRI

結(jié)論

本研究揭示了乳酸穿梭是調(diào)節(jié)移植腎IRI過程中鐵死亡傳播的關(guān)鍵因素。術(shù)后早期尿乳酸升高是反映IRI嚴(yán)重程度和DGF風(fēng)險(xiǎn)的無創(chuàng)性指標(biāo)。機(jī)制上，AARS1介導(dǎo)的NPM1乳酸化是乳酸穿梭介導(dǎo)鐵死亡傳播的關(guān)鍵表觀遺傳事件，TCDCA靶向NPM1乳酸化可改善移植腎功能。這些發(fā)現(xiàn)擴(kuò)大了對(duì)腎臟IRI中鐵死亡的理解，并提出了一種早期預(yù)測模型和治療策略。