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为解决铀诱导肾损伤缺乏有效治疗策略的问题，西南科技大学等单位研究人员开展 RGD 水凝胶负载 ADSCs-EVs 治疗铀诱导肾损伤的研究，发现其可抑制 TLR4/NF-κB 通路减轻损伤。推荐科研读者阅读，助于了解前沿治疗思路。
在如今这个科技飞速发展的时代，核能的开发利用越来越广泛，可与此同时，一个问题也逐渐凸显出来 —— 铀对人体健康的潜在威胁。铀作为一种广泛存在于环境中的重金属，在核能发展和军事活动中频繁出现。它对人体的危害可不小，尤其是对肾脏，铀诱导的肾损伤成为了一个备受关注的健康问题。目前，针对铀诱导的肾损伤，还缺乏有效的治疗策略，这就像在黑暗中摸索，找不到那盏照亮前路的灯，所以迫切需要科研人员们去寻找新的治疗方法，为患者带来希望。
为了解开这个难题，西南科技大学生命科学与工程学院等单位的研究人员，在《Journal of Nanobiotechnology》期刊上发表了一篇名为 “RGD hydrogel - loaded ADSC extracellular vesicles mitigate uranium - induced renal injury via TLR4/NF - κB pathway inhibition” 的论文。他们经过一系列研究，得出了令人振奋的结论：RGD 水凝胶负载的脂肪干细胞外泌体（ADSCs - EVs）可以有效抑制 TLR4/NF - κB 信号通路，阻止线粒体 DNA（mtDNA）介导的细胞焦亡（一种程序性细胞死亡方式），从而减轻铀诱导的肾损伤。这一发现意义重大，为治疗铀诱导的肾损伤提供了全新的策略，就像是在黑暗中找到了一条可能通向光明的道路，为后续的临床治疗带来了新的希望。
研究人员为了开展这项研究，运用了多个关键技术方法。他们通过生物信息学分析，从数据库中获取相关基因信息，研究基因之间的相互作用和功能。构建细胞和动物模型，在体外培养人近端肾小管上皮细胞（HK - 2）建立铀诱导的肾损伤细胞模型，还在大鼠身上构建了肾损伤动物模型。利用 qPCR 技术检测肾细胞中细胞质 mtDNA 的含量，以此来探究 mtDNA 的变化情况。采用免疫荧光、Western blot 等技术检测蛋白表达水平，从分子层面分析细胞和组织的变化。
下面我们来详细看看他们的研究结果。
铀诱导的肾损伤表现为线粒体损伤和 mtDNA 泄漏
研究人员先拿 HK - 2 细胞做实验，用铀（UA）处理它们，想看看会发生什么。通过 ELISA 检测细胞培养上清液中乳酸脱氢酶（LDH）水平，发现铀处理组的 LDH 水平比对照组明显升高，这就好比细胞受到了攻击，开始释放出一些物质，这表明成功构建了肾细胞损伤模型。接着，用 Mitotracker 染色观察肾细胞线粒体形态，发现铀处理组的线粒体严重碎片化，内部结构也更分散，就像原本完整的拼图被打碎了一样。用 DCFH - DA 检测细胞内总活性氧（ROS）水平，结果显示铀处理组的 ROS 水平显著增加，这意味着细胞内的 “氧化压力” 变大了。用 JC - 1 染色评估线粒体膜电位（MMP），发现铀处理组细胞的绿色荧光增强，表明 MMP 明显降低，线粒体功能受到了损害。最后通过 qPCR 检测肾细胞细胞质 mtDNA 拷贝数，发现铀处理组细胞胞质中 mtDNA 基因片段 ND1 和 ND2 的丰度增加，而细胞内总 DNA 含量并未增加，这说明 mtDNA 发生了泄漏。在大鼠模型实验中也得到了类似的结果，与假手术组相比，铀处理组大鼠肾脏组织形态紊乱，肾小球和肾小管结构不清晰，肾脏功能生化指标和氧化应激指标显著升高，同时 mtDNA 解旋酶（TWNK）、线粒体转录因子（TFAM）等相关因子的 mRNA 和蛋白表达水平明显降低，TEM 图像显示肾脏组织中的线粒体碎片化和空泡化明显增加。这些结果都表明，铀诱导的肾损伤会导致线粒体损伤和 mtDNA 泄漏。
