郑宏庭教授:脂质肾毒性与糖尿病肾病 | CSE2024

文摘   2024-08-20 18:00   北京  

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编者按

8月7~10日,中华医学会第二十一次内分泌学学术会议(CSE2024)于苏州成功召开并圆满闭幕。盛会期间,陆军军医大学第二附属(新桥)医院郑宏庭教授就团队在关于“脂质肾毒性与糖尿病肾病(DKD)”这一领域开展的系列研究成果展开了精彩讲述,本刊有幸邀请郑教授进行如下分享,邀君享阅。



一、DKD发病新机制


糖尿病发病率呈逐年上升趋势,糖尿病所致的慢性并发症严重危害公众健康。WHO发布的相关报告显示,近10年,我国因糖尿病导致的经济损失3.8万亿元,其中80%用于并发症的治疗。糖尿病所致的靶器官损伤是其糖尿病患者致残、致死的首要原因。糖尿病慢性并发症及靶器官损害主要包括糖尿病肾病、糖尿病视网膜病、糖尿病溃疡、糖尿病心肌病、糖尿病并发肌萎缩及并发脂肪肝。

DKD是指由糖尿病所致的慢性肾脏疾病(CKD),是糖尿病主要的微血管并发症之一。DKD和糖代谢紊乱、血流动力学异常、炎症、氧化应激等密切相关。已知DKD主要病理机制涉及:糖代谢紊乱(AGEs生成、多元醇通路活化)、血流动力学改变(高血压和肾小球高压、GFR增加)、炎症反应(细胞因子和趋化因子、免疫细胞浸润)以及氧化应激(自由基生成、抗氧化系统受损)。

近年来,脂质肾毒性(Renal lipotoxicity)是新近受关注的DKD致病机制。



二、脂质肾毒性


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脂质肾毒性定义及机制探索


脂质肾毒性是指脂质代谢异常导致脂质在肾脏细胞中积累,引起肾脏细胞损伤和功能障碍的病理过程。

脂质肾毒性与血脂升高引起的肾脏损伤的机制不同,后者主要通过促肾血管病变等多种途径间接导致肾损伤。生理情况下,肾脏以葡萄糖供能为主,很少有脂质沉积于肾脏。而病理条件下,脂质的肾脏沉积与血脂浓度没有直接关联。

DKD时,胰岛素抵抗导致葡萄糖利用障碍并使能量底物向脂质倾斜(图1)。研究表明,脂质肾毒性主要发生在足细胞和肾小管上皮细胞,其导致肾小球滤过膜和肾小管损伤,从而参与DKD进展。而肾小球系膜细胞对脂质沉积相对不敏感,但可以在足细胞和肾小管损伤后发生继发性损伤,导致肾小球硬化,但脂质在肾脏沉积的原因目前尚未阐明。

图1. 胰岛素抵抗-葡萄糖利用障碍-能量底物向脂质倾斜


脂质肾毒性目前认为主要发生于足细胞、肾小管上皮细胞,它的恶性循环是从滤过膜、肾小管—肾小球(图2)。

图2. 脂质肾毒性的恶性循环


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脂质肾毒性逐渐受到关注


早期DKD病理机制研究多集中于肾小球损伤(系膜细胞),通常被认为是DKD的初始病变,导致蛋白尿的出现,而随着对该领域研究的深入,滤过屏障(足细胞丢失与功能障碍)、肾小管病变(上皮细胞损伤与间质纤维化)在DKD发生发展中的重要作用逐渐被揭示,并被认为是DKD肾功能恶化的重要原因。

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脂质肾毒性的诊断与治疗


目前尚无针对脂质肾毒性的诊断指标和干预药物。临床常规病理做HE/PAS/Masson染色,不做油红染色,只在怀疑有脂质沉积病变(如脂蛋白肾病、肾小管脂肪变性等)时,才会考虑进行油红染色以明确诊断。因此,郑教授团队建议扩大临床中冰冻切片的采集以检测肾脏脂质沉积。

