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『CKD治療新靶點』武漢協和醫院張春教授團隊揭示UCP1緩解腎間質纖維化進展的機制!

2023年8月,華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院張春教授研究團隊在Journal of Translational Medicine (IF 7.4) 上發表題為“UCP1 alleviates renal interstitial fibrosis progression through oxidative stress pathway mediated by SIRT3 protein stability”的研究論文。文章揭示UCP1表達上調通過穩定SIRT3抑制氧化應激的發生,從而減少EMT和ECM的積累,最終緩解腎間質纖維化,研究結果為CKD的治療提供了新的指導和靶點。





研究背景

腎間質纖維化是不同病因慢性腎臟疾病(CKD)進行性發展的共同途徑,是導致終末期腎臟疾病的主要病理基礎,目前還沒有針對腎間質纖維化的特異性藥物。解偶聯蛋白1 (Uncoupling protein 1, UCP1)普遍存在于棕色脂肪中,是線粒體內膜的核編碼蛋白,在調節能量代謝和線粒體穩態中起重要作用。以往研究證明UCP1通過消除脂質積累或抑制氧化應激水平減輕急性腎損傷,然而UCP1在CKD發展中的生物學意義和潛在的調控機制尚不清楚。

研究結果
1、上調UCP1可顯著緩解腎間質纖維化
作者發現腎間質纖維化患者腎小管、UUO小鼠腎組織和TGF-β1刺激的HK2細胞中UCP1的表達明顯降低,提示UCP1可能參與了腎間質纖維化的發生發展,隨后將Ad-UCP1注入小鼠腎皮質,構建UCP1表達上調的動物模型。蘇木精和Masson染色結果顯示,UUO模型中UCP1過表達明顯改善腎臟形態,減輕腎間質纖維化;UCP1上調后,間充質細胞標志物α-SMA過表達和上皮標志物E-cadherin缺失現象明顯改善,纖維化標志物Fibronectin的表達也隨之降低。

圖1.上調UCP1可減輕UUO小鼠的EMT、ECM積累和腎間質纖維化


2、上調UCP1和CL316243治療通過抑制氧化應激反應改善腎間質纖維化

與腺病毒注射一致,CL316243(UCP1激活劑)處理也顯著降低了UUO模型中EMT水平和細胞外基質沉積,進一步證實UCP1在腎間質纖維化中的重要作用。作者利用ROS熒光檢測試劑盒檢測發現,TGF-β1刺激的HK2細胞中熒光強度顯著增加,而過表達UCP1后熒光強度下降;另一方面UCP1過表達明顯降低TGF-β1刺激的HK2細胞中MDA含量,并恢復抗氧化酶SOD2和CAT的表達,使用CL316243處理可產生相似的效果。體內實驗中,注射Ad-UCP1和CL316243處理后,SOD2和CAT的表達明顯升高,而在UUO造模后,SOD2和CAT的表達降低。以上數據表明,上調UCP1和CL316243治療通過抑制氧化應激反應改善腎間質纖維化。


圖2. 上調UCP1和CL316243治療通過抑制氧化應激反應改善腎間質纖維化


3、UCP1通過調節SIRT3的穩定性來緩解ROS的產生

研究表明,去乙酰化修飾酶SIRT3可以提高ROS清除酶活性,穩定線粒體功能,使相關乙酰化蛋白去乙酰化,從而抑制線粒體中ROS的積累。作者進一步探討了UCP1及SIRT3兩者間的相關性。免疫組化染色分析發現在UUO小鼠模型中,SIRT3的表達隨著間質纖維化的加重以及TGF-β1刺激HK2細胞時間的延長而降低,此外SIRT3過表達改善了TGF-β1誘導的EMT、ECM聚集和ROS產生,同時過表達UCP1可顯著提高SIRT3的表達。下調SIRT3后,TGF-β1刺激組由UCP1過表達引起的EMT相關標志物和ROS減少得到顯著逆轉。綜上所述,UCP1在腎間質纖維化中表達明顯下調,升高UCP1的表達通過穩定SIRT3抑制氧化應激的發生,從而減少EMT和ECM的積累,最終緩解腎間質纖維化。


圖3. UCP1通過調節SIRT3的穩定性來緩解腎間質纖維化過程中ROS的產生


小結


研究結果表明UCP1是腎間質纖維化的重要標志物,上調UCP1和CL316243治療可激活SIRT3蛋白穩定性依賴的氧化應激途徑,抑制EMT和ECM積累,緩解腎間質纖維化的進展。這項研究確定了CKD治療的新靶點,并為開發新藥和聯合治療開辟了可能性。


圖4. UCP1在腎間質纖維化中的作用和機制圖

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