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腎纖維化背后的神秘 “推手” 竟是它？
發(fā)布時(shí)間： 2025-02-13 點(diǎn)擊次數(shù)： 913次該篇文章于2024年發(fā)表于《Nature Communications》。Q1，IF,14.7。
一、研究背景
隨著對腎臟疾病研究的不斷深入，人們逐漸認(rèn)識到腎纖維化是許多慢性腎臟疾病發(fā)展到終末期腎衰竭的共同途徑。盡管在腎臟結(jié)構(gòu)和功能隨年齡變化以及腎纖維化的發(fā)生機(jī)制方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但仍有許多未知領(lǐng)域等待探索。其中，組蛋白翻譯后修飾在腎纖維化中的作用就是一個(gè)亟待深入研究的方向。組蛋白巴豆?；且环N新型的組蛋白修飾方式，這種修飾主要發(fā)生在組蛋白的賴氨酸殘基上，參與基因表達(dá)調(diào)控等重要的生物學(xué)過程。組蛋白巴豆?；揎椩谶M(jìn)化上高度保守，通常出現(xiàn)在轉(zhuǎn)錄活躍的染色質(zhì)區(qū)的組蛋白上，并與生殖調(diào)控密切相關(guān)。巴豆?；揎椀幕瘜W(xué)基團(tuán)是巴豆?；?，由多個(gè)代謝過程產(chǎn)生的巴豆酸(前體)通過短鏈脂肪酸途徑轉(zhuǎn)化為巴豆酰fu酶A(供體)形成。在這篇文章中研究旨在探究組蛋白巴豆?；绕涫荋3K9cr 在腎纖維化中的功能，以及 ACSS2 對其調(diào)節(jié)作用。
二、研究思路
研究人員通過臨床樣本和動(dòng)物模型分析發(fā)現(xiàn)，組蛋白賴氨酸巴豆?；?Kcr)在腎臟纖維化中異常升高，且與疾病嚴(yán)重程度正相關(guān)。研究重點(diǎn)聚焦于H3K9cr，發(fā)現(xiàn)ACSS2可調(diào)控其水平并影響腎臟纖維化。通過ChIP-seq和RNA-seq分析，確定IL-1β是H3K9cr調(diào)控的關(guān)鍵促炎細(xì)胞因子。H3K9cr介導(dǎo)的IL-1β可誘導(dǎo)巨噬細(xì)胞極化和腎小管上皮細(xì)胞衰老，而ACSS2敲除或抑制可緩解這些現(xiàn)象。最終，抗IL-1β治療和ACSS2抑制劑處理均能改善腎臟纖維化，為治療提供了潛在靶點(diǎn)。
三、研究結(jié)果
1、組蛋白Kcr 水平與患者和小鼠 CKD 的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)研究人員對慢性腎臟病患者腎活檢切片免疫組化分析顯示，巴豆酰化賴氨酸(Kcr)主要存在于腎小管上皮細(xì)胞，在CKD 患者腎臟中水平高于對照組，與疾病進(jìn)展正相關(guān)，與估算腎小球?yàn)V過率負(fù)相關(guān)。在小鼠單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)和ye酸腎病(FAN)模型中，Kcr水平升高且定位于細(xì)胞核，提取組蛋白分析證實(shí)其與腎臟纖維化相關(guān)。比較組蛋白H3 殘基的 Kcr 和乙?；?Kac)水平發(fā)現(xiàn)，H3K9cr在腎臟纖維化中顯著增加，H3K9ac 穩(wěn)定，表明其可能有du特作用，同時(shí)H3K18cr、H3K27cr 等呈現(xiàn)相反趨勢。最后，研究人員決定在進(jìn)一步研究腎臟纖維化時(shí)主要關(guān)注H3K9cr 的水平和功能。
