p16阳性衰老细胞通过糖酵解和线粒体代谢失调促进糖尿病肾病(DKD)的机制研究及治疗新策略

本研究针对糖尿病肾病(DKD)中能量代谢异常的关键机制，发现p16阳性衰老细胞通过CDK4-Rb通路诱导细胞周期阻滞，同时通过SASP分泌促进糖酵解关键酶(Hk1/Ldha/Pkm2)表达上调和线粒体代谢紊乱(AMPK/mTOR通路)，最终导致肾功能损伤。研究人员采用INK-ATTAC转基因小鼠模型选择性清除p16INK4a阳性细胞，显著改善DKD病理进程，为靶向衰老细胞的临床治疗提供了理论依据。

　　

糖尿病肾病(DKD)作为糖尿病最严重的微血管并发症之一，约30-40%的糖尿病患者最终会发展为DKD，其特征性改变包括肾小球高滤过、进行性蛋白尿和肾小球硬化。尽管临床上已采用严格的血糖血压控制，但DKD仍是导致终末期肾病(ESRD)的首要原因。近年来研究发现，肾脏能量代谢异常是DKD发生发展的关键环节，表现为三羧酸循环障碍、脂肪酸氧化异常和糖酵解增强等特征，但其深层调控机制尚未阐明。与此同时，细胞衰老现象在DKD肾脏中被广泛观察到，这些衰老细胞通过分泌衰老相关分泌表型(SASP)因子如TNF-α、IL-6等改变微环境，但衰老细胞是否直接参与DKD的代谢紊乱仍是一个未解之谜。

Mayo Clinic的研究人员Xiao Lu等人在《Cell Death Discovery》发表的研究，首次揭示了p16阳性衰老细胞通过双重机制促进DKD进展：一方面通过CDK4-Rb通路诱导细胞周期阻滞，另一方面通过调控糖酵解和线粒体代谢重编程导致肾功能损伤。研究团队创新性地采用INK-ATTAC转基因小鼠模型，该模型可通过药物AP20187选择性清除p16^INK4a高表达细胞，并结合多种技术手段包括qRT-PCR、Western blot、免疫组化、SA-β-gal衰老染色、Seahorse细胞能量代谢分析等，同时使用糖尿病患者的肾组织样本进行验证。

研究首先在DM小鼠和DKD患者肾脏中发现p16表达显著上调，主要定位于肾小管上皮细胞(TECs)。高糖培养的HK2细胞中也观察到p16上调和SA-β-gal阳性细胞增加，伴随SASP因子(TNF-α/IL-6/IL-1β/MCP-1)分泌增多。通过INK-ATTAC模型选择性清除p16阳性细胞后，DM小鼠的肾功能指标(UACR、血肌酐)显著改善，肾小球基质沉积和肾小管间质纤维化减轻。

在机制探索方面，研究发现清除p16阳性细胞可恢复CDK4表达和Rb蛋白磷酸化水平，解除细胞周期阻滞。更重要的是，p16阳性细胞的清除使肾脏ATP含量恢复正常，下调糖酵解关键酶Hk1、Ldha、Pkm2的表达，并通过AMPK/mTOR通路改善线粒体代谢紊乱。电镜观察显示DM小鼠肾脏线粒体肿胀和嵴结构异常，而清除衰老细胞后这些异常明显改善。

细胞实验进一步证实，p16 siRNA转染可逆转高糖诱导的HK2细胞糖酵解增强现象，表现为细胞外酸化率(ECAR)下降和氧消耗率(OCR)升高。机制上，p16敲除通过激活AMPK磷酸化和抑制mTOR-S6信号通路，调控线粒体代谢相关基因(Pdk1、Mdh2、Sdha等)的表达。

该研究的创新性在于首次阐明p16阳性衰老细胞是连接DKD中细胞衰老与能量代谢异常的关键节点。这些衰老细胞不仅通过SASP旁分泌作用影响周围正常细胞，更直接参与糖酵解-线粒体代谢轴的调控。从转化医学角度看，靶向清除p16阳性衰老细胞或干预其代谢调控网络，可能成为治疗DKD的新策略。研究采用的INK-ATTAC系统为开发特异性靶向衰老细胞的药物提供了重要参考，而发现的AMPK/mTOR代谢调控轴则为代谢干预提供了新靶点。这些发现不仅深化了对DKD发病机制的认识，也为其他衰老相关代谢性疾病的治疗提供了新思路。