移植肾中NPM1乳酸化通过铁死亡触发波加剧移植物功能延迟恢复的机制研究

《Nature Communications》：Nucleophosmin 1 lactylation in graft kidney induces ferroptotic trigger waves that exacerbate delayed graft function

本研究针对肾移植后常见的移植物功能延迟恢复（DGF）难题，揭示了缺血再灌注损伤（IRI）中乳酸代谢重编程驱动铁死亡传播的新机制。研究人员发现，损伤肾小管细胞通过lncRNA IGIP-5/miR-670-3p/LDHA轴促进乳酸分泌，诱导相邻细胞发生AARS1介导的NPM1蛋白K257位点乳酸化，进而稳定NPM1蛋白并抑制SLC7A11表达，最终通过破坏胱氨酸/半胱氨酸/GSH代谢通路引发铁死亡传播。该研究不仅阐明了乳酸-NPM1乳酸化轴在铁死亡传播中的关键作用，还开发了基于术后尿乳酸（ULa-2d）的DGF早期预测模型，为临床防治提供了新靶点。

　　

在肾移植领域，移植物功能延迟恢复（DGF）始终是影响患者预后的重要临床挑战。其核心病理生理基础是移植肾在获取、保存和植入过程中不可避免经历的缺血再灌注损伤（IRI）。随着心脏死亡器官捐献和扩大标准供体的广泛应用，IRI导致的DGF问题日益突出。尽管研究表明铁死亡（ferroptosis）在肾脏IRI中发挥关键作用，且铁死亡触发波（ferroptotic trigger waves）能够以非自主方式长距离传播并加剧组织损伤，但其背后的分子机制，特别是代谢与表观遗传的交叉调控网络，仍有待深入探索。

针对这一科学难题，重庆医科大学附属第一医院泌尿外科李新远教授团队在《Nature Communications》发表了重要研究成果。研究人员通过整合临床队列分析、动物模型和细胞实验，系统揭示了乳酸代谢重编程驱动的蛋白质乳酸化修饰在铁死亡传播中的核心作用。研究发现，损伤肾小管上皮细胞（IR-RC）中异常激活的lncRNA IGIP-5/miR-670-3p/LDHA信号轴促进糖酵解和乳酸分泌，这些乳酸通过单羧酸转运蛋白（MCT4/MCT1）穿梭至邻近正常肾小管细胞，诱导核磷蛋白1（NPM1）在257位赖氨酸（K257）发生乳酸化修饰。这种由丙氨酰-tRNA合成酶1（AARS1）催化的翻译后修饰增强了NPM1蛋白稳定性，通过抑制其与E3泛素连接酶MDM2的相互作用，减少泛素化降解。稳定的NPM1蛋白进一步强化了对溶质载体家族7成员11（SLC7A11）的转录抑制，破坏胱氨酸/半胱氨酸/谷胱甘肽（GSH）代谢轴，最终触发铁死亡传播浪潮，导致DGF。

研究采用多组学技术（代谢组学、乳酸化修饰组学、RNA测序、ChIP测序）结合基因编辑（CRISPR-Cas9）、分子对接筛选和表面等离子共振（SPR）等技术，在150例肾移植受者临床队列和小鼠同种异体肾移植模型中进行验证。关键实验包括构建条件性基因敲除小鼠（AARS1^CKO、SLC16A3^CKO）、体外乳酸化反应体系、蛋白质稳定性检测和免疫共沉淀等。

乳酸代谢上调与移植物肾功能下降相关

代谢组学分析显示，小鼠肾脏IRI后乳酸浓度随时间依赖性增加，与肾功能指标血清肌酐（SCr）呈正相关。临床数据显示，DGF患者术后第2天和第7天尿乳酸（ULa-2d、ULa-7d）浓度显著高于非DGF患者，且ULa-2d是DGF的独立危险因素（调整后优势比=4.27），其受试者工作特征曲线下面积（AUC）达0.859，预测性能优于传统标志物。

IR-RC来源的乳酸通过抑制胱氨酸代谢诱导铁死亡传播

体内外实验证实，抑制糖酵解减少乳酸生成可减轻铁死亡和肾功能损伤，而乳酸处理则加剧铁死亡。机制上，IR-RC的条件培养基（IR-CM）通过MCT4/MCT1介导的乳酸穿梭，抑制正常HK-2细胞中SLC7A11表达和胱氨酸/半胱氨酸/GSH代谢，却不影响GPX4或ACSL4等铁死亡调节因子。

lncRNA IGIP-5/miR-670-3p/LDHA轴促进IR-RC乳酸生成

研究发现lncRNA IGIP-5在IRI肾脏中时间依赖性上调，并通过海绵吸附miR-670-3p解除其对LDHA的抑制，促进糖酵解和乳酸产生。该轴心调控IR-CM对邻近细胞铁死亡的诱导作用。

乳酸诱导NPM1 K257乳酸化抑制SLC7A11表达

乳酸化修饰组学鉴定NPM1为关键乳酸化蛋白。体内外实验证实IR-CM或乳酸处理可诱导NPM1 K257乳酸化，而K257R突变或AARS1敲低则阻断此过程。乳酸化增强NPM1与SLC7A11启动子结合，抑制其转录，且K257R突变体丧失此调控能力。

NPM1乳酸化通过抑制MDM2介导的泛素化增强蛋白稳定性

环己酰亚胺追踪实验显示乳酸处理延长野生型NPM1半衰期，而K257R突变体不受影响。机制上，乳酸化减弱NPM1与MDM2相互作用，减少泛素化降解，从而稳定NPM1蛋白。

抑制AARS1介导的NPM1乳酸化阻断铁死亡传播

AARS1被鉴定为催化NPM1乳酸化的乳酸转移酶。AARS1敲低或竞争性抑制剂β-alanine处理均抑制NPM1乳酸化和铁死亡。重要的是，乳酸转移酶功能缺失突变体（AARS1-5M）无法恢复铁死亡，证实该过程独立于AARS1的蛋白质翻译功能。

靶向NPM1乳酸化改善移植肾功能

小鼠移植模型证实，条件性敲低AARS1或MCT4（SLC16A3）可降低肾脏组织乳酸化水平、上调SLC7A11表达、抑制铁死亡并改善肾功能。通过分子对接筛选发现牛磺鹅去氧胆酸（TCDCA）与NPM1 K257区域具有高亲和力（K_D=2.09×10^?5M），体内外实验证实TCDCA可抑制NPM1乳酸化，减轻铁死亡和IRI。

该研究创新性地揭示了乳酸代谢重编程与蛋白质乳酸化修饰在铁死亡传播中的桥梁作用，提出了“代谢-表观遗传”交叉调控新范式。不仅阐明了DGF发生的新机制，还开发了无创生物标志物（ULa-2d）和潜在治疗策略（TCDCA），为改善肾移植预后提供了重要理论依据和转化方向。未来需进一步探索组蛋白与非组蛋白乳酸化在铁死亡中的协同作用，以及TCDCA等靶向药物的临床前和临床评估。