2、ACSS2 的基因缺失降低了H3K9cr水平并減輕了腎纖維化組蛋白 Kcr 和Kac 的可逆動(dòng)態(tài)過程受多種相同酶介導(dǎo)，區(qū)分其功能頗具挑戰(zhàn)。研究人員通過體外實(shí)驗(yàn)篩選關(guān)鍵因素，發(fā)現(xiàn)ACSS2 過表達(dá)能顯著提升 H3K9cr 水平且不影響H3K9ac。研究人員利用 CRISPR/Cas9 敲除系統(tǒng)生成ACSS2 基因缺失小鼠。ACSS2 -/- 小鼠出生正常，無生長及腎功能缺陷，腎臟中ACSS2 減少。單細(xì)胞轉(zhuǎn)錄組學(xué)分析顯示，不同采樣方法影響ACSS2表達(dá)模式，免疫組化表明其在纖維化腎臟皮質(zhì)髓質(zhì)交界區(qū)表達(dá)。在FAN 和 UUO 兩種實(shí)驗(yàn)性腎纖維化小鼠模型中，ACSS2基因敲除降低了纖維化腎臟的 H3K9cr 水平，緩解了組織學(xué)變化，降低了纖維化蛋白標(biāo)志物的表達(dá)和轉(zhuǎn)錄水平。這證實(shí)了ACSS2 的全局基因缺失可影響 H3K9cr 水平，進(jìn)而改善腎纖維化。
3、ACSS2 的腎小管特異性缺失減少了H3K9cr，從而延緩了腎纖維化的進(jìn)展腎小管上皮細(xì)胞(TECs)在腎纖維化中起核心作用，免疫組化顯示小鼠和人纖維化腎臟中ACSS2主要存在于TECs。為探究其作用，研究人員將ACSS2基因敲除小鼠與Ksp-Cre小鼠雜交獲得ACSS2選擇性缺失模型(ACSS2tecKO)及對照(ACSS2tecWT)，并進(jìn)行UUO手術(shù)或注射ye酸。結(jié)果顯示，二者H3K9ac水平與假手術(shù)組無異，ACSS2tecWT的UUO腎臟H3K9cr大幅上升，ACSS2tecKO則受抑制，F(xiàn)AN模型情況類似。且ACSS2tecKO小鼠的UUO和FAN模型腎纖維化緩解，纖維化標(biāo)志物表達(dá)降低。這表明刪除腎小管ACSS2可降低H3K9巴豆?；?、延緩腎纖維化進(jìn)程，為腎纖維化研究與干預(yù)提供了方向和依據(jù)。
4、H3K9cr 促進(jìn)纖維化腎細(xì)胞因子的產(chǎn)生并調(diào)節(jié)細(xì)胞因子-細(xì)胞因子受體相互作用研究人員通過 ChIP-seq 實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，H3K9cr與 H3K9ac 在轉(zhuǎn)錄起始位點(diǎn)富集，且在UUO 小鼠模型中 H3K9cr 信號更強(qiáng)，說明二者雖都能激活轉(zhuǎn)錄，但H3K9cr 對腎纖維化基因表達(dá)影響更顯著。繼續(xù)研究發(fā)現(xiàn)，UUO腎臟中 H3K9cr 比例高，敲除ACSS2 可降低該比例。RNA-seq 數(shù)據(jù)顯示，纖維化腎臟中細(xì)胞因子相關(guān)通路富集，ACSS2缺失后通路基因減少，表明 H3K9cr對細(xì)胞因子產(chǎn)生基因調(diào)控關(guān)鍵。關(guān)鍵因子IL-1β 受 H3K9cr 調(diào)控，相關(guān)通路基因隨ACSS2 表達(dá)變化，H3K9cr 可調(diào)控Il1b 及其受體基因表達(dá)，揭示了 H3K9cr 在腎臟纖維化中調(diào)節(jié)炎癥相關(guān)細(xì)胞因子表達(dá)的關(guān)鍵作用。
5、H3K9cr促進(jìn)了腎細(xì)胞和纖維化腎臟中 IL-1β 的產(chǎn)生研究人員發(fā)現(xiàn) IL-1β 受H3K9 巴豆?；{(diào)控，在 CKD 患者及UUO、FAN 小鼠中二者呈正相關(guān)，敲除ACSS2 可抑制小鼠體內(nèi) IL-1β 產(chǎn)生且不影響血清濃度，免疫熒光共染色也證實(shí)二者聯(lián)系。體外實(shí)驗(yàn)中，巴豆酸鹽刺激及ACSS2 質(zhì)粒轉(zhuǎn)染可使腎細(xì)胞中 IL-1β 水平上升，阻斷H3K9cr 修飾則降低其表達(dá)，表明 ACSS2 是調(diào)節(jié) H3K9cr 介導(dǎo)的 IL-1β 產(chǎn)生的關(guān)鍵因素。
