mTORC1通过SGK1调节肾脏集合管钾分泌及其机制研究

Mammallian target of rapamycin complex 1(mTORC1) plays a central role in regulating cell growth and metabolism by integrating a variety of extra- and intra-cellular signals. However, its roles and mechanisms in regulation of potassium hemosis are still unknown. Our preliminary data show that specific deletion of Tsc1 in the priciple cell of the collecting duct using the cre-loxp technique resulted in hyperkaliemia and death of the mice about eight weeks after birth.Meanwhile, serum- and glucocorticoid- inducible kinase 1,a key regulator of potassium excretion in the collecting duct cell decreased dramatically.It is suggested that mTORC1 could regulate the patassium excretion of renal collecting duct via SGK1.Using the pricipal cell of the renal collecting duct -specific deletion of Tsc1 (mTORC1 overactivation), Raptor (inhibition of mTORC1) and primary collecting duct cell，collecting duct cell line M-1 as cellular and animal models, this project aims to investigate the roles of mTORC1 in regulation of the potassium excretion of collecting duct via SGK1 at the molecular, cellular and animal levels and underlying mechanisms. The project will provide new contents for the functions of mTORC1 and mechanisms of potassium excretion and homosis and new targets for prevention and treatment for potassium excretion dysfunction related diseases.

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物1(mTORC1)是接受细胞内外信号调节细胞生长与代谢的中心分子，但它在钾代谢调节中的作用与机制尚未见报道。课题组前期实验中构建了集合管上皮主细胞特异性敲除Tsc1基因的小鼠（mTORC1过度激活），发现该小鼠出现高钾血症致死，且mTORC1可负调节集合管细胞内调控钾分泌的关键激酶SGK1（Serum and Glucocorticoid inducible kinase 1），提示mTORC1可能通过SGK1调节集合管泌钾功能。本项目拟通过集合管主细胞特异性敲除Tsc1(mTORC1过度激活)、Raptor（mTORC1被抑制)基因的小鼠以及敲除这些基因的集合管上皮细胞、离体集合管等模型，研究mTORC1调节SGK1及肾脏集合管泌钾功能的作用及其分子机制，为钾代谢调节机制及mTORC1的功能研究增加新内容，为集合管功能障碍引起钾代谢失调的疾病防治提供新靶点。

哺乳动物雷帕霉素靶蛋白复合物 1(mTORC1)是接受细胞内外信号调节细胞生长与代谢的中心分子，但它在钾代谢调节中的作用与机制尚未见报道。本项目通过集合管主细胞特异性敲除 Tsc1(mTORC1 过度激活)、 Raptor（ mTORC1 被抑制)基因的小鼠以及敲除这些基因的集合管上皮细胞、离体集合管等模型，研究 mTORC1 调节 SGK1及肾脏集合管泌钾功能的作用及其分子机制。结果发现 1、集合管中 mTORC1 过度激活导致高血钾症；2、 mTORC1 过度激活导致集合管上皮柱状损伤和脱落；3、敲除鼠中出现的表型可被 mTORC1 的特异性抑制剂——雷帕霉素所逆转；4、 mTORC1 过度激活导致集合管细胞异常增殖和凋亡；5、内质网应激（ ER stress）是敲除鼠集合管细胞损伤和脱落的关键因素； 6、 mTORC1 过度激活导致集合管上皮钠通道（ ENaC）和钾通道（ ROMK）表达下降，钠钾-ATP 酶活力降低；7、 mTORC1 过度激活抑制了集合管 SGK1 的表达，并导致醛固酮抵抗；8、集合管主细胞特异性敲除Raptor不影响集合管的泌钾功能以及肾功能。以上重要发现表明正常的 mTORC1 活性对维持集合管的正常功能和机体钾平衡是重要而必需的，其活性过高会导致醛固酮抵抗和高血钾症。mTORC1 过度激活使敲除小鼠集合管 SGK1 表达显著下降是小鼠发生高血钾症的主要原因。这些研究成果为钾代谢调节机制及 mTORC1 的功能研究增加了新的内容，同时提示集合管 mTORC1 的活性可能可以作为高血钾诊断、预防和治疗的指标。本研究所构建的集合管特异性 Tsc1 敲除小鼠可作为全新的动物模型，用于对集合管特异性损伤所造成的高血钾作进一步的研究。本项目基本按照申请书的研究内容执行，取得了预期的实验结果，达到了原定的实验目标。研究成果发表SCI论文3篇，其中一篇发表在国际肾脏病的知名杂志J Am Soc Nephrol. （ IF： 9.466） 上。