FGF21-NR1D1信号抑制CYP4A/20-HETE/GPR75轴以对抗高血压肾-血管整合性损伤

《Pharmacological Research》：FGF21-NR1D1 Signaling Restrains the CYP4A/20-HETE/GPR75 Axis to Counteract Integrated Renal-Vascular Injury in Hypertension

　　

高血压（hypertension）可导致肾脏和血管系统伴随性损伤，但这一协调性病理改变的分子机制尚未完全阐明。在此，研究人员发现细胞色素P450 4A（CYP4A）/20-羟基二十碳四烯酸（20-HETE）/G蛋白偶联受体75（GPR75）轴的激活与高血压中协调性肾脏和血管损伤相关。在高血压状态下，该通路在肝脏、肾脏和血管系统中同时被激活，并与肾脏纤维化、内皮功能障碍和氧化应激相关。对CYP4A的药理学抑制减轻了这些病理变化，支持该轴对高血压性器官损伤的功能性贡献。遗传学和药理学证据进一步表明，成纤维细胞生长因子21（FGF21）作为CYP4A/20-HETE信号的内源性负性调节因子。机制上，FGF21恢复了在高血压条件下被抑制的核受体亚家族1组D成员1（NR1D1）的表达，该效应与CYP4A表达降低相关，且独立于细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）信号。NR1D1拮抗在很大程度上消除了FGF21的保护效应，支持FGF21-NR1D1轴的功能相关性。因此，这些发现阐明了一个将FGF21-NR1D1信号与CYP4A/20-HETE/GPR75通路联系起来的机制轴，并提示调节该通路可能成为高血压性肾脏和血管损伤的潜在治疗策略。

论文解读：

高血压可导致心脏、肾脏和血管等多