Renalase 通过调控PMCA4b/calcineurin/NFAT信号通路抑制慢性肾脏病心肌重构的分子机制研究

Cardiovascular diseases are the leading cause of patients with chronic kidney disease and left ventricular remodeling is an independent causal risk factor of cardiovascular death. It has been suggested that excessive activation of calcineurin/NFAT signaling pathway plays a crucial role in the pathogenesis of cardiac remodeling. Renalase, a kidney-derived cytokine, exerts cardio-protective effects. Previous studies of the applicant have found that renalase deficiency is present in CKD patients and overexpression of renalase attenuates hypertension, renal injury and cardiac remodeling in CKD rats. Recent study has reported that cellular membrane PMCA4b serves as a specific receptor for renalase. Moreover, previous study has demonstrated that PMCA4b antagonizes cardiac hypertrophy though inhibition of calcineurin/NFAT pathway. Based on this, the applicants speculate that renalase may regulate cardiac remodeling through PMCA4b/calcineurin/NFAT pathway. By using conditional knockout of renalase in tubular cells, manipulation of PMCA4b expression and renalase peptides without any intrinsic enzymatic activity, the effects of renalase on cardiac remodeling will be observed in mice of CKD and left ventricular hypertrophy models. In vivo and in vitro experiments will also be performed to elucidate the underlying mechanisms. Thus, this study will provide us a novel strategy for therapeutic intervention of cardiovascular diseases in CKD.

心血管疾病是造成CKD死亡的最主要原因，其中左心室重构是患者心因死亡的独立致病危险因素。研究发现calcineurin/NFAT通路的过度激活在CKD心肌重构发病中起重要作用。Renalase是一种由肾脏分泌，具有心脏保护作用的细胞因子。申请人前期研究发现CKD患者存在renalase缺乏；过表达renalase可改善CKD大鼠肾功能、降低血压并延缓心肌重构。近期研究发现，细胞膜表面的PMCA4b是renalase的受体，且既往研究发现PMCA4b可通过抑制calcineurin/NFAT激活拮抗心肌肥厚。因此，申请人推测renalase通过调控PMCA4b/calcineurin/NFAT信号通路抑制心肌重构。本项目拟在CKD及左心室肥厚模型中，观察条件性敲除renalase、干预PMCA4b及无活性renalase肽段对心肌重构的影响，并在体内外探究其分子机制，为临床防治拓展新思路。

我们既往研究发现 renalase 可以减轻 5/6 肾切除大鼠肾损伤、改善高血压及心肌肥厚。但是，renalase 在 CKD 中是否具有独立于高血压、肾功能改善的、直接的心血管保护作用尚未得到证实。在本课题中，我们旨在明确 renalase 在 CKD 中对心脏的直接保护作用，且其作用独立于肾功能、血压的改善，并对其作用机制进行探索。研究发现：1. 在 5/6 肾切除模型中，Renalase 敲除可显著加重 CKD 诱导的心肌肥厚及纤维化。心肌特异性过表达 renalase 可显著减轻 CKD 引起的心肌重构，但对高血压及血清肌酐无明显影响，提示其保护作用不依赖于肾功能、血压的改善；2. RP-220 作为 renalase 的信号肽多肽，同样可以减轻小鼠 CKD 引起的心肌重构及纤维化。3. RNA-seq 分析结果示 renalase 引起的差异表达基因在 PI3K-AKT 和细胞外基质（extracellular matrix, ECM）通路中显著富集。GSEA 结果显示 renalase 可下调在 CKD 表型中上调的肌生成、上皮间质转化、血管生成、凝血、凋亡等HALLMARK 基因集；Renalase 过表达时可显著上调磷脂酰肌醇信号系统以及肌醇磷酸代谢等 KEGG 基因集。通过在小鼠及人类的心脏转录组数据中分析Renalase与PI3K通路相关因子进行相关性分析，发现其上游因子FGF1与Renalase表达显著正相关。4. 体外实验证实 renalase 和 RP-220 可上调 CFs 中 FGF1 表达，降低由 TGF-β 刺激引起的的 α-SMA 升高，减轻纤维化。.Renalase 及其多肽片段 RP-220 可减轻 5/6 肾切除 CKD 小鼠模型心肌肥厚和纤维化，发挥直接的心脏保护作用，其作用不依赖于血压、肾功能的改善，也不依赖于其酶学功能。其分子机制很可能是通过调控 PI3K-AKT 信号通路和ECM 抑制心肌纤维化。通过本研究我们认为 renalase 是合并心血管疾病 CKD 患者极具潜力的治疗靶点，值得进一步研究。