表观遗传调控在急性肾损伤向慢性化转归中的作用和机制

The long-term follow-up survey has demonstrated that approximately 1/4 patients with acute kidney injury (AKI) progress to chronic kidney disease, however, the regulatory mechanism in this process is not clear yet. Our previous studies have shown that following acute severe ischemic AKI in mice, renal EGFR expression is persistently upregulated, which is accompanied by activation of myofibroblasts and deposition of extracellular metrix. Inhibiting EGFR remarkably reduces these responses. In a mouse model of unilateral ureteral obstruction, blockage of class I histone deacetylases (HDACs) also attenuates renal fibrosis, and suppresses activation of epidermal growth factor receptor (EGFR) and transforming growth factor receptor-beta/Smad-3 signaling pathways. On this basis, we speculate that class I HDACs-mediated activation of fibrogenetic signaling pathways would be associated with the progression of AKI to chronic kidney disease (CKD). In this grant proposal, we will utilize the mouse models of acute ischemic and nephrotoxic AKI, class I HDAC inhibitors and multiple molecular techniques to (1) assess the role of class I HDACs in the progression of AKI to CKD, (2)examine the roles of class I HDACs in regulating production of profibrotic growth factors and activation of renal interstitial fibroblasts, and (3) explore the expression and activation of multiple growth factor receptors associated with renal fibrogensis. This study would provide the molecular basis for AKI progression to CKD and development of novel approaches for prevention and alleviation of this process.

长期随访研究显示，约有1/4的急性肾损伤患者演变为慢性肾脏病，但分子调控机制不明。前期研究结果表明: 小鼠急性严重肾缺血损伤后，肾脏表皮生长因子受体持续上调，成纤维细胞活化，细胞外基质沉积， 阻断表皮生长因子受体明显减轻这些反应。在小鼠输尿管结扎致肾纤维化模型，阻断表观遗传调控分子之一的I类组蛋白去乙酰化酶（HDAC），也使肾脏纤维化减轻，表皮生长因子受体和TGF-β/Smad信号通路抑制。推测Ｉ类HDAC介导的纤维化通路活化与急性肾损伤后向慢性化转归密切相关。本项目拟利用小鼠急性肾缺血和中毒模型，I类HDAC抑制剂和多项分子生物学技术验证此假说。首先评估I类HDAC在急性肾损伤向慢性化转归中的作用；然后检查其在急性肾损伤后致纤维化因子产生和肾成纤维细胞活化中的作用；最后探讨其在多个纤维化相关受体表达和激活中的作用和机制。为阐明急性肾损伤向慢性化转归的调控机制，制定防治策略提供理论依据。

急性肾损伤和慢性肾脏病是肾脏病领域两个常见病，而且有1/4的急性肾损伤患者病转变为慢性肾脏病患者，目前尚无有效的药物阻断急性肾损伤发生和延缓慢性肾脏病的进展。本研究项目从表观遗传学角度，深入研究了急性肾损伤和慢性肾脏病发病机制，发现组蛋白去乙酰化酶以及相关的蛋白分子在此两种疾病中发挥重要调控作用。首先，在小鼠的急性肾损伤（AKI）模型，我们发现药物抑制II类组蛋白去乙酰化酶6 （HDAC6）明显改善肾功能， 减轻肾小管上皮细胞的损伤；而在单侧输尿管结扎慢性肾损伤模型，激活III类HDAC中的 Sirt1家诱导肾脏间质成纤维细胞的活化并加重肾脏纤维化； HDAC通过表观识别蛋白结构域（BET）而发挥对基因转录的调控作用；应用Bet蛋白的小分子阻断剂I-BET151明显抑制成纤维细胞活化以及肾脏纤维化。这些研究提示，HDAC6和Sirt1介导急慢性肾损伤的发生与发展。其次， 我们发现，Sirt1促进EGFR等生长因子受体以及Smad3通路等促纤维化信号通路的激活。鉴于EGFR 主要表达在肾脏上皮细胞，并参与肾间质成纤维细胞的活化，而Src（一种非受体酪氨酸激酶）是介导EGFR 转化激活的关键酶之一，故进一步研究了它们在急性肾损伤、肾脏纤维化和/或腹膜纤维化中的作用，发现Src 介导急性肾损伤和腹膜纤维化，EGFR在尿酸性肾病以及腹膜纤维化中发挥重要调控作用。另外， 由于组蛋白甲基化转移酶与HDAC都通过转录调控而发挥作用，并且EZH2抑制剂可协同HDAC抑制剂的发挥抗肿瘤效应, 因此，我们也检查了EZH2在急慢性肾损伤中的作用。 药物或siRNA介导的EZH2沉默抑制肾成纤维细胞的活化，3-deazaneplanocin A阻断EZH2也明显缓解单侧输尿管结扎诱导的肾脏纤维化，此外，抑制EZH2纤维化阻断多个促纤维化信号通路如TGF-beta，EGFR和STAT3，提示EZH2介导肾脏纤维化的发生与发展；最后，我们发现在急性肾损伤小鼠模型，药物抑制EZH2可改善肾功能，减轻急性肾小管损伤，同时恢复肾小管保护性蛋白E-cadherin和RKIP的表达水平, 并抑制基质金属蛋白酶MMP2和MMP9的表达。总之，本研究结果提示HDACs及其相关蛋白分子在急慢性肾损伤过程中发挥重要作用，为急慢性肾损伤的治疗提供了新的靶点。