IER3通过抑制PRDX5线粒体转位驱动脓毒症相关急性肾损伤向慢性肾病转变的机制研究

《Cellular and Molecular Life Sciences》：IER3 drives the transition from sepsis-associated AKI to CKD by suppressing the mitochondrial translocation of PRDX5

本研究针对脓毒症相关急性肾损伤(SA-AKI)向慢性肾病(CKD)转变缺乏有效干预策略的临床难题，通过单细胞测序发现立即早期反应基因3(IER3)在衰老肾小管上皮细胞(RTECs)中显著上调。研究人员采用基因敲除小鼠模型证实IER3缺失可减轻肾损伤并抑制细胞衰老，进一步通过转录组学发现过氧化物还原酶5(PRDX5)是关键下游靶点。机制研究表明IER3通过结合线粒体 rhomboid 蛋白酶(Parl)抑制其剪切活性，阻碍PRDX5前体向线粒体转位，导致线粒体氧化损伤和异常核周聚集，最终促进细胞衰老和肾纤维化。该研究发表于《Cellular and Molecular Life Sciences》，为SA-AKI慢性化转变提供了新的治疗靶点。

　　

在重症监护病房中，脓毒症相关急性肾损伤(SA-AKI)是导致患者死亡的重要危险因素，其死亡率高达42%。更令人担忧的是，约50%的幸存者会发展为慢性肾病(CKD)，给医疗系统带来沉重负担。目前临床尚缺乏有效阻止AKI向CKD转变的治疗策略，这成为肾病领域亟待解决的关键科学问题。

陆军军医大学大坪医院肾内科陈克宏教授团队在《Cellular and Molecular Life Sciences》发表的最新研究，揭示了IER3基因在SA-AKI慢性化转变中的关键作用。研究人员通过对临床AKI患者肾组织进行单细胞RNA测序(scRNA-seq)，发现立即早期反应基因3(IER3)在衰老肾小管上皮细胞(RTECs)中显著上调，且IER3阳性RTEC亚群表现出分化潜能减弱和自我更新能力受损的特征。

为探究IER3的具体功能，研究团队构建了IER3基因敲除(IER3^-/-)小鼠模型，并采用盲肠结扎穿孔(CLP)手术建立SAKI模型。令人振奋的是，IER3缺失显著降低了小鼠死亡率，改善了肾功能指标(血肌酐SCr、尿素氮BUN)，减轻了肾小管损伤和肾间质纤维化。这些结果首次证实IER3是SAKI病理进程中的重要促进因子。

在机制探索方面，研究人员通过转录组测序(RNA-seq)发现，IER3缺失导致过氧化物还原酶5(PRDX5)表达显著上调。PRDX5是一种重要的抗氧化酶，其线粒体定位形式对维持线粒体氧化平衡至关重要。进一步的细胞实验表明，敲低PRDX5可逆转IER3缺失对RTECs衰老的保护作用，证实PRDX5是IER3的下游效应分子。

深入机制研究发现，IER3通过其bZIP结构域与线粒体内膜蛋白酶Parl相互作用，抑制Parl的蛋白酶活性。正常情况下，Parl负责剪切PRDX5前体的线粒体靶向序列(MTS)，促进PRDX5向线粒体转位。而IER3过表达会破坏这一过程，导致线粒体内PRDX5水平下降，抗氧化能力减弱，线粒体活性氧(mtROS)积累，最终引发线粒体功能障碍和异常核周聚集。

这项研究的创新性在于首次揭示了IER3-Parl-PRDX5轴在调控RTECs应激性衰老中的核心作用。不仅阐明了SA-AKI向CKD转变的新机制，还为临床干预提供了潜在靶点。针对IER3的小分子抑制剂可能成为延缓AKI慢性化转变的新型治疗策略。

主要技术方法包括：单细胞RNA测序分析临床AKI患者肾组织细胞图谱；建立IER3基因敲除小鼠和CLP脓毒症模型；原代肾小管上皮细胞分离培养和慢病毒介导的基因过表达/敲低；蛋白质免疫印迹(Western blot)和免疫组化检测蛋白表达；流式细胞术分析细胞周期和mtROS含量；透射电镜观察线粒体超微结构。

