IL-22通過PFKFB3介導(dǎo)腎代謝重編程治療腎損傷
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摘要
腎臟損傷引發(fā)腎小管細(xì)胞代謝狀態(tài)惡化，導(dǎo)致終末期腎病的發(fā)展(ESTD)。IL-22 通過促進(jìn)腎臟恢復(fù)是腎損傷的有效治療解毒劑。我們首先提供證據(jù)表明IL-22通過腎小管上皮細(xì)胞的代謝重編程減輕腎臟損傷。IL-22通過誘導(dǎo)AMPK/AKT信號(hào)和PFBFK3活性來減輕線粒體活性氧的積累和線粒體功能障礙。在順鉑誘導(dǎo)的腎損傷和糖尿病腎病動(dòng)物模型中，通過調(diào)節(jié)代謝相關(guān)信號(hào)和重組IL-22的線粒體來改善腎損傷和壞死，并改善腎功能。綜上所述，該發(fā)現(xiàn)揭示了IL-22對(duì)腎臟保護(hù)作用的新機(jī)制，并強(qiáng)調(diào)了IL-22和相關(guān)代謝調(diào)節(jié)劑在各種腎臟疾病中的治療機(jī)會(huì)。
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介紹
急性腎損傷(AKI)，一種與高死亡率和發(fā)病率相關(guān)的常見公共健康問題，影響著全球數(shù)百萬住院患者，并顯示出快速增加的發(fā)病率。白細(xì)胞介素-22 (IL-22)是白細(xì)胞介素-10家族細(xì)胞因子的重要成員，IL-22主要通過激活STAT3信號(hào)通路和促進(jìn)上皮增殖來引起組織保護(hù)和體內(nèi)平衡。重要的是，研究表明IL-22R1的表達(dá)僅限于腎近端TECs，用IL-22治療可以防止腎上皮損傷并加速腎小管再生。糖酵解和氧化磷酸化(OXPHOS)的增加可以促進(jìn)生長(zhǎng)和防御信號(hào)。IL-22驅(qū)動(dòng)代謝重編程以增強(qiáng)糖酵解和OXPHOS，從而減輕TECs功能障礙。IL-22通過激活A(yù)MPK/AKT信號(hào)及其分子修飾物來誘導(dǎo)這一程序，以減輕線粒體功能障礙。
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結(jié)局
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IL-22維持腎小管上皮細(xì)胞代謝。
應(yīng)用seahorse評(píng)估受腎臟損傷因子刺激并接受IL-22治療的腎小管上皮細(xì)胞的線粒體功能。在應(yīng)激情況下，腎小管上皮細(xì)胞的線粒體基礎(chǔ)氧消耗率(OCR)、最大呼吸能力(MRC)和呼吸被顯著阻斷。值得注意的是，IL-22治療在很大程度上預(yù)防了這些異常。通過敲除IL-22受體1，STAT3的磷酸化和IL-22的代謝重編程效應(yīng)被完全解除。這些發(fā)現(xiàn)表明，IL-22通過直接激活I(lǐng)L-22R1來恢復(fù)細(xì)胞的代謝狀態(tài)?？偟膩碚f，這些觀察表明白細(xì)胞介素-22可以增強(qiáng)TECs的OXPHOS和糖酵解的損傷。
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IL-22通過激活線粒體吞噬作用減少損傷線粒體在細(xì)胞內(nèi)積聚。
通過檢測(cè)線粒體膜電位表明，腎臟損傷會(huì)導(dǎo)致線粒體功能障礙。而IL-22可以保護(hù)受損細(xì)胞的線粒體，這表現(xiàn)為線粒體質(zhì)量、線粒體活性氧和線粒體功能障礙的減少。接著通過siRNA-ATG5來評(píng)估有絲分裂對(duì)腎小管細(xì)胞代謝的作用。數(shù)據(jù)表明，線粒體吞噬功能的缺失顯著抑制了IL-22在保持線粒體功能的保護(hù)作用。
3
IL-22通過激活A(yù)MPK/AKT信號(hào)維持TEC線粒體的完整性。
STAT3、AMPK和AKT的磷酸化證實(shí)了IL-22增加了損傷的TEC中STAT3/AMPK/AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的活性。而這些過程在缺乏STAT3的管狀細(xì)胞中被阻斷。我們進(jìn)一步抑制AMPK/AKT信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，結(jié)果顯示，信號(hào)通路的抑制會(huì)阻止由IL-22治療誘導(dǎo)的OXPHOS和糖酵解，這表明IL-22通過激活A(yù)MPK/AKT信號(hào)通路促進(jìn)了TECs的代謝。
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IL-22通過誘導(dǎo)PFKFB3保護(hù)細(xì)胞代謝和線粒體的完整性。