线粒体功能障碍修复减少 mtDNA 泄漏并抑制肾细胞焦亡
之前有研究证实线粒体功能障碍会加重炎症过程，促进炎症细胞因子的释放，而肾细胞焦亡是肾损伤的主要表现之一。研究人员就想，要是能修复线粒体功能障碍，是不是就能抑制肾细胞焦亡呢？于是，他们用线粒体分裂抑制剂 Mdivi - 1 处理铀处理组的细胞。结果发现，处理后的细胞中 IL - 1β、IL - 6 和 TNF - α 的表达明显下调，这说明炎症反应减轻了。同时，细胞内线粒体碎片化减少，ROS 水平显著下降，MMP 显著增加，这表明线粒体损伤得到了有效修复。而且，处理后细胞胞质中 mtDNA 基因片段 ND1 和 ND2 的丰度降低，说明 mtDNA 泄漏减少了。另外，Western blot 分析肾细胞焦亡相关蛋白发现，处理后的细胞中活化的 GSDME 和 Caspase - 3 表达显著降低，这意味着肾细胞焦亡受到了抑制。所以，修复线粒体功能障碍有助于减少 mtDNA 泄漏，从而抑制肾细胞焦亡。
ADSCs - EVs 减轻铀诱导的肾细胞损伤
细胞外囊泡（EVs）在细胞间通讯中起着关键作用，尤其是 ADSCs - EVs 在肾损伤治疗方面的应用备受关注。研究人员先验证了 ADSCs 的分离效果，通过流式细胞术发现分离的细胞高表达 CD29 和 CD44，低表达 CD31 和 HLA - DR，并且经过染色证实这些细胞能成功分化为脂肪细胞、成骨细胞和软骨细胞，这说明成功分离出了 ADSCs。接着，他们分离提取了 ADSCs - EVs，TEM 和 NTA 检测显示提取的颗粒呈典型的圆形或椭圆形，粒径主要在 100 - 200nm 之间，Western blot 分析 EV 表面标记也证实了其纯度和完整性。之后，研究人员用不同浓度的 ADSCs - EVs 处理 HK - 2 细胞，发现细胞对 EVs 的摄取呈浓度依赖性，在 100μg/mL 时达到饱和，所以后续实验就采用这个浓度。结果发现，用 ADSCs - EVs 处理铀诱导的肾损伤细胞后，细胞中 IL - 1β、IL - 6 和 TNF - α 的表达显著下调，线粒体碎片化减少，ROS 水平降低，MMP 增加，mtDNA 泄漏减少，肾细胞焦亡相关蛋白活化的 GSDME 和 Caspase - 3 表达显著降低。这表明 ADSCs - EVs 可以通过修复线粒体功能障碍、减少 mtDNA 泄漏和抑制细胞焦亡来减轻铀诱导的肾细胞损伤。
ADSCs - EVs 可能通过抑制 TLR4/NF - κB 信号通路减轻铀诱导的肾细胞损伤
之前有研究表明 ADSCs - EVs 可以抑制 TLR4 的表达，而 mtDNA 的细胞外释放与 TLR4 表达上调有关。研究人员通过数据库搜索和分析，发现 TLR4 是一个关键基因，它与很多蛋白相互作用，并且这些蛋白主要富集在免疫调节功能和 NF - κB 信号通路中。为了验证 ADSCs - EVs 是否通过调节 TLR4/NF - κB 信号通路来减轻铀诱导的肾细胞损伤，研究人员对不同组的 HK - 2 细胞进行处理。Western blot 结果显示，与对照组相比，铀处理的 HK - 2 细胞中 TLR4 表达显著增加，核 p - p65 表达也明显增加，而加入 ADSCs - EVs 后，这些变化被逆转。免疫荧光染色也发现，铀处理的细胞中 p65 蛋白明显向细胞核转移，加入 ADSCs - EVs 后这种转移被抑制。当用 NF - κB 信号通路激活剂 PMA 处理细胞时，ADSCs - EVs 对 p65 核转移的抑制作用被逆转，同时细胞内 IL - 1β、IL - 6 和 TNF - α 的表达上调，线粒体碎片化加剧，ROS 水平增加，MMP 降低，mtDNA 泄漏增加，肾细胞焦亡相关蛋白表达增加。这说明抑制 TLR4/NF - κB 信号通路可以逆转 ADSCs - EVs 对铀诱导的肾细胞损伤的修复作用，也证明了 ADSCs - EVs 可能是通过抑制该信号通路来减轻肾细胞损伤的。
