BNIP3通过激活线粒体自噬减轻糖尿病肾病肾小管细胞损伤的作用与机制研究

《Biochemical Pharmacology》：Upregulation of BNIP3 alleviates renal tubular cell injury by activating mitophagy in diabetic nephropathy

本研究聚焦糖尿病肾病(DN)中肾小管损伤的防治难题，通过临床样本、动物模型及细胞实验，首次揭示转录因子STAT3调控BNIP3表达影响线粒体自噬的新机制。结果表明，上调BNIP3可显著改善db/db小鼠与高糖诱导的肾小管细胞损伤，为DN的靶向治疗提供了新型生物标志物和理论依据。

　　

糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy, DN）作为糖尿病最严重的微血管并发症之一，已成为全球慢性肾脏病（Chronic Kidney Disease, CKD）的主要病因。随着糖尿病患病率的持续攀升，DN所导致的肾纤维化、肾功能衰竭等严重后果，给患者和社会带来沉重负担。尽管当前治疗手段（如血糖控制、血压管理）能够延缓部分患者病情进展，但有效逆转肾小管损伤的针对性策略仍极为有限。近年来研究表明，线粒体自噬（mitophagy）——即细胞选择性清除受损线粒体的过程——在维持肾小管细胞稳态中发挥关键作用，但其在DN中的具体调控机制尚不明确。

为探索这一科学问题，安徽医科大学第一附属医院肾脏内科刘雪奇团队在《Biochemical Pharmacology》发表了题为“BNIP3通过激活线粒体自噬减轻糖尿病肾病肾小管细胞损伤”的研究。该研究通过多组学分析、临床病理关联实验、动物模型干预及分子机制验证，系统揭示了Bcl-2相互作用蛋白3（BNIP3）在DN中的表达规律、功能作用及上游调控机制。

研究首先对DN患者肾组织进行转录组测序，发现BNIP3是自噬相关差异表达基因中下调最显著的分子之一。进一步通过免疫组化、免疫荧光等技术证实，BNIP3主要表达于肾小管上皮细胞（尤其近端小管），其表达水平与患者尿白蛋白/肌酐比值（UACR）、肾小管萎缩/纤维化评分（IFTA）等临床病理指标呈显著负相关。在db/db糖尿病小鼠模型及高糖（High Glucose, HG）处理的鼠肾小管上皮细胞（MTECs）中，BNIP3表达同样显著降低，且与线粒体自噬活性下降、肾损伤分子-1（Kim-1）表达升高密切相关。

为明确BNIP3的功能，研究团队通过腺相关病毒AAV9介导的BNIP3过表达实验发现，上调BNIP3可显著减轻db/db小鼠的蛋白尿和肾小管损伤，并恢复线粒体自噬活性。在细胞实验中，BNIP3过表达不仅逆转了HG诱导的线粒体碎片化、膜电位下降及线粒体嵴结构破坏，还促进了LC3B与线粒体膜蛋白TOM20的共定位（即线粒体自噬体形成）。值得注意的是，即便使用线粒体自噬抑制剂Mdivi-1处理细胞，BNIP3过表达仍能部分恢复线粒体自噬相关蛋白（如PINK1、Parkin）的表达，说明BNIP3可能独立于经典PINK1/Parkin通路发挥作用。

机制层面，研究通过生物信息学分析预测STAT3、MYC、KLF5等多个转录因子可能结合BNIP3启动子。结合GTEx数据库及实验验证，STAT3与BNIP3表达呈最强正相关。在HG刺激的MTECs中敲低STAT3后，BNIP3表达显著上升；染色质免疫共沉淀（ChIP）实验进一步证实HG可增强STAT3与BNIP3启动子的结合。这一发现首次揭示了STAT3作为BNIP3转录抑制因子参与DN中线粒体自噬调控的新途径。

关键技术方法概述

研究整合临床队列（65例DN患者与20例正常对照）、db/db小鼠模型及高糖诱导的肾小管上皮细胞模型，采用转录组测序、免疫组化/免疫荧光、Western blot、透射电镜观察线粒体超微结构、JC-1/MitoTracker荧光探针评估线粒体膜电位与形态，并通过染色质免疫共沉淀（ChIP）验证转录因子与靶基因启动子的直接结合。

主要研究结果

1. 1.
   转录组测序揭示BNIP3为DN关键差异基因
   自噬相关基因中BNIP3在DN肾组织中下调最显著，且与线粒体自噬通路富集相关。
2. 2.
   BNIP3表达与DN临床病理严重程度负相关
   在DN患者中，BNIP3低表达与肾小球病变、小管间质纤维化及尿蛋白指标恶化显著相关。
3. 3.
   BNIP3过表达缓解动物模型肾损伤
   AAV9-BNIP3治疗显著降低db/db小鼠尿蛋白水平，改善肾小管病理损伤与线粒体自噬活性。
4. 4.
   BNIP3恢复细胞模型线粒体功能
   在高糖或Mdivi-1处理的MTECs中，BNIP3过表达逆转线粒体形态异常、膜电位崩溃及自噬流受阻。
5. 5.
   STAT3直接转录抑制BNIP3表达
   STAT3通过结合BNIP3启动子负调控其转录，敲低STAT3可部分逆转高糖引起的BNIP3下调。

结论与意义

本研究首次阐明BNIP3在DN肾小管损伤中的保护作用及其受STAT3转录抑制的调控机制。BNIP3通过激活线粒体自噬维持线粒体质量控制，减轻高糖环境下的细胞应激与凋亡。该发现不仅为DN的发病机制提供了新的分子视角，也为开发以BNIP3为靶点的诊断生物标志物及治疗策略（如STAT3抑制剂或BNIP3激动剂）奠定了实验基础。未来针对BNIP3-线粒体自噬轴的研究有望为糖尿病肾病的精准干预开辟新途径。