SIRT1通过代谢调控草酸钙结晶诱导的肾小管上皮细胞损伤的机制研究

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目的:草酸钙肾结石能够诱发肾脏炎症反应和损伤,从而进一步促进肾结石的形成和发展,损害肾脏功能,但其中潜在的分子机制目前仍未阐明。我们通过研究SIRT1调控草酸钙结晶引起的代谢异常及炎症损伤来揭示其在肾结石发生发展中的作用。方法:首先通过腹腔注射构建了肾草酸钙结晶造模组(Gly)与SIRT1过表达组(Gly+SRT1720)小鼠模型,收集小鼠肾脏行GC-MS非靶向代谢组检测差异代谢物。然后分析了原代骨髓来源巨噬细胞(BMDMs)的RNA-seq数据(GSE82043),筛选出能影响代谢产物及巨噬细胞极化的关键下游基因IRG-1。利用生物信息学网站筛选同时受SIRT1调控并能直接作用于下游基因的组蛋白H3K27me3。随后构建体外草酸钙结晶微环境共培养模型,利用Western Blot、q PCR、细胞荧光、透射电镜等一系列体外实验探究了SIRT1通过组蛋白调控下游炎症相关基因影响草酸钙结晶发生发展的机制,并且通过HE染色、PAS染色、TUNEL染色、免疫组化等实验技术在小鼠体内草酸钙晶体肾病模型中进行了验证。另外,在造模结束后对不同处理组小鼠进行了18F-FDG PET-CT延迟扫描显像,来观察肾脏炎症反应情况。结果:通过GC-MS非靶向代谢组分析,结果发现造模组和处理组小鼠肾脏中有机酸的代谢水平存在明显差异,尤其是琥珀酸(Succinate)和衣康酸(Itaconate)。同时,RNA-seq分析结果显示,IRG-1在活化巨噬细胞中明显高表达,而衣康酸正是由IRG-1编码。随后利用草酸钙结晶微环境共培养模型,通过一系列体外实验证明了SIRT1可能通过组蛋白H3K27me3调控IRG-1、SDHA和下游炎症基因的表达,从而抑制炎症反应和草酸钙晶体的沉积。并且这种作用也在体内小鼠草酸钙晶体肾病模型中得到了验证。PET-CT扫描也发现,与造模组相比,SIRT1的表达上调能明显改善肾脏炎症反应,同时透射电镜也观察到SIRT1对线粒体的保护作用。结论:SIRT1通过H3K27me3-IRG-1-SDHA通路来调节TCA循环重要代谢产物,增加抗炎抗氧化衣康酸的同时抑制SDHA氧化琥珀酸发挥其促炎效应。通过调控巨噬细胞表型极化,减少草酸钙诱导的巨噬细胞释放的炎症因子及活性氧,达到减轻炎症、氧化应激对肾小管上皮细胞的损伤。
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