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腎纖維化背后的神秘 “推手” 竟是它？
發(fā)布時間： 2025-02-13 點擊次數(shù)： 909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)構和功能隨年齡變化以及腎纖維化的發(fā)生機制方面已經(jīng)取得了一定的研究成果，但仍有許多未知領域等待探索。其中，組蛋白翻譯后修飾在腎纖維化中的作用就是一個亟待深入研究的方向。組蛋白巴豆酰化是一種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，參與基因表達調(diào)控等重要的生物學過程。組蛋白巴豆酰化修飾在進化上高度保守，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。巴豆酰化修飾的化學基團是巴豆酰基，由多個代謝過程產(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酰化尤其是H3K9cr 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物模型分析發(fā)現(xiàn)，組蛋白賴氨酸巴豆酰化(Kcr)在腎臟纖維化中異常升高，且與疾病嚴重程度正相關。研究重點聚焦于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)控的關鍵促炎細胞因子。H3K9cr介導的IL-1β可誘導巨噬細胞極化和腎小管上皮細胞衰老，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。
三、研究結(jié)果
1、組蛋白Kcr 水平與患者和小鼠 CKD 的嚴重程度呈正相關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胞，在CKD 患者腎臟中水平高于對照組，與疾病進展正相關，與估算腎小球濾過率負相關。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胞核，提取組蛋白分析證實其與腎臟纖維化相關。比較組蛋白H3 殘基的 Kcr 和乙酰化(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H3K18cr、H3K27cr 等呈現(xiàn)相反趨勢。最后，研究人員決定在進一步研究腎臟纖維化時主要關注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 的可逆動態(tài)過程受多種相同酶介導，區(qū)分其功能頗具挑戰(zhàn)。研究人員通過體外實驗篩選關鍵因素，發(fā)現(xiàn)ACSS2 過表達能顯著提升 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。單細胞轉(zhuǎn)錄組學分析顯示，不同采樣方法影響ACSS2表達模式，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。在FAN 和 UUO 兩種實驗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，緩解了組織學變化，降低了纖維化蛋白標志物的表達和轉(zhuǎn)錄水平。這證實了ACSS2 的全局基因缺失可影響 H3K9cr 水平，進而改善腎纖維化。
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展腎小管上皮細胞(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)，并進行UUO手術或注射ye酸。結(jié)果顯示，二者H3K9ac水平與假手術組無異，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，纖維化標志物表達降低。這表明刪除腎小管ACSS2可降低H3K9巴豆酰化水平、延緩腎纖維化進程，為腎纖維化研究與干預提供了方向和依據(jù)。
4、H3K9cr 促進纖維化腎細胞因子的產(chǎn)生并調(diào)節(jié)細胞因子-細胞因子受體相互作用研究人員通過 ChIP-seq 實驗發(fā)現(xiàn)，H3K9cr與 H3K9ac 在轉(zhuǎn)錄起始位點富集，且在UUO 小鼠模型中 H3K9cr 信號更強，說明二者雖都能激活轉(zhuǎn)錄，但H3K9cr 對腎纖維化基因表達影響更顯著。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，纖維化腎臟中細胞因子相關通路富集，ACSS2缺失后通路基因減少，表明 H3K9cr對細胞因子產(chǎn)生基因調(diào)控關鍵。關鍵因子IL-1β 受 H3K9cr 調(diào)控，相關通路基因隨ACSS2 表達變化，H3K9cr 可調(diào)控Il1b 及其受體基因表達，揭示了 H3K9cr 在腎臟纖維化中調(diào)節(jié)炎癥相關細胞因子表達的關鍵作用。