目前临床上对DKD有改善作用的临床药物如SGLT2i、GLP-1Ra、非奈利酮均被报道可改善肾脏脂毒性。

图3. 基础研究中脂质肾毒性的markers




三、DKD的潜在治疗靶点——Dock5缺乏


1

胞质分裂蛋白5(Dock5)主要在足细胞表达,且与脂质代谢相关


新近研究发现SGLT2i可改善足细胞脂毒性。基于此,郑教授团队开展了相关探索研究:将SGLT2i处理足细胞的差异表达基因DEGs与DKD取交集,共发现15个重叠基因,其中8个呈反向变化,在这8个基因中,Dock5呈足细胞特异性高表达。

团队研究还发现,在DKD、局灶节段性肾小球硬化(FSGS)患者及动物模型中Dock5的表达降低,且与肾功能密切相关。

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足细胞特异性Dock5敲除加重足细胞损伤与DKD进展


Dock5 flox与podocin-Cre小鼠杂交,以获得足细胞特异性Dock5敲除cKO(条件性基因敲除)小鼠,HFD/STZ构建DKD模型;DKD cKO不影响血糖,但加重KW/BW、UACR、肾小球球部病理改变(PAS、Masson)、滤过屏障结构异常(电镜示:基底膜增厚、足突融合,WT1染色:示足细胞丢失)(图4)。

图4. 足细胞特异性Dock5敲除加重足细胞损伤与DKD进展


同样,在体外以高糖高脂(HG和PA)处理足细胞系(MCP5),团队研究发现Dock5敲低显著加重细胞毒性、线粒体功能障碍和肌动蛋白细胞骨架重塑。在另一种蛋白尿肾病模型——局灶节段性肾小球硬化FSGS(ADR建模)中,Dock5 cKO可复现DKD模型中cKO的表型(加重的KW/BW、UACR、肾小球球部病理、滤过屏障超微结构异常、足细胞丢失)。

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足细胞特异性Dock5敲除促进CD36介导的足细胞脂肪酸摄取


基于团队之前使用SGLT2i(据报道可以改善足细胞脂质毒性)的筛选研究结论,郑教授团队评估了Dock5缺乏对足细胞脂质代谢的影响,进而发现:

(1)DKD cKO显著加重足细胞脂质沉积(油红O、脂滴marker Adipophilin染色),LC/MS脂质谱示沉积脂质类型主要为游离脂肪酸FFA和甘油三酯TG(而不是胆固醇和磷脂),提示Dock5主要调控足细胞脂肪酸代谢。

(2)DKD cKO调控的脂肪酸代谢过程主要为脂质摄取,而非脂质合成与分解。

(3)足细胞脂质摄取主要由CD36介导。采用CD36抑制剂SSO处理足细胞可废除Dock5缺乏促进的脂质摄取、脂质沉积、细胞毒性、线粒体功能障碍(ROS生成增加、ATP生成、膜电位异常)以及细胞骨架重塑,提示Dock5缺乏通过上调CD36介导的足细胞脂肪酸摄取致足细胞脂质沉积与损伤。

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Dock5通过LXRα调控CD36


(1)Dock5如何调控CD36?

郑教授团队通过研究发现Dock5可同时在mRNA和蛋白水平调控CD36,提示其为转录调控,进而在多个对CD36有潜在调控作用的转录因子TFs中进行筛选,发现LXRα可能是介导Dock5调控CD36的关键。

此外,体内实验发现,敲低LXRα可废除Dock5 cKO加重的足细胞脂质沉积、损伤与DKD进展。在体外实验中,LXRα抑制剂GSK2033可废除Dock5敲低加重的足细胞脂质摄取、摄取相关基因表达以及脂质沉积;ChIP及Luciferase实验证实LXRα可与CD36启动子的DR-7区域相结合;

上述结果提示:Dock5调控CD36主要经由转录因子——LXRα。

(2)Dock5如何调控LXRα?

