TGF-β/Smad3调控上皮细胞程序性死亡增加2型糖尿病小鼠AKI敏感性的机制及靶向预防探索

It is reported that the incidence of Acute kidney injury (AKI) is significantly enhanced in mouse model and patients with Diabetes Mellitus (DM), however,the underlying mechanism is still obscure. TGF-β drives renal fibrosis, but its function in AKI remains controversial. Our preliminary data indicated that TGF-β/Smad3 promoted, rather than protected against, renal injury in AKI. It is of note TGF-β/Smad3 is highly activated in kidneys of DM mice, whether it acts as a key factor in enhancing the sensitivity of AKI in DM models is still to be determined. In the regard, we plan to block TGF-β/Smad in DM models or high glucose-cultured tubular epithelial cells respectively, and then induced AKI with ischemic-reperfusion and cisplatin to identify the role of TGF-β/Smad3 in regulating AKI sensitivity in DM model. Moreover, the correlated mechanisms will be explored by evaluating changes of apoptosis, necroptosis and inflammation. Considering the pathogenic role of Smad3, whether pretreatment of Smad3 inhibitor, to avoid the overactivation of Smad3, could prevent renal fibrosis and the incidence of AKI in DM model effectively.

研究表明糖尿病(DM)患者及小鼠模型中急性肾损伤（AKI）发生率明显高于正常人群，其具体分子机制尚未完全阐明。TGF-β是公认的促纤维化因子，而其在AKI中的功能尚存很大争议。申请人预实验结果表明，TGF-β/Smad3参与介导（而非保护）AKI的损伤。值得注意的是, 小鼠DM模型中肾脏TGF-β/Smad3高度激活,但其活化是否作为增加DM小鼠AKI敏感性的关键因素尚有待证明。因此本课题拟在DM小鼠模型及高糖刺激的肾小管上皮细胞分别依次阻断TGF-β及下游Smad3, 并诱发缺血性和肾毒性AKI模型，证实TGF-β/Smad3对DM小鼠AKI敏感性的上调作用，从凋亡、程序性坏死及炎症反应等方面探讨其作用机制。鉴于Smad3信号的激活已确认是后期纤维化形成的主因，本课题拟在DM模型中预防性给予Smad3抑制剂以控制肾Smad3的激活水平，观察是否具有预防纤维化及减轻AKI并发症的双重功效。

糖尿病肾病是终末期肾病的主要病因。糖尿病患者中急性肾损伤（actue kidney injury, AKI）的发生率和严重程度均显著增加，值得注意的是，慢性肾脏疾病（chronic kidney disease, CKD）患者并发AKI常伴有肾脏异常修复和不良的预后，但其作用机制尚不明确，预防糖尿病肾病基础上并发AKI具有重要的临床价值及可行性。课题组检测到TGF-β/smad3信号在人活检肾脏标本和小鼠糖尿病肾病模型中均高度激活，敲除小鼠TGF-βII型受体（TGF-βRII）或下游效应蛋白Smad3均可以显著抑制顺铂诱导的急性肾损伤，基于此，我们推测糖尿病肾脏中Smad3信号的激活可能是AKI敏感性增高的关键因素。为了验证这个科学假说，课题组对TGF-βRII显性抑制的肾小管上皮细胞（TECs）进行了高葡萄糖（HG）、缺氧/复氧（H/R）或联合（HG+H/R）刺激的体外实验。同时通过对链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病肾病小鼠进行腺相关病毒介导的Smad3基因在体沉默，继而诱导缺血再灌注（I/R）损伤的AKI模型，检测Smad3在体内的功能。体外实验结果表明，与甘露醇对照组相比，HG培养的肾小管上皮细胞在经历缺氧/复氧（H/R）损伤后，细胞凋亡和氧化应激水平明显上调，但显性抑制TGF-βRII减轻细胞损伤。在动物实验中，与空载体对照相比，糖尿病肾脏中沉默Smad3基因显著减弱I/R诱导的肾脏损伤水平、程序性死亡、炎症和氧化应激反应。免疫印迹、免疫荧光、荧光素酶报告基因和免疫共沉淀结果共同提示，在HG和H/R的共同作用下，Smad3通过与细胞中的p53结合，增强其活性，促进肾小管上皮细胞发生凋亡。此外，染色质免疫共沉淀还提示Smad3与Nox4启动子区域结合，从而诱导活性氧的产生和炎症反应，这可能是Smad3促进糖尿病肾病并发AKI的另一个重要分子机制。综上所述，课题组研究结果表明Smad3的激活上调了糖尿病小鼠中AKI的敏感性。鉴于Smad3同时是治疗慢性肾纤维化的重要靶点，阻断Smad3可能对临床阻断慢性糖尿病肾病的进展和减少AKI并发几率具有双重作用。