研究结果

IER3可能与AKI进展相关

通过scRNA-seq分析AKI患者肾组织，研究人员将细胞分为13个亚群，其中肾小管上皮细胞(RTECs)数量最多且异质性最强。进一步将RTECs分为5个亚群，发现New_PT1亚群变异最大，其差异表达基因主要富集于氧化应激和线粒体代谢调控通路。共表达分析筛选出IER3、PARK7和GADD45A三个关键基因，其中IER3在AKI组表达显著升高，提示IER3可能是调控AKI进展的关键分子靶点。

IER3在多种AKI模型中高表达

免疫组化和免疫荧光结果显示IER3在AKI肾小管上皮细胞中表达上调，尤其在近端小管区域。临床数据分析显示IER3表达与估算肾小球滤过率(eGFR)负相关，与SCr和BUN水平正相关。在不同AKI模型（缺血再灌注、顺铂诱导、脓毒症诱导）中，IER3表达均呈现上调趋势，其中SAKI模型诱导最为显著。GEO数据库分析进一步验证了IER3在AKI和SAKI样本中的高表达。

敲除IER3减轻脓毒症相关肾损伤并抑制AKI向CKD转变

IER3敲除小鼠经CLP手术后生存率显著提高，肾功能指标(BUN、SCr、ACR)改善，肾小管损伤减轻。Masson染色显示IER3缺失明显减少了胶原纤维沉积，延缓了肾间质纤维化进程。长期随访发现IER3表达水平与肾损伤指标持续相关，表明IER3在SAKI慢性化过程中发挥持续作用。

IER3与SAKI期间RTECs应激性衰老密切相关

scRNA-seq显示IER3阳性RTECs与衰老标志基因高度共定位，伪时序分析表明IER3阳性细胞更易走向衰老。分子特征数据库分析确认IER3与细胞衰老显著相关。在动物实验中，IER3敲除降低了衰老标志物p53、DCR2和γ-H2A.X的表达，减少β-半乳糖苷酶活性和SASP分泌。细胞过表达实验进一步证实IER3促进LPS诱导的衰老蛋白表达。

IER3通过抑制PRDX5表达促进细胞衰老

RNA-seq显示IER3缺失小鼠肾脏差异表达基因富集于线粒体代谢和过氧化物酶体通路，筛选出PRDX5和ACOX2两个共表达基因。验证实验表明PRDX5在IER3敲除后表达上调最显著。细胞实验中，敲低PRDX5逆转了IER3缺失对细胞衰老的保护作用，增加β-半乳糖苷酶活性和细胞周期阻滞。

PRDX5下调介导线粒体核周聚集并促进细胞衰老

IER3敲除减轻LPS诱导的线粒体损伤，而PRDX5敲低导致线粒体肿胀、嵴断裂和碎片化，出现明显的核周聚集现象。流式检测显示PRDX5敲低显著增加mtROS含量。N-乙酰半胱氨酸(NAC)处理可降低mtROS和MDA水平，减轻PRDX5敲低诱导的衰老表型，证实氧化应激是关键机制。

IER3结合Parl蛋白酶抑制PRDX5线粒体转位

免疫荧光和细胞组分分离实验显示IER3敲除促进PRDX5向线粒体转位。AlphaFold2预测显示IER3不能直接结合PRDX5，但可与Parl蛋白酶相互作用。IER3敲除提高Parl酶活性，Co-IP实验证实IER3-Parl直接结合。siRNA敲低Parl可逆转IER3缺失对线粒体PRDX5的上调作用。

研究结论与讨论

本研究首次揭示IER3通过Parl蛋白酶调控PRDX5线粒体转位的新机制。在SAKI条件下，IER3过表达抑制Parl酶活性，阻碍PRDX5前体向线粒体转位，导致线粒体抗氧化能力下降，mtROS积累，引发线粒体功能障碍和异常核周聚集。这些变化最终促进RTECs应激性衰老和肾纤维化，驱动AKI向CKD转变。

该研究的临床意义在于：1）发现IER3作为SAKI预后评估的潜在生物标志物；2）阐明应激性衰老在AKI慢性化中的核心作用；3）提出IER3-Parl-PRDX5轴作为治疗干预新靶点。尽管IER3特异性抑制剂尚未进入临床开发，但本研究为开发针对细胞衰老的肾脏保护策略提供了重要理论依据。未来研究可进一步探索线粒体-核通讯在衰老过程中的具体机制，为其他衰老相关疾病提供借鉴。