6、由H3K9cr產(chǎn)生的IL - 1β在細(xì)胞和纖維化腎臟中觸發(fā)巨噬細(xì)胞活化研究人員通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)， IL-1β能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞向促炎的M1表型極化，導(dǎo)致腎臟纖維化進(jìn)展。實(shí)驗(yàn)中，低劑量IL-1β刺激RAW264.7巨噬細(xì)胞后，細(xì)胞形態(tài)和M1標(biāo)志物水平發(fā)生變化，顯示出M1極化特征。研究人員進(jìn)一步通過實(shí)驗(yàn)表明，H3K9cr介導(dǎo)的IL-1β可能在巨噬細(xì)胞活化中發(fā)揮作用，通過調(diào)節(jié)腎小管上皮細(xì)胞中的H3K9cr修飾，可以影響IL-1β的分泌和巨噬細(xì)胞的活化狀態(tài)。在體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，降低H3K9cr修飾能夠抑制腎臟纖維化小鼠模型中M1巨噬細(xì)胞標(biāo)志物的表達(dá)。這些結(jié)果揭示了H3K9cr修飾在腎臟纖維化中通過調(diào)節(jié)IL-1β分泌和巨噬細(xì)胞極化的新機(jī)制。
7、H3K9cr 來源的IL-1β 加速纖維化腎腎小管細(xì)胞衰老IL - 1β對多種細(xì)胞衰老，尤其是TECs 的衰老至關(guān)重要。它能誘導(dǎo) TECs 衰老，使SA - β - gal陽性細(xì)胞增多，衰老標(biāo)志物 P53 及SASP 標(biāo)志物表達(dá)上升 。研究人員在體外實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，IL-1β上清液處理 TECs 會使P53、IL-6 和MCP-1 水平上升；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，UUO 和FAN 小鼠模型敲除 ACSS2，降低H3K9cr 介導(dǎo)的 IL-1β 產(chǎn)生后，衰老標(biāo)志物水平下降，同時(shí)敲除或抑制ACSS2 可抑制 DNA 損傷增加，說明調(diào)節(jié) TECs 中 H3K9cr 水平可通過影響 IL-1β 分泌控制 TECs 衰老 。
8、抗IL-1β IgG 治療減輕了巨噬細(xì)胞活化和腎小管細(xì)胞對纖維化腎臟的衰老研究人員在體外實(shí)驗(yàn)中，向經(jīng) IL-1β 處理的RAW264.7 細(xì)胞添加抗 IL-1β IgG，可顯著抑制IL-1β 誘導(dǎo)的 M1 型巨噬細(xì)胞極化、細(xì)胞衰老標(biāo)志物P53 及 SASP。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中，對UUO小鼠使用抗 IL-1β IgG，其腎纖維化顯著改善，M1型巨噬細(xì)胞關(guān)鍵標(biāo)志物和細(xì)胞衰老受抑制，表現(xiàn)為Masson 染色及腎纖維化標(biāo)志物的 mRNA 和蛋白表達(dá)降低。用ACSS2 抑制劑處理 UUO 小鼠可減輕腎臟纖維化等癥狀，但I(xiàn)L-1β 刺激會抵消這些效果。綜上，抗 IL-1β IgG 能在體內(nèi)外緩解 H3K9cr 介導(dǎo)的 IL-1β 引發(fā)的 M1 型巨噬細(xì)胞極化和腎小管細(xì)胞衰老，進(jìn)而改善腎纖維化。。
