高脂饮食通过胆固醇酯20:4介导的线粒体功能障碍和自噬异常促进单侧肾切除小鼠足细胞脂毒性：靶向脂质组学与肾脏足细胞特异性分析

本研究针对肥胖相关慢性肾病中脂代谢异常如何损伤足细胞功能的科学问题，通过构建单侧肾切除小鼠模型结合高脂饮食干预，采用靶向脂质组学和足细胞特异性分析技术，首次揭示胆固醇酯20:4（CE 20:4）在足细胞异常积累的关键作用。研究发现CE 20:4通过抑制ABCA1介导的胆固醇外排、降低CPT1A/PPARα相关的脂肪酸氧化能力，导致线粒体呼吸链（OCR）和糖酵解（ECAR）功能受损，同时激活p62/Beclin-1依赖的自噬异常通路，最终促进肾脏纤维化（Col IV/MMP3上调）。该研究为代谢性肾病提供了新的生物标志物和治疗靶点，发表于《Cell Death Discovery》。

　　

随着肥胖人群的快速增长，代谢异常相关的慢性肾病已成为全球健康挑战。尤其值得关注的是，单侧肾切除的活体肾脏捐献者中，肥胖人群发生终末期肾病（ESKD）的风险显著增高。传统观点认为这种风险主要与高血压、糖尿病等并发症相关，但近年研究发现，即使独立于这些因素，异常的脂代谢本身就能直接导致肾脏损伤。在肾脏结构中，高度特化的足细胞对脂质代谢异常尤为敏感，其功能障碍会破坏肾小球滤过屏障，引发蛋白尿和进行性肾纤维化。然而，高脂饮食（HFD）如何通过特定脂质代谢物影响单侧肾切除后的肾脏损伤，特别是足细胞内的分子机制，仍是未解之谜。

针对这一科学问题，韩国庆北国立大学医学院Yong-Lim Kim团队联合韩国基础科学研究院Kwang-Hyeon Liu团队，通过构建单侧肾切除（UNX）小鼠模型，结合13周高脂饮食干预，系统研究了足细胞特异性脂质代谢变化及其致病机制。研究发现高脂饮食会显著加重单侧肾切除小鼠的肾功能损伤（血肌酐/BUN升高），并首次通过靶向脂质组学鉴定出足细胞内胆固醇酯20:4（CE 20:4）的异常积累是核心致病因素。该成果发表于《Cell Death Discovery》，为理解代谢性肾病的分子机制提供了全新视角。

研究主要采用以下关键技术：建立单侧肾切除联合高脂饮食的小鼠模型；激光捕获显微切割分离足细胞进行靶向脂质组学分析（LC-TQMS）； Seahorse XF分析线粒体氧消耗率（OCR）和细胞外酸化率（ECAR）；透射电镜（TEM）观察线粒体超微结构；转录组测序分析差异表达基因（DEGs）；以及免疫荧光和Western blot验证关键蛋白表达。人足细胞系（CIHP-1）被用于体外机制验证。

【高脂饮食在单侧肾模型中损害肾功能并导致足细胞脂质积累】
通过比较正常饮食（ND）、高脂饮食（HD）、单侧肾切除+正常饮食（NDU）和单侧肾切除+高脂饮食（HDU）四组小鼠发现，HDU组表现出最严重的肾功能障碍（血肌酐升高35%），肾脏重量增加21%，并出现显著的足细胞脂滴积累和肾小管空泡化。特别值得注意的是，HDU组肾小球面积比ND组增大47%，提示高脂饮食会加剧单侧肾切除后的结构重塑。

【长期高脂饮食增加单侧肾切除小鼠足细胞胆固醇酯水平】
足细胞特异性脂质组学分析显示，HDU组有12种胆固醇酯（CE）显著升高，其中CE 20:4水平变化最显著（较NDU组增加3.2倍）。机制上，这并非由于胆固醇或游离脂肪酸（FFA）前体增加，而是胆固醇酯化酶ACAT1表达上调2.1倍所致。体外实验证实，CE 20:4处理可直接诱导人足细胞（CIHP-1）形成脂滴。

【高脂饮食和CE 20:4改变脂代谢相关因子表达】
在分子机制方面，CE 20:4会显著抑制胆固醇转运体ABCA1（降低62%）和脂肪酸氧化关键酶CPT1A（降低45%）的表达，同时上调卵磷脂胆固醇酰基转移酶LCAT（增加2.3倍）。单侧肾切除小鼠中，核受体PPARα和LXRα的表达也显著受抑，形成脂质代谢的恶性循环。

【高脂饮食和CE 20:4分别诱导线粒体功能障碍】
透射电镜观察到HDU组足细胞线粒体嵴结构破坏。CE 20:4处理的足细胞显示线粒体长度缩短41%，ATP酶活性降低33%，同时氧消耗率（OCR）和糖酵解（ECAR）分别下降28%和19%。分子水平上，线粒体生物发生调控因子NRF1/2和PGC1α表达减少，而心磷脂（线粒体膜关键磷脂）总量降低42%，提示严重的能量代谢障碍。

【高脂饮食和CE 20:4触发自噬激活】
自噬标志物呈现矛盾变化：虽然自噬启动蛋白Beclin-1表达增加1.8倍，但自噬底物p62却累积2.3倍，提示自噬流受阻。透射电镜观察到HDU组自噬体数量增加，但LC3B-II/LC3B-I比值无变化，进一步证实自噬降解过程存在缺陷。

【高脂饮食导致肾脏结构改变和纤维化】
转录组分析发现HDU组有1,766个差异表达基因（DEGs），主要富集于细胞外基质（ECM）组织通路。纤维化标志物纤连蛋白（fibronectin）和IV型胶原（Col IV）表达分别上调3.1倍和2.7倍，金属基质蛋白酶MMP3和MMP12也显著升高。马松三色染色显示HDU组肾间质纤维化面积增加4.8倍。

这项研究首次系统阐明了高脂饮食背景下单侧肾切除导致肾损伤的足细胞特异性机制：通过ACAT1介导的CE 20:4异常积累，引发"脂质-线粒体-自噬"轴的多层次功能障碍。其中，CE 20:4不仅通过抑制ABCA1和CPT1A破坏脂质稳态，还直接损害线粒体呼吸链功能和心磷脂合成，同时导致自噬流受阻和p62累积。这些变化最终通过上调MMPs和胶原蛋白促进肾纤维化。该研究为临床预测活体肾捐献者预后提供了潜在生物标志物（CE 20:4），并为开发靶向ACAT1/ABCA1通路的代谢性肾病治疗策略奠定了理论基础。未来研究可进一步探索心磷脂补充或线粒体自噬（mitophagy）调节在干预足细胞脂毒性中的应用价值。