郑教授团队对于Dock5如何调控LXRα进行了更深一步的探索,发现Dock5可同时调控LXRα的mRNA和蛋白水平,近期研究发现LXRα的mRNA和蛋白水平可受m6A reader YTHDF2介导的mRNA降解所调控;在足细胞,YTHDF2的确可结合到LXRα mRNA并调控其降解,而转入YTHDF2突变质粒(调控m6A)可废除Dock5调控的LXRα mRNA及蛋白表达,提示Dock5可能通过YTHDF2介导的m6A依赖性 mRNA 降解抑制LXRα的表达。

进一步,团队采用基于CRISPR Cas9的m6A编辑系统,再次确定了LXRα mRNA的m6A修饰是介导Dock5/YTHDF2调节LXRα mRNA降解的关键。

(3)Dock5如何调控YTHDF2?

在足细胞,Dock5调控YTHDF2在蛋白水平而不在mRNA水平,提示为翻译后调控;Co-IP提示两者蛋白可以直接结合;既往研究提示YTHDF2蛋白可经蛋白酶体途径降解,我们发现蛋白酶体抑制剂MG132可废除Dock5调控的YTHDF2蛋白表达;敲低Dock5缩短YTHDF2蛋白半衰期并增加其泛素化水平,提示Dock5缺乏促进泛素-蛋白酶体途径介导的YTHDF2蛋白降解。

5

恢复Dock5表达改善足细胞脂质沉积及损伤,延缓DKD进展


在db/db DKD小鼠模型中,恢复Dock5表达,显著改善KW/BW、UACR、肾小球球部病理改变、滤过屏障超微结构改变(基底膜增厚、足细胞足突融合、数量减少)、足细胞脂质沉积,YTHDF2/LXRα/CD36信号通路也呈相应改变。



四、小结


综上所述,在肾脏多种细胞中,足细胞对脂质积累尤为敏感,最近已被认为是糖尿病肾病DKD、局灶节段性肾小球硬化FSGS进展中的一个关键病理过程,然而,其潜在机制尚不清楚。郑教授团队开展的系列研究筛选出足细胞特异性高表达的Dock5与足细胞脂质毒性密切相关。其表达在蛋白尿性肾病患者和小鼠模型中均降低。足细胞特异性敲除Dock5可通过调节LXRα/CD36信号通路介导的脂肪酸摄取,加剧蛋白尿性肾病中的足细胞损伤和肾小球病理改变。具体来说,Dock5缺乏以m6A依赖的方式上调LXRα,增强了CD36介导的足细胞脂肪酸摄取。此外,恢复Dock5表达改善了足细胞损伤和DKD进展。

郑教授团队相关研究表明,Dock5缺乏可能是足细胞脂质毒性形成的一个关键因素,这可能是DKD的潜在治疗靶点。


专家简介




郑宏庭 教授



陆军军医大学第二附属医院(新桥医院)内分泌科主任


全军临床重点专科主任、重庆市高校重点实验室主任


国家杰出青年科学基金、国自然重点项目获得者


重庆市内分泌专委会主任委员


重庆市第五届人大代表、享受国务院政府特殊津贴


中华医学会内分泌学分会全国委员


中国医师协会内分泌代谢科医师分会全国委员


重庆市医学会内分泌学分会主任委员


JCEM、中华内分泌代谢杂志、中华糖尿病杂志、生理学报编委


主持国家杰出青年科学基金、国家自然科学基金重点项目等重大课题20余项,累计科研经费4000余万元。获2019年度重庆市科技进步一等奖(1)、2019年CODHy Young Scientist Award(1)、2018年中国糖尿病十大研究奖(1)、2016年中国糖尿病十大研究奖(1)等奖项。以通讯作者在Science Transl Med,Advanced Science,Trends Endocrin Met,EMBO Mol Med,Hepatology,Diabetes,JCEM,EbioMedicine等期刊发表论文多篇,其中4篇入选F1000。





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(来源:《国际糖尿病》编辑部)


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