HIF-1调控ABCG2保护肾脏边缘群细胞抵抗低氧损伤的机制

肾脏边缘群（SP）细胞具有肾保护功能，探索增强其存活的调控机制有益于寻找急性肾损伤重建的治疗靶点。我们前期研究证实，ABCG2是肾脏SP细胞存活的功能蛋白，其表达受ERK 1/2通路调控。缺氧诱导因子-1（HIF-1）是ERK1/2调控的下游分子，而ABCG2是HIF-1的靶基因。因此，我们推测低氧诱导肾脏SP细胞Akt和ERK1/2的活化，从而增加HIF-1的表达，进而调控ABCG2的转录，发挥其细胞保护功能。本研究拟首先评价Akt和ERK1/2信号通路在HIF-1表达和活化中的作用；进而通过基因转染上调和下调HIF-1基因，利用双荧光素酶报告基因系统、ChIP和EMSA法评价HIF-1在低氧下SP细胞存活和ABCG2活性方面的调控机制；最后，以HIF-1分子作为治疗靶点，通过体内试验研究HIF-1对肾脏SP细胞显型和肾保护功能的影响，从而为临床操纵肾脏SP细胞重建受损肾脏奠定理论基础。

背景和目的：肾脏边缘群（side population，SP，也叫侧群）细胞已经被证实是富集肾脏干/祖细胞的细胞群，体外培养具有多向分化潜能，体内移植可以促进受损肾脏的修复。因此，本课题进一步研究其基本表型乳腺癌耐药蛋白(BCRP1/ABCG2)及潜在的上游信号通路在肾脏SP细胞抵抗缺血/缺氧损伤中的修复机制。..方法和结果：1）ABCG2特异性表达在肾脏SP细胞。2）与非SP细胞相比，低氧再复氧（H/R）诱导的SP细胞的细胞核、线粒体和膜损害较轻。3）与非SP细胞相比，SP细胞移植明显改善了肾脏缺血再灌注（I/R）损伤小鼠的肾功能、细胞增殖和存活；ABCG2抑制剂维拉帕米明显降低了肾脏SP细胞的肾保护功能。4）H/R和I/R均诱导肾脏SP细胞Akt磷酸化、ERK 1/2磷酸化、HIF-1α活化和ABCG2表达的增加。5）LY294002（PI3K/Akt通路抑制剂）和U0126（MEK/ERK通路抑制剂）不仅降低了H/R下SP细胞的HIF-1α活化和ABCG2表达，也抑制了H/R下肾脏SP细胞的体外存活能力。6）通过去铁胺（DFX）和氯化钴（CoCl2）诱导HIF-1α的活化，导致常氧下SP细胞ABCG2蛋白表达和H/R下存活能力的增加；siHIF-1α转染抑制了低氧下ABCG2蛋白表达和增加了肾脏SP细胞凋亡。7）染色质免疫共沉淀（ChIP）和凝胶电泳迁移率试验（EMSA）证实ABCG2启动子距转录起始位点的-116至-112存在 HIF-1 的结合位点。8）肾脏I/R损伤后第1天，肾脏SP细胞明显减少，在损伤后第7天恢复至正常水平。9）体外和体内低氧均诱导肾脏SP细胞分泌血管内皮生长因子、胰岛素样生长因子、肝细胞生长因子和基质细胞衍生因子-1α分泌的增加。10）流式细胞术分析证实，肾脏I/R损伤后，肾脏SP细胞的增殖明显高于非SP细胞。11）流式细胞术分析显示，与假手术组相比较，I/R明显增加了缺血肾脏内造血干细胞标记CD45和c-kit的增加。..结论：PI3K/Akt-HIF-1α-ABCG2通路和MEK/ERK-HIF-1α-ABCG2通路在肾脏SP细胞抵抗缺血/缺氧损伤中发挥了重要作用。肾脏I/R损伤后，受损肾脏常驻SP细胞的自身增殖和骨髓来源细胞向缺血肾脏的定居参与了受损肾脏SP细胞的修复过程。