Cell Metab?|?神經(jīng)酰胺通過影響近腎端小管線粒體ETC復合體與嵴組織導致急性腎損傷

撰文|李淡寧

急性腎損傷（AKI）是一種常見且嚴重的臨床事件，會增加患者發(fā)生慢性腎病（CKD）的風險，并提高發(fā)病率和死亡率。該疾病可由多種損傷因素誘發(fā)，包括藥物毒性、膿毒癥、休克、心力衰竭以及既往的腎臟疾病。越來越多的證據(jù)表明，近端小管（PT）上皮細胞（PTEC）中脂質代謝的紊亂，是多種 AKI 病因的共同病理特征之一。PT 脂質堆積以及與之密切相關的線粒體缺陷，是 AKI 的早期表現(xiàn)，甚至先于人類和臨床前模型中可見的腎組織病理變化和功能損傷。然而，關于脂質利用失衡如何導致腎臟病變，其分子基礎仍知之甚少。

神經(jīng)酰胺作為復雜鞘脂的主要骨架，是能夠感知營養(yǎng)過剩并破壞細胞代謝和存活的生物活性脂質。它們在肝臟、脂肪組織和血管中的積累會促進胰島素抵抗、高血壓和動脈粥樣硬化。神經(jīng)酰胺是所謂“脂毒性”的關鍵驅動因素之一；該術語由 Unger 首次提出，用于描述因脂質過載而引發(fā)的細胞功能障礙，這種機制驅動著心血管代謝類疾病，并被發(fā)現(xiàn)在 AKI 的病理背景中同樣存在。盡管如此，神經(jīng)酰胺與腎臟及其他多種組織中細胞功能障礙之間的確切關聯(lián)機制尚未明確。用于降低神經(jīng)酰胺、從而預防脂毒性組織損傷的治療策略仍然難以實現(xiàn)。

近日，美國猶他大學醫(yī)學院營養(yǎng)與整合生理學系Scott A. Summers團隊在Cell Metabolism雜志上發(fā)表了題為Therapeutic remodeling of the ceramide backbone prevents kidney injury的文章，報道了人類和小鼠的 AKI 中，PT 內會誘導生成具有脂毒性的神經(jīng)酰胺。神經(jīng)酰胺可在較短時間內改變線粒體接觸位點與嵴組織系統(tǒng)（MICOS）以及呼吸超復合體的組裝，從而急性破壞線粒體嵴結構、線粒體形態(tài)及呼吸功能。神經(jīng)酰胺的作用依賴于由二氫 神經(jīng)酰胺去飽和酶 1（DES1）插入的 4,5-反式雙鍵；敲除 DES1 能保護線粒體結構完整性，并在雙側缺血再灌注后防止小鼠發(fā)生腎損傷；小分子藥物 (DES1 抑制劑) 降低神經(jīng)酰胺水平可預防AKI。

為了探究脂質累積導致AKI的背后機制，本文研究人員利用已發(fā)表的小鼠和人類AKI 轉錄組大數(shù)據(jù)，研究了腎損傷是否會影響近端小管（PT）中調控神經(jīng)酰胺生物合成的轉錄本。單核 RNA 測序結果顯示，雙側 缺血再灌注損 (B-IRI) 能夠在小鼠腎損傷發(fā)生后 4 小時內誘導 PT 中 Sptlc2（負責編碼限速酶—絲氨酸棕櫚酰轉移酶，SPT，異三聚體的關鍵亞基）的表達。在 B-IRI 之后的最長 2 天內，Sptlc2 的表達水平持續(xù)升高。在接受單側 缺血再灌注損或單側輸尿管梗阻后另外一組大數(shù)據(jù)中，PT 中的 Sptlc2 表達亦在腎損傷后迅速升高，且主要發(fā)生在受損 PT 的特定亞群中。接著，研究人員利用腎臟精準醫(yī)學項目（Kidney Precision Medicine Project）的單細胞 RNA 測序大數(shù)據(jù)，評估了 AKI 對人類 PT 與神經(jīng)酰胺相關基因的影響。與健康對照相比，AKI 患者幾乎所有 從頭（de novo） 神經(jīng)酰胺合成通路的基因在 PT 中表達均升高，特別是在受損的 PT 亞群中。其他可能導致神經(jīng)酰胺積累的轉錄機制（例如，鞘磷脂酶上調或神經(jīng)酰胺酶下調）未見明顯變化。此外，研究人員發(fā)現(xiàn)人類AKI患者尿液中神經(jīng)酰胺水平升高；在接受雙側腎缺血再灌注損傷的小鼠腎皮質中非靶向脂質組學分析數(shù)據(jù)顯示，鞘脂，特別是神經(jīng)酰胺，是顯著富集的首要脂質類別；長鏈（C16–C18）神經(jīng)酰胺，而非超長鏈（C20–C24）神經(jīng)酰胺，與腎損傷嚴重程度指標呈正相關。這些數(shù)據(jù)表明，PT 中神經(jīng)酰胺合成與AKI有密切關系。隨后神經(jīng)酰胺合成途徑最后一步關鍵酶，二氫神經(jīng)酰胺去飽和酶 1（DES1），敲除的小鼠模型數(shù)據(jù)更進一步表明，PT中神經(jīng)酰胺合成是AKI發(fā)生所必須的。

