ATM激酶在急性肾损伤后纤维化进展中的作用及机制研究

Our study has shown that epithelial cell cycle arrest in G2/M mediates kidney fibrosis after acute kidney injury (AKI). The activation of ATM kinase pathway has been confirmed to be the trigger of epithelial G2/M arrest in AKI. However, the exact mechanism of how ATM pathway is regulated and how it is involved in the continuous progression of fibrosis has not been fully elucidated. The main purpose of this study is to confirm the hypothesis: ATM pathway, activated after AKI, maintains a premature senescent status of the G2/M arrested epithelial cells, which thus contributes to the progression of fibrosis through a proinflammatory and profibrotic paracrine profile. In this study, we are going to take advantage of various AKI mice models and proximal tubular cells cultured in vitro. We will investigate the possible factors that are responsible for the activation of ATM pathway. Premature senescence will be examined both in vivo and in vitro and the paracrine profile will be tested through Luminex assay. Related signaling pathways will be investigated. We will also develop interventional studies based on the results. This study will establish the important mechanism of tubular cells "fibrotic repair" after AKI and provide possible targets for the further therapeutic studies.

急性肾损伤（AKI）后纤维化的发生发展是肾脏预后不良的根本原因。我们最新的研究发现，肾小管上皮细胞在AKI时发生细胞增殖周期G2/M阻滞从而导致纤维化，而ATM激酶通路的活化是肾小管上皮G2/M 阻滞的主要原因，但是其调控和作用机制尚未阐明。有研究显示，ATM通路可介导氧化应激等诱发的细胞早衰，后者在器官慢性纤维化中具重要意义。本课题拟在体外培养的近端肾小管上皮细胞以及AKI小鼠模型中证实：ATM通路在诱导肾小管上皮细胞G2/M阻滞后进一步诱导细胞早衰；早衰的上皮细胞通过促炎症和促纤维化的旁分泌效应导致AKI后纤维化的持续进展。本研究还将深入探讨ATM通路诱导细胞早衰以及促进炎症和纤维化的相关细胞分子生物学机制，并且阐明ATM激酶活化的原因和调控机制。在研究结果基础上将选择不同环节的作用分子在AKI模型中进行干预研究。本课题将为阐明AKI后纤维化进程的发病机制提供新的理论依据和研究方向。

急性肾损伤（AKI）后纤维化的发生发展是肾脏预后不良的根本原因。研究发现，肾小管上皮细胞在AKI早期发生的细胞周期G2/M阻滞是启动纤维化发生的重要机制，而ATM激酶的活化是肾小管上皮细胞G2/M 阻滞的主要原因，但是其调控和作用机制尚未阐明。此外，发生G2/M阻滞的肾小管细胞在AKI后期的组织修复过程中具有何种作用亦未明确。本课题在不同AKI小鼠模型以及体外培养的近端肾小管上皮细胞中研究证实，DNA损伤是肾小管细胞ATM激酶活化的主要途径，后者通过P53/P21通路引起细胞周期G2/M阻滞。进一步研究发现，ATM激活诱导的G2/M阻滞细胞在继续培养过程中发生细胞衰老，而应用缺氧/复氧、H2O2、TNFa刺激肾小管上皮细胞，在没有G2/M阻滞的基础上细胞仍然出现衰老现象，并且无论何种刺激导致的肾小管细胞衰老，均出现P16/Rb通路的活化，对此通路进行拮抗可以部分逆转细胞的衰老发生。接下来本课题探讨衰老细胞在AKI后期纤维化中的作用。研究结果显示，衰老的肾小管上皮细胞呈现促炎症、促纤维化分泌表型，应用NFB抑制剂可以部分抑制衰老细胞产生的促炎性、促纤维化生长因子水平。在纤维化转归的重度缺血再灌注肾损伤小鼠模型的肾组织重塑阶段，应用NFB抑制剂可以明显减轻后续的肾脏纤维化程度。课题组进一步在人类AKI中研究发现，无论不同年龄、性别、病因导致的急性肾小管/间质损伤，均出现不同程度的肾小管细胞衰老，并且与肾间质纤维化面积正相关、与肾脏功能回复程度负相关。综上所述，本课题研究表明，AKI后肾小管细胞DNA损伤诱导ATM/P53/P21通路活化，导致细胞周期G2/M阻滞，后者在启动AKI早期纤维化的同时，进一步发生细胞衰老。AKI的其它刺激，包括氧化应激性损伤、炎症性损伤等，亦可通过激活P16/Rb通路引起肾小管细胞发生衰老。衰老的肾小管细胞通过分泌促炎性因子、促纤维化因子在AKI组织重塑与慢性期参与炎症与纤维化的发展。针对细胞衰老的通路以及后续的促炎症促纤维化通路进行阻断，可能发现AKI后肾脏纤维化干预治疗的靶点。