全基因组DNA甲基化分析揭示胱氨酸病小鼠模型中肾脏表观遗传失调机制

这篇研究通过全基因组DNA甲基化（DNAm）分析，揭示了胱氨酸病（Ctns?/?）小鼠模型中肾脏表观遗传失调的特征。研究发现，胱氨酸病肾脏呈现显著高甲基化模式，差异甲基化位点（DMPs）主要富集于基因体和转运相关通路（如Slc7a7、Slc4a4），并伴随关键基因（如Hnf1a、Aqp1）表达下调。体外实验证实去甲基化药物地西他滨可逆转转运基因沉默，为胱氨酸病肾损伤的机制研究和靶向治疗提供了新思路。

　　

Introduction

胱氨酸病是一种罕见的溶酶体贮积症，由CTNS基因突变导致胱氨酸在溶酶体内累积，引发肾小管功能障碍和慢性肾病（CKD）。尽管氧化应激和炎症等机制已被提出，但疾病进展的驱动因素尚未完全阐明。近年研究表明，DNA甲基化（DNAm）等表观遗传修饰在CKD中起关键作用。本研究假设表观遗传失调可能参与胱氨酸病肾损伤进程。

Materials and methods

研究采用6月龄野生型（WT）和Ctns^?/?小鼠肾脏组织，通过Illumina甲基化芯片进行全基因组DNAm分析。数据经ENmix和Limma包处理，筛选差异甲基化位点（DMPs）和区域（DMRs）。通过qPCR验证关键基因表达，并用地西他滨处理人源肾小管上皮细胞（ciPTEC）评估甲基化调控功能。

Results

1. 1.

   全基因组甲基化特征：胱氨酸病肾脏呈现显著高甲基化（85% DMPs），主要分布于基因体（66.2%）和开放海区域（22.3%）。染色体2和11存在甲基化热点。

2. 2.

   功能富集：差异甲基化基因富集于“肾小管细胞”和“小分子转运”通路，如Slc7a7（编码y+LAT1转运蛋白）和Slc4a4（编码NBCe1），其中84%呈高甲基化。

3. 3.

   基因表达关联：高甲基化基因（如Slc7a7、Slc4a4、Cubn、Aqp1）的mRNA水平显著下调。转录因子Hnf1a和Hnf4a的高甲基化亦导致其表达抑制。

4. 4.

   治疗潜力：地西他滨处理可上调ciPTEC中SLC7A7、CUBN和AQP1的表达，尤其在胱氨酸病细胞中效果更显著。

Discussion

研究首次系统揭示了胱氨酸病肾脏的表观遗传图谱，提出高甲基化通过沉默转运蛋白和转录因子（如Hnf1a）加剧肾小管功能障碍。氧化应激与炎症可能通过干扰DNMTs/TET酶活性驱动甲基化异常。地西他滨的逆转效应为靶向DNAm的治疗策略提供了实验依据，但需进一步验证蛋白功能和在体疗效。

创新与意义

1. 1.

   机制层面：阐明表观遗传调控在胱氨酸病肾损伤中的核心作用，补充了“胱氨酸累积非唯一致病因素”的假说。

2. 2.

   转化价值：提出DNAm标志物（如Slc家族基因）的潜在诊断价值，以及地西他滨等 epidrugs 的治疗前景。

3. 3.

   技术亮点：结合FFPE样本修复技术与单细胞富集分析，提升了甲基化研究的可靠性和靶向性。

局限与展望

未来需探索：1) 甲基化与氧化应激/炎症的因果关系；2) 其他表观修饰（如组蛋白修饰）的协同作用；3) 在体治疗的安全性和长期效果。