RGD 水凝胶负载的 ADSCs - EVs 在体内稳定性增强
虽然 ADSCs - EVs 在体外实验中表现出了减轻肾细胞损伤的潜力，但直接将其注入动物体内可能会导致快速降解或清除，稳定性较差。之前有研究报道 RGD 水凝胶作为载体可以增强 EVs 在心脏病治疗中的疗效，所以研究人员就想看看 RGD 水凝胶对 ADSCs - EVs 在体内的作用。他们先通过共价连接将生物素连接到 RGD 上，TEM 图像显示 RGD - 生物素分子形成了交织的纳米纤维。然后将 ADSCs - EVs 加入 RGD 水凝胶中，流变学测试发现当 ADSCs - EVs 与 RGD 水凝胶的质量比小于 1:1.5 时，水凝胶的机械性能没有明显减弱，最终选择 1:1 的质量比进行后续实验。用 Cy5 标记 RGD 水凝胶追踪其在肾脏中的保留时间，发现 RGD 水凝胶在体内可保留长达 7 天，稳定性很好。用 Gluc - lactadherin 标记 ADSCs - EVs 并进行体内追踪，发现 RGD 水凝胶负载的 ADSCs - EVs 比单纯的 ADSCs - EVs 在体内的保留更稳定、更持久。这表明 RGD 水凝胶负载的 ADSCs - EVs 可以增强 ADSCs - EVs 在体内的稳定性。
RGD 水凝胶增强 ADSCs - EVs 对肾损伤的治疗效果
研究人员进一步研究了 ADSCs - EVs 对大鼠铀诱导的肾损伤的治疗效果以及 RGD 水凝胶在其中的作用。结果发现，用 ADSCs - EVs 处理后，大鼠肾组织细胞核中 p65 阳性率显著降低，肾脏组织形态明显改善，肾脏功能生化指标和氧化应激指标显著降低，mtDNA 解旋酶（TWNK）、线粒体转录因子 A（TFAM）等相关因子的 mRNA 表达水平显著增加，肾脏组织中的线粒体碎片化和嵴空泡化明显减少。与单独使用 ADSCs - EVs 相比，RGD 水凝胶显著增强了 ADSCs - EVs 的治疗效果，而用 PMA 激活 NF - κB 信号通路则逆转了 ADSCs - EVs 的治疗效果。这说明 RGD 水凝胶可以增强 ADSCs - EVs 对肾损伤的治疗效果。
在讨论部分，研究人员指出，与以往研究相比，他们的研究有很多不同之处。在研究对象上，选择了铀诱导的肾损伤模型，更贴近实际情况；研究方法上，不仅观察了静态指标，还深入分析了分子机制；研究结果方面，明确了 ADSCs - EVs 对肾损伤的显著缓解作用并阐释了其潜在机制。他们还发现，ADSCs - EVs 通过抑制 TLR4/NF - κB 信号通路调节 mtDNA 介导的细胞焦亡，这一机制的揭示为 ADSCs - EVs 治疗肾损伤提供了理论支持。与传统药物治疗相比，ADSCs - EVs 可能具有更直接有效的治疗效果，还能减少药物对肾脏的直接毒性；与其他治疗方法相比，ADSCs - EVs 来自自体干细胞，避免了异体移植的许多问题。不过，这项研究也存在一些局限性，比如使用的是动物模型，可能无法完全反映人体情况，样本量相对较小，实验设计可能存在随机误差和偏差等。未来可以进一步利用蛋白质组学或 RNA 测序技术分析 ADSCs - EVs 中的活性物质，深入研究其在肾损伤中的作用机制，还可以探索其在治疗其他肾脏疾病方面的应用。
总的来说，这项研究意义非凡。它不仅成功揭示了 ADSCs - EVs 通过抑制 TLR4/NF - κB 信号通路调节 mtDNA 介导的细胞焦亡来减轻铀诱导的肾损伤的分子机制，为理解铀诱导的肾损伤发病机制提供了新的视角，还为治疗铀诱导的肾损伤提供了新的策略和理论基础。虽然目前还存在一些不足，但为后续的研究指明了方向，相信在科研人员的不断努力下，未来在肾损伤治疗领域会取得更大的突破，为患者带来更多的希望。
