黏着斑激酶FAK在多囊肾病中的作用及其机制研究

Autosomal dominant polycystic kidney disease（ADPKD）is the most common monogenic inherited kidney disease, accounting for the fourth leading cause of end-stage renal failure in China. The excessive proliferation of cystic epithelial cells can lead to changes of EMT and fibroblasts in renal tubulointerstitial, renal fibrosis is identified as the most significant pathologic feature promoting ADPKD progression to end-stage renal disease (ESRD). Based on previous founding that the expression and activity of FAK related to multiple important signaling pathways participating in PKD development increased in Pkd1 gene knock-out mice, and FAK inhibitors can inhibit the growth of cysts in MDCK cystic and embryonic renal cystic models, we proposed a hypothesis “FAK is a key signaling molecule that regulates the development of PKD cysts and interstitial disease; targeting FAK can be an effective drug target for delaying or treating ADPKD progression. Using cell, organ, cystic mice model and Pkd1 and Fak double knock out mice model, to study the integration functions of Fak in TGF-beta and ECM dependent signaling pathways, to elucidate the roles and mechanisms of FAK in ADPKD cystic formation and interstitial diseases, to provide powerful evidences for finding the novel drug targets of prevention and treatment of ADPKD.

常染色体显性遗传多囊肾病（ADPKD）是最常见的单基因遗传性肾病，占我国终末期肾衰竭病因的第四位。囊泡上皮细胞的过度增殖可引发上皮细胞EMT和间质成纤维细胞的变化，肾脏纤维化被确认为是促进ADPKD进展到终末期肾病的重要病理学特征。我们在前期发现Pkd1基因敲除小鼠中，参与PKD发生发展的多条重要信号途径的“交汇点”蛋白FAK表达和活性增加；FAK抑制剂可抑制MDCK囊泡和胚胎肾囊泡模型中囊泡生长的基础上，提出“FAK是调节PKD囊泡和间质病变发生发展的关键信号分子；靶向于FAK可成为延缓或治疗ADPKD进展的有效药物靶点”的科学假说。采用细胞、器官、小鼠囊泡模型和Pkd1和Fak双敲小鼠模型等，通过研究FAK在cAMP-PKA、TGF-beta和ECM依赖的信号通路中的整合作用，阐明FAK在ADPKD囊泡形成和间质病变中的作用及机制，为发现新的防治ADPKD药物靶点提供证据。

尽管ADPKD发生的遗传学病因已经很明确，Pkd1或Pkd2基因突变导致肾囊泡的发生、发展及其终末期导致肾衰的病理生理机制尚不明确。为了寻找对PKD的发生和发展具有重要作用的早期靶基因，我们对出生后第一天的Pkd1基因敲除小鼠肾脏进行转录组测序，发现了一系列潜在的药物靶点。其中，黏着斑激酶FAK可调控多个增殖信号，影响肿瘤生长。但目前有关 FAK 在 ADPKD 囊泡发生发展中的作用、是否参与调控肾囊泡上皮细胞的异常增殖及是否可以作为治疗 ADPKD 的药物靶点尚不清楚。.本研究分别采用了人源性肾脏囊泡上皮细胞（OX-161）、三维基质胶囊泡模型、胚胎肾囊泡模型、肾脏组织特异性敲除和集合管特异性敲除 Pkd1 的多囊肾小鼠模型，探究了 FAK 在 PKD 囊泡生长中的作用。研究发现 FAK 在 PKD 肾脏组织囊泡上皮细胞中表达水平明显升高。FAK 酪氨酸残基自磷酸化位点 397磷酸化水平也明显升高，其主要聚集表达于肾脏囊泡上皮细胞顶膜和基底侧膜。体外实验中，免疫印迹方法检测 OX-161 细胞发现，相比正常肾小管上皮细胞 UCL-93，FAK的表达及其活化水平均显著增高。采用 FAK 抑制剂可明显抑制 OX-161 细胞增殖和毛喉素刺激的 3D 基质胶囊泡模型中囊泡的生长。在器官模型中，FAK 抑制剂也可一定程度不可逆地阻滞 8-溴环磷酸腺苷诱导的胚胎肾囊泡的生长。在动物模型中，给予 FAK 抑制剂治疗不仅阻滞肾脏特异性 Pkd1 缺失小鼠的肾脏囊泡发展，而且可延缓集合管特异性 Pkd1 缺失小鼠的疾病病程，降低肾脏指数和囊性指数并改善肾脏功能。相比 FAK 抑制剂 GSK2256098 和 defactinib hydrochloride，同等剂量的 VS-4718 在体内外对囊泡生长的抑制效果最佳。FAK抑制剂可显著抑制 mTOR和ERK信号通路，阻滞细胞增殖。本研究首次发现 FAK 参与介导 Pkd1 缺失引起 cAMP/PKA 信号活化所诱导的囊泡发生发展。异常活化的 FAK 可激活 Src，上调 mTOR 和 ERK 信号从而促进囊泡上皮细胞增殖过程。我们的结果提示，FAK 可作为治疗 ADPKD 的药物靶点，其选择性抑制剂有可能研发成为治疗 ADPKD 的新药。同时，对其他靶点进行了验证，并筛选得到了小豆寇明、灵芝三萜、1-茚酮、黄柏酮等。