接下來，為鑒別可能導致近端小管（PT）功能障礙的神經(jīng)酰胺效應蛋白，研究人員進行了 蛋白組整體溶解性改變（proteome integral solubility alteration， PISA）分析，小鼠腎近端小管上皮細胞經(jīng)30分鐘處理后的PISA分析數(shù)據(jù)揭示，在 6,781 個具有 ≥2 條肽段的檢測蛋白中，共有 154 個蛋白在神經(jīng)酰胺處理后表現(xiàn)出顯著的穩(wěn)定性增強或降低；超過一半的蛋白參與脂質或線粒體代謝。通路分析表明線粒體組織與電子傳遞鏈（electron transport chain,ETC） 是最顯著富集的功能模塊。多種 ETC 亞基與組裝因子（I、III、IV、V 復合體）在神經(jīng)酰胺處理后出現(xiàn)熱穩(wěn)定性改變。急性 2 小時的 C2-神經(jīng)酰胺處理，而非 C2-二氫神經(jīng)酰胺處理，導致 復合體 III（UQCRC2）和復合體 IV（COXIV）亞基納入呼吸超復合體（SC）減少。上述數(shù)據(jù)系首次報道神經(jīng)酰胺能夠在短時間內破壞呼吸鏈超復合體結構，提示神經(jīng)酰胺可能直接擾亂已形成的超復合體，而不僅僅是改變亞基豐度。

為深入探究神經(jīng)酰胺對腎近端小管線粒體造成了何種影響；研究人員首先分析了篩選結果中注釋為線粒體內膜及線粒體組織相關的蛋白，其中許多蛋白定位于線粒體嵴連接處，包括 7 個線粒體接觸位點與 嵴組織系統(tǒng)（MICOS）亞基中的 6 個，而二氫神經(jīng)酰胺處理并未影響這些亞基。原代 PTEC中，2 小時的 C2-神經(jīng)酰胺處理可增加 MICOS 亞基的豐度。為評估神經(jīng)酰胺對嵴形態(tài)的影響，研究人員對原代 PTEC 進行了 6 小時的處理。C2-神經(jīng)酰胺處理則誘導了異常的嵴形態(tài)，更多線粒體出現(xiàn)橋接型、同心環(huán)/環(huán)狀嵴，或完全缺失嵴。圖像分析進一步確認，C2-神經(jīng)酰胺（而非 C2-二氫神經(jīng)酰胺）顯著降低每個線粒體的嵴數(shù)量和嵴面積，同時減少嵴的圓度及嵴與外膜的接觸位點。隨后，體外結果在Degs1^fl/fl 與 Degs1 iGKO (Degs1敲除可使神經(jīng)酰胺降低)小鼠假手術或 B-IRI 手術后的腎皮質 EM 圖像數(shù)據(jù)得以佐證；僅在 Degs1^fl/fl 小鼠中，B-IRI 導致嚴重嵴丟失。線粒體整體形態(tài)分析結果表明神經(jīng)酰胺（而非二氫神經(jīng)酰胺）可顯著減小線粒體面積，驅動線粒體斷裂、損害呼吸并增加 ROS 生成。此外，它們提示脂肪酸誘導的PT線粒體損傷可能通過神經(jīng)酰胺介導。最后研究人員驗證，CNT2198，一種新型口服可用的 DES1 小分子抑制劑，可在缺血再灌注后預防腎損傷。這些數(shù)據(jù)表明，通過藥物性 DES1 抑制降低腎臟神經(jīng)酰胺水平，可能是一種可行的治療策略，用于預防急性腎損傷（AKI）。

綜上所述，本文在神經(jīng)酰胺引起急性腎損傷是通過改變腎近端小管內線粒體功能，形態(tài)與嵴組織系統(tǒng)這一結論上，證據(jù)鏈極為完整，思路清晰，數(shù)據(jù)非常充分。但腎脂質積累-導致腎近端小管神經(jīng)酰胺水平升高-最終導致急性腎損傷的證據(jù)不太充分。未來需要在高脂處理下分別在DES1及Degs1基因腎臟KO小鼠模型中 進行分析。

https://www.cell.com/cell-metabolism/abstract/S1550-4131(25)00440-1

制版人： 十一

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