镉通过MLKL-Drp1轴触发线粒体氧化应激导致大鼠肾脏坏死性炎症的机制研究

本研究针对镉(Cd)诱导的急性肾损伤(AKI)中过度炎症反应缺乏有效疗法的难题，揭示了坏死性凋亡(necroptosis)通过MLKL-Drp1轴诱导线粒体氧化应激(mtROS)促进坏死性炎症(necroinflammation)的新机制。研究人员通过体内外实验证实，Cd暴露激活RIPK3/MLKL通路，促使MLKL线粒体转位并招募Drp1，导致线粒体过度分裂和mtROS爆发，进而激活NLRP3炎症小体。该研究为Cd肾毒性防治提供了MLKL-Drp1轴这一潜在治疗靶点，具有重要临床意义。

　　

环境重金属污染已成为全球性健康威胁，其中镉(Cd)因其长生物半衰期(1-3十年)和强蓄积性，对肾脏等靶器官造成严重损害。尽管已知Cd暴露会导致急性肾损伤(AKI)伴过度炎症反应，但其分子机制尚未阐明，临床也缺乏特异性治疗策略。近年研究发现，坏死性凋亡(necroptosis)作为一种新型程序性细胞死亡方式，通过释放损伤相关分子模式(DAMPs)触发炎症级联反应，形成"坏死性炎症(necroinflammation)"的恶性循环。但Cd是否通过该途径导致肾损伤，特别是其中线粒体稳态失衡的具体机制，仍是未解之谜。

为回答这一科学问题，山东农业大学的Cai-Yu Lian等研究人员在《Journal of Advanced Research》发表了创新性研究。该团队采用RNA测序、分子对接、免疫共沉淀等关键技术，结合大鼠AKI模型和肾小管上皮细胞(NRK-52E)实验，系统阐明了Cd通过MLKL-Drp1轴破坏线粒体稳态的新机制。研究主要运用了以下方法：(1)建立CdCl₂
诱导的大鼠AKI模型，检测肾功能指标和病理变化；(2)RNA测序分析差异表达基因和通路富集；(3)体外培养NRK-52E细胞，采用siRNA基因沉默技术敲低MLKL表达；(4)通过免疫荧光、Western blot等技术检测蛋白表达和定位；(5)分子对接预测MLKL与Drp1的相互作用；(6)使用Mito-TEMPO和Mdivi-1分别干预mtROS和Drp1活性。

Necroinflammation is involved in Cd-induced acute kidney injury
研究发现Cd暴露大鼠肾脏中坏死性凋亡标志物RIPK3、p-MLKL及炎症因子NLRP3、IL-1β显著升高，而凋亡相关蛋白caspase-3/8/9活性降低，证实坏死性炎症而非凋亡是Cd-AKI的主要特征。RNA测序显示线粒体分裂相关基因Drp1显著上调。

MLKL is an executioner of Cd-induced cytotoxicity in NRK-52E cells
细胞实验证实Cd呈剂量依赖性诱导肾小管上皮细胞死亡，低剂量(5 μM)引发凋亡，高剂量(10-20 μM)则转为坏死性凋亡。MLKL siRNA可显著减轻Cd诱导的细胞毒性，表明MLKL是Cd毒性的关键执行者。

MLKL activation is responsible for Cd-triggered NLRP3 inflammasome cascade
Cd剂量依赖性激活NLRP3炎症小体和HMGB1释放，而MLKL敲除可逆转这一现象，证实MLKL是Cd诱发炎症反应的核心介质。

MLKL-mediated mitochondrial oxidative stress accounts for Cd-induced necroinflammation
激光共聚焦显示Cd促进p-MLKL线粒体转位，伴随ATP减少和mtROS爆发。线粒体靶向抗氧化剂Mito-TEMPO可减轻炎症反应，证实mtROS是坏死性炎症的关键效应分子。

Drp1 is a target of MLKL in Cd-induced mitochondrial oxidative stress
分子对接揭示MLKL的Trp-195/Lys197/Arg-357与Drp1的Ser-371/Glu-369/Glu723形成稳定复合物(-156.6 kcal/mol结合能)。免疫共沉淀证实Cd增强MLKL-Drp1相互作用，导致线粒体过度分裂。

MLKL-decreased antioxidant capacity aggravated Cd-induced mitochondrial oxidative stress
研究发现MLKL激活引起线粒体钙([Ca²⁺
]_mit
)外流和mPTP开放，导致GSH-Px活性及NADPH/NADP⁺
比值下降，加剧氧化应激。

讨论部分指出，该研究首次阐明Cd通过MLKL-Drp1轴破坏线粒体稳态的新机制：(1)MLKL线粒体转位直接招募Drp1，引发线粒体过度分裂；(2)MLKL诱导线粒体钙外流，削弱抗氧化能力。这两条通路共同导致mtROS爆发，激活NLRP3炎症小体，形成坏死性炎症的恶性循环。研究创新性在于揭示了器官特异性坏死性凋亡的调控机制，为Cd肾毒性提供了MLKL-Drp1轴这一潜在治疗靶点。

该研究的临床意义在于：(1)解释了Cd-AKI中炎症过度激活的分子基础；(2)提出通过靶向MLKL-Drp1相互作用或使用Mdivi-1等Drp1抑制剂可能成为治疗策略；(3)为其他重金属中毒及坏死性炎症相关疾病研究提供了新思路。未来需在人类肾小管细胞(HK-2)和基因敲除动物模型中进一步验证这一机制，推动其向临床转化。