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慢性肾脏病（CKD）发病率随人口老龄化上升，且与全身衰老相关，但其潜在机制不明。研究人员聚焦近端肾小管上皮细胞（PTEC）的 DNA 损伤展开研究。结果发现 PTEC 的 DNA 损伤会致全身代谢紊乱，该发现揭示了肾 - 血 - 代谢轴，为相关疾病治疗提供方向。
在人体这个精妙复杂的 “小宇宙” 里，肾脏就像一台至关重要的 “净化工厂”，日以继夜地为身体过滤、清洁血液。可随着年龄增长，这台 “工厂” 却容易出现各种问题，其中慢性肾脏病（CKD）的发病率在全球范围内正逐渐攀升。CKD 不仅会增加肾衰竭和心血管疾病的风险，还和全身衰老有着千丝万缕的联系。然而，就像被迷雾笼罩一般，人们并不清楚这背后的具体机制。
为了揭开这层神秘的面纱，来自日本庆应义塾大学医学院等机构的研究人员踏上了探索之旅。他们将研究重点聚焦在近端肾小管上皮细胞（PTEC）的 DNA 损伤上，试图弄清楚这一小小的细胞变化，是如何在身体里掀起 “惊涛骇浪” 的。经过一系列深入研究，他们发现 PTEC 中的 DNA 损伤就像一个 “导火索”，会引发全身性的代谢紊乱，这一发现意义重大，为理解肾脏疾病与全身代谢的关系打开了新的窗口，相关研究成果发表在《Nature Communications》杂志上。
研究人员主要运用了以下几种关键技术方法：首先，构建了 PTEC 特异性表达 I-PpoI 的小鼠模型，以此来诱导 PTEC 发生 DNA 双链断裂（DSBs）；其次，利用单细胞 RNA 测序（scRNA-seq）技术，深入分析细胞群体的变化；此外，代谢组学分析帮助研究人员了解肾脏和肝脏的代谢改变；同时，还采用了 DNA 甲基化分析技术，探究外周血细胞 DNA 甲基化的变化情况。
下面来详细看看研究结果：
- PTEC 持续 DNA 损伤引发全身代谢变化：研究人员构建的 I-PpoI 小鼠中，PTEC 出现 DNA DSBs，但其他组织未出现。16 周龄时，I-PpoI 小鼠肾脏出现损伤迹象，如 KIM-1 和 NGAL 表达升高。同时，小鼠体重下降，脂肪量减少，肝脏脂肪增加，葡萄糖耐量受损，能量代谢也出现异常，且肾脏、肝脏和脂肪组织中的炎症和衰老标记物升高。这表明 PTEC 的 DNA 损伤会导致全身代谢改变，且伴有炎症和衰老标记物的升高。
- PTEC 的 DNA 损伤改变肾脏和肝脏的葡萄糖和脂质代谢：通过对 16 周龄 I-PpoI 小鼠肾脏和肝脏的代谢组学分析发现，其具有高无氧糖酵解和低三羧酸（TCA）循环活性的特征。肾脏中糖酵解关键酶表达增加，肝脏中糖异生酶表达增加，且 TCA 循环相关代谢物减少，支链氨基酸（BCAAs）增加。这意味着 I-PpoI 小鼠脂肪酸代谢受损，无法满足能量需求，从而导致代谢重编程和关键代谢物的改变。
- PTEC 的 DNA 损伤导致培养的肾小管细胞线粒体功能障碍：在体外实验中，过表达 I-PpoI 的培养 PTECs 表现出氧化呼吸率（OCR）和 ATP 生成减少，脂肪酸氧化（FAO）能力降低，线粒体 DNA 拷贝数减少，电子传递链复合物活性下降。这充分说明 I-PpoI 诱导的 DNA 损伤会破坏肝细胞和 PTECs 的线粒体呼吸能力，进而导致代谢重编程。
- PTEC 的 DNA 损伤激活并促进肾皮质中 CD11c 和 Ccr2 巨噬细胞的增殖：对 16 周龄 I-PpoI 小鼠肾皮质进行 scRNA-seq 分析，发现 PTECs 比例减少，Ccr2hiCD11c+巨噬细胞和炎性 Ly6ChiCcr2r单核细胞数量增加。免疫组化染色和流式细胞术分析也证实了这一结果，且 I-PpoI 小鼠脂肪组织巨噬细胞（ATM）的基因表达谱与肥胖小鼠不同。这表明 PTEC DNA 损伤会激活巨噬细胞和单核细胞，改变全身免疫环境。
- I-PpoI 小鼠中 KLF9 结合基序的 DNA 甲基化降低：对 I-PpoI 小鼠外周血细胞的 DNA 甲基化分析显示，存在 5488 个显著差异甲基化区域（DMR），在低甲基化 DMR 中鉴定出 Krüppel 样因子 9（KLF9）结合基序，其靶基因 Gasdermin D（GSDMD）低甲基化。这说明 PTEC 的 DNA 损伤会引起外周血细胞中与巨噬细胞激活相关的 DNA 甲基化改变。
- 培养的 PTEC 的 DNA 损伤通过激活的巨噬细胞改变脂肪细胞表型：体外实验表明，DNA 损伤的 PTECs 释放的高迁移率族蛋白 B1（HMGB1）等损伤相关分子模式（DAMPs）可激活巨噬细胞，诱导其焦亡，并分泌炎性细胞因子，从而损害脂肪细胞的分化和功能。
- 巨噬细胞耗竭恢复 I-PpoI 小鼠的代谢改变：给 12 周龄 I-PpoI 小鼠注射氯膦酸盐脂质体耗竭巨噬细胞后，发现小鼠的代谢异常得到改善，如血糖耐受性恢复，肝脏和内脏脂肪组织中的炎症因子表达降低。这突出了激活的巨噬细胞在 I-PpoI 小鼠代谢改变中的重要作用。
- PTEC 中 DNA DSBs 的促进与人类外周血中 CD11b 和 CD11c 细胞数量增加以及 GSDMD 的 DNA 甲基化降低有关：对人类样本的研究发现，PTEC DNA DSBs 水平与 CD11b+和 CD11c+细胞面积呈正相关，且 GSDMD 启动子区域的 DNA 甲基化与 PTEC DNA 损伤程度呈负相关，还与肝脂肪变指数（HSI）相关。这表明 CKD 患者中 PTEC DNA 损伤可能通过激活巨噬细胞，改变 DNA 甲基化，从而导致胰岛素抵抗和肝脂肪变。
综合研究结论和讨论部分，此次研究详细阐述了 PTEC 中持续的非致突变性 DNA 损伤对全身代谢的影响，揭示了肾脏细胞 DNA 损伤通过巨噬细胞激活和 DNA 甲基化改变，影响全身代谢平衡的机制。这不仅加深了人们对肾脏疾病与全身代谢关系的理解，还为治疗与 PTEC DNA 损伤相关的代谢紊乱提供了潜在的治疗靶点，有望为慢性肾脏病患者的治疗和健康管理带来新的希望 。