9、ACSS2 的藥理學(xué)抑制部分抑制了H3K9cr 介導(dǎo)的 IL-1β 產(chǎn)生，以防止腎纖維化研究人員發(fā)現(xiàn)ACSS2抑制劑VY-3-249能通過降低H3K9cr修飾抑制IL-1β，延緩小鼠腎纖維化進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)顯示，VY-3-249對小鼠肝腎功能無影響，也未損傷心臟、肺、肝臟和脾臟 。VY-3-249能抑制H3K9cr水平，改善UUO和FAN小鼠腎纖維化，降低IL-1β水平，減少SA-β-gal陽性衰老細(xì)胞數(shù)量，抑制細(xì)胞衰老標(biāo)志物P53和SASP。且SASP中促炎標(biāo)志物減少時(shí)，M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物Cd86也減少。這些發(fā)現(xiàn)為CKD患者提供了新治療策略。
四、研究結(jié)論
該研究揭示了 H3K9cr 在腎纖維化中的關(guān)鍵作用，ACSS2可調(diào)節(jié) H3K9cr 水平進(jìn)而影響IL - 1β介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化和腎小管細(xì)胞衰老，為腎纖維化治療提供了潛在靶點(diǎn)。
五、優(yōu)缺點(diǎn)
優(yōu)點(diǎn)
1.shou次揭示H3K9cr在腎纖維化中的關(guān)鍵作用，發(fā)現(xiàn)ACSS2可調(diào)節(jié)H3K9cr水平，進(jìn)而影響IL - 1β介導(dǎo)的巨噬細(xì)胞活化和腎小管細(xì)胞衰老，為腎纖維化機(jī)制研究提供全新視角。
2.綜合運(yùn)用人腎活檢樣本、多種小鼠腎纖維化模型(UUO、FAN)，結(jié)合免疫組化、免疫熒光、蛋白質(zhì)免疫印跡、RNA測序、染色質(zhì)免疫沉淀測序等多種技術(shù)，從細(xì)胞、動(dòng)物和人體層面全面驗(yàn)證研究假設(shè)，增強(qiáng)結(jié)論可靠性。
3.明確ACSS2作為治療腎纖維化潛在靶點(diǎn)，且ACSS2抑制劑VY - 3 - 249在小鼠實(shí)驗(yàn)中展現(xiàn)出良好的腎保護(hù)作用，為臨床治療腎纖維化提供新的藥物研發(fā)方向。
缺點(diǎn)
1.雖有人體樣本數(shù)據(jù)，但ACSS2 - H3K9cr - IL - 1β軸在人體中的重要性和適用性需進(jìn)一步驗(yàn)證，目前動(dòng)物實(shí)驗(yàn)結(jié)論向臨床轉(zhuǎn)化存在不確定性。
2.僅使用一種ACSS2抑制劑VY - 3 - 249進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，未測試多種不同化學(xué)結(jié)構(gòu)的抑制劑，難以排除因單一抑制劑可能存在的脫靶效應(yīng)影響研究結(jié)論。
3.未深入分析H3K9cr與已知染色質(zhì)狀態(tài)的關(guān)系，未探究其他組蛋白賴氨酸巴豆?；揎?Kcr)在腎纖維化中的作用，且未闡明IL - 1β在腎小管細(xì)胞和巨噬細(xì)胞間的分泌和轉(zhuǎn)移機(jī)制。
參考文獻(xiàn)
Li L, Xiang T, Guo J, et al. Inhibition of ACSS2-mediated histone crotonylation alleviateskidneyfibrosis via IL-1beta-dependent macrophage activation and tubular cellsenescence[J].Nat Commun, 2024,15(1):3200.
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