使用RNA測(cè)序分析(RNA-seq)來評(píng)估刺激損傷和IL-22治療后的基因表達(dá)。我們證明了在白細(xì)胞介素-22孵育后，多種基因在胚胎干細(xì)胞中發(fā)生了顯著變化(圖2)。在腎損傷因子刺激期間，IL-22從基因中顯著誘導(dǎo)PFKFB3。這些觀察結(jié)果也通過共聚焦圖像、定量聚合酶鏈反應(yīng)和蛋白質(zhì)印跡被證實(shí)。PFKFB3可以通過許多信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來調(diào)節(jié)，以加速損傷后的上皮再生和修復(fù)。我們觀察到AMPK/AKT信號(hào)的抑制降低了PFKFB3的表達(dá)。我們的發(fā)現(xiàn)表明，沉默的PFKFB3減輕了IL-22對(duì)恢復(fù)ECAR和OCR的代謝重編程效應(yīng)。此外，我們進(jìn)一步證明，IL-22的代謝重編程效應(yīng)被STAT3敲除完全解除，而PFKFB3的過表達(dá)可以挽救這些表型，這表明IL-22通過直接靶向STAT3-AMPK/AKT-PFKFB3信號(hào)來恢復(fù)受損腎上皮細(xì)胞的代謝狀態(tài)。
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IL-22通過抑制腎活性氧積累和線粒體功能障礙減輕順鉑誘導(dǎo)的急性腎損傷。
順鉑注射B6小鼠4天后，采取IL-22治療。不僅顯著減少腎小管細(xì)胞損傷和出血,它們的腎功能障礙也明顯減輕。使用線粒體特異性ROS染料和JC-1來評(píng)估線粒體功能障礙。在用順鉑處理過的小鼠腎臟切片中，也有類似的活性氧積聚。在IL-22治療后的第四天，損傷腎臟的活性氧水平顯著降低.
6
IL-22通過激活A(yù)MPK/AKT信號(hào)和PFKFB3抑制線粒體功能障礙來改善糖尿病誘導(dǎo)的腎損傷。
我們用高脂肪飲食(HFD)喂養(yǎng)db/db小鼠，然后用IL-22 治療8周。相比之下，用白介素-22治療小鼠時(shí)，腎纖維化和組織病理學(xué)以及腎功能顯著改善。腎功能的增強(qiáng)還表現(xiàn)為血清肌酐、尿素氮水平和總尿白蛋白/24小時(shí)(UAE)水平的降低。我們進(jìn)一步評(píng)估了細(xì)胞代謝和凋亡中涉及的線粒體功能。結(jié)果表明，IL-22治療顯著減輕了線粒體活性氧水平的增加和累積的功能障礙線粒體。接著我們向小鼠注射PFKFB3 shRNA腺病毒來敲除PFKB3。在用IL-22治療后，AMPK/AKT信號(hào)的表達(dá)增加。隨著腎功能障礙的緩解，細(xì)胞代謝中的PFKFB3表達(dá)在IL-22處理的小鼠的腎臟中也得到改善.
04
討論
我們研究了兩種模型的腎損傷疾病(急性腎損傷和糖尿病腎病)表明IL-22在其中糾正代謝重編程以維持線粒體完整性，減少損傷TECs中線粒體活性氧的積累，并減輕進(jìn)行性腎臟損傷和壞死。此外，我們的發(fā)現(xiàn)表明IL22可以激活TECs和腎臟中與AMPK/AKT相關(guān)的信號(hào)通路，上皮傷口愈合和細(xì)胞存活的重要介質(zhì)，以改善線粒體功能障礙和不斷惡化的代謝狀況，并為IL22介導(dǎo)的腎臟保護(hù)機(jī)制開辟了一個(gè)新的領(lǐng)域。
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結(jié)論
總之，我們證明了IL-22在腎損傷中的治療潛力和潛在機(jī)制。IL-22通過代謝重編程調(diào)節(jié)腎細(xì)胞代謝，以保持線粒體完整性。對(duì)其調(diào)節(jié)因子(即AMPK、AKT和PFKFB3)的抑制可能導(dǎo)致異常的代謝特征和線粒體功能的喪失，最重要的是，通過激活STAT3-AMPK-AKT-PFKFB3信號(hào)，IL-22治療顯著減輕了小鼠模型中線粒體功能障礙和活性氧積累引起的腎臟損傷。因此，我們的研究表明，靶向相關(guān)代謝信號(hào)可能直接有利于許多腎臟損傷疾病，IL-22是預(yù)防和治療這些疾病的潛在治療劑。
參考文獻(xiàn)
Chen, W., et al., IL-22-mediated renal metabolic reprogramming via PFKFB3 to treat kidney injury. Clin Transl Med, 2021. 11(2): p. e324.
END
文字|董佳馨
編輯|金鑫 潘艷艷【江蘇省人民醫(yī)院腎內(nèi)科】
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江蘇省人民醫(yī)院腎內(nèi)科
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