近端小管ATF4调控肾脏功能与代谢组重塑的关键作用

这篇研究通过条件性敲除小鼠近端小管（PT）中的激活转录因子4（ATF4），首次系统揭示了该转录因子在肾脏稳态中的核心作用。多组学分析显示ATF4缺失导致30%以上的转录组和蛋白质组改变，显著影响氨基酸转运体（AATs）和Slc22家族转运体表达，进而引起血液-肾脏-尿液代谢谱重塑（如谷氨酰胺代谢紊乱）和肾功能指标变化（如肌酐排泄增加）。研究为理解肾脏营养重吸收与废物排泄的分子调控提供了新视角。

　　

近端小管特异性ATF4敲除模型的构建与验证
研究团队利用γ-谷氨酰转移酶1（Ggt1）启动子驱动的CreER系统，构建了可诱导性近端小管特异性ATF4敲除小鼠（GCERAΔ）。免疫组化证实ATF4蛋白在野生型（WT）近端小管中表达，而在GCERAΔ小鼠中特异性缺失。该模型实现了对肾脏关键功能单元——近端小管段3（PT S3）的精准基因编辑，为后续机制研究奠定基础。

全基因组范围的转录组与蛋白质组重塑
通过mRNA测序和SP3-蛋白质组学技术，研究发现ATF4缺失导致12,804个基因中31.2%的转录本和5,471个蛋白质中38.7%发生显著改变。主成分分析（PCA）显示WT与GCERAΔ样本形成明显分离簇。基因集富集分析（GSEA）发现转运体系统是最受影响的分子功能类别，其中50个转运体基因表达上调，75个下调。值得注意的是，Slc7a13（介导胱氨酸转运）在mRNA和蛋白水平均显著增加，而Slc7a12等转运体则显著降低。

氨基酸转运体与Slc22家族的双向调控
研究首次在体内证实ATF4对氨基酸转运体（AATs）的系统性调控：

• 基底膜侧Slc38a1/2/4（谷氨酰胺转运体）表达下降，导致细胞内谷氨酰胺减少
• 顶膜侧Slc7a13表达增加，促进尿液中天冬氨酸（Asp）和谷氨酸（Glu）的重吸收
  Slc22家族（尤其是OCT亚型）同样受ATF4调控，其中Slc22a2（OCT2）表达增加可能通过增强肌酐转运，导致GCERAΔ小鼠尿肌酐水平翻倍而血清肌酐降低。

跨组织代谢组学的动态变化
LC/MS代谢组学揭示三室代谢重塑：

• 血清：23种代谢物增加（如Asp、Glu），反映营养保留增强
• 肾脏：85种代谢物改变，谷氨酰胺水平下降75%
• 尿液：41种代谢物减少，但尿素和肌酐排泄增加
  稳定同位素示踪实验证实，原代肾小管细胞对¹³C₅-谷氨酰胺的摄取减少，导致TCA循环中间产物（α-酮戊二酸、苹果酸等）生成受阻。

肾脏生理功能的系统性改变
代谢笼实验显示GCERAΔ小鼠出现特征性改变：

• 尿肌酐排泄量增加100%（与Slc22a2上调一致）
• 血清肌酐下降而尿素氮（BUN）保持稳定
• 水摄入量和尿量无显著变化
  这些变化提示ATF4通过协调转运体网络，精细调控肾脏对营养物（如氨基酸）的重吸收与代谢废物（如肌酐）的排泄平衡。

机制模型与临床意义
研究提出创新性调控模型（图示）：ATF4作为近端小管代谢中枢，通过双重调控基底膜/顶膜转运体表达，维持血液-尿液代谢物梯度。该发现为理解慢性肾病（CKD）中常见的氨基酸代谢紊乱提供了新机制，并为开发靶向ATF4-转运体轴的肾脏保护策略奠定理论基础。研究数据已通过开源数据库共享，促进肾脏研究领域的多组学资源整合。