5、H3K9cr促進了腎細胞和纖維化腎臟中 IL-1β 的產(chǎn)生研究人員發(fā)現(xiàn) IL-1β 受H3K9 巴豆酰化調(diào)控，在 CKD 患者及UUO、FAN 小鼠中二者呈正相關，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二者聯(lián)系。體外實驗中，巴豆酸鹽刺激及ACSS2 質(zhì)粒轉(zhuǎn)染可使腎細胞中 IL-1β 水平上升，阻斷H3K9cr 修飾則降低其表達，表明 ACSS2 是調(diào)節(jié) H3K9cr 介導的 IL-1β 產(chǎn)生的關鍵因素。
6、由H3K9cr產(chǎn)生的IL - 1β在細胞和纖維化腎臟中觸發(fā)巨噬細胞活化研究人員通過實驗發(fā)現(xiàn)， IL-1β能夠促進巨噬細胞向促炎的M1表型極化，導致腎臟纖維化進展。實驗中，低劑量IL-1β刺激RAW264.7巨噬細胞后，細胞形態(tài)和M1標志物水平發(fā)生變化，顯示出M1極化特征。研究人員進一步通過實驗表明，H3K9cr介導的IL-1β可能在巨噬細胞活化中發(fā)揮作用，通過調(diào)節(jié)腎小管上皮細胞中的H3K9cr修飾，可以影響IL-1β的分泌和巨噬細胞的活化狀態(tài)。在體內(nèi)實驗中，降低H3K9cr修飾能夠抑制腎臟纖維化小鼠模型中M1巨噬細胞標志物的表達。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分泌和巨噬細胞極化的新機制。
7、H3K9cr 來源的IL-1β 加速纖維化腎腎小管細胞衰老IL - 1β對多種細胞衰老，尤其是TECs 的衰老至關重要。它能誘導 TECs 衰老，使SA - β - gal陽性細胞增多，衰老標志物 P53 及SASP 標志物表達上升 。研究人員在體外實驗中發(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)實驗發(fā)現(xiàn)，UUO 和FAN 小鼠模型敲除 ACSS2，降低H3K9cr 介導的 IL-1β 產(chǎn)生后，衰老標志物水平下降，同時敲除或抑制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 治療減輕了巨噬細胞活化和腎小管細胞對纖維化腎臟的衰老研究人員在體外實驗中，向經(jīng) IL-1β 處理的RAW264.7 細胞添加抗 IL-1β IgG，可顯著抑制IL-1β 誘導的 M1 型巨噬細胞極化、細胞衰老標志物P53 及 SASP。體內(nèi)實驗中，對UUO小鼠使用抗 IL-1β IgG，其腎纖維化顯著改善，M1型巨噬細胞關鍵標志物和細胞衰老受抑制，表現(xiàn)為Masson 染色及腎纖維化標志物的 mRNA 和蛋白表達降低。用ACSS2 抑制劑處理 UUO 小鼠可減輕腎臟纖維化等癥狀，但IL-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 介導的 IL-1β 引發(fā)的 M1 型巨噬細胞極化和腎小管細胞衰老，進而改善腎纖維化。。
9、ACSS2 的藥理學抑制部分抑制了H3K9cr 介導的 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程。實驗顯示，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陽性衰老細胞數(shù)量，抑制細胞衰老標志物P53和SASP。且SASP中促炎標志物減少時，M1型巨噬細胞標志物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 在腎纖維化中的關鍵作用，ACSS2可調(diào)節(jié) H3K9cr 水平進而影響IL - 1β介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化治療提供了潛在靶點。
五、優(yōu)缺點
優(yōu)點
1.shou次揭示H3K9cr在腎纖維化中的關鍵作用，發(fā)現(xiàn)ACSS2可調(diào)節(jié)H3K9cr水平，進而影響IL - 1β介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化機制研究提供全新視角。
2.綜合運用人腎活檢樣本、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，從細胞、動物和人體層面全面驗證研究假設，增強結(jié)論可靠性。
3.明確ACSS2作為治療腎纖維化潛在靶點，且ACSS2抑制劑VY - 3 - 249在小鼠實驗中展現(xiàn)出良好的腎保護作用，為臨床治療腎纖維化提供新的藥物研發(fā)方向。
缺點
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一步驗證，目前動物實驗結(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進行實驗，未測試多種不同化學結(jié)構的抑制劑，難以排除因單一抑制劑可能存在的脫靶效應影響研究結(jié)論。
3.未深入分析H3K9cr與已知染色質(zhì)狀態(tài)的關系，未探究其他組蛋白賴氨酸巴豆酰化修飾(Kcr)在腎纖維化中的作用，且未闡明IL - 1β在腎小管細胞和巨噬細胞間的分泌和轉(zhuǎn)移機制。
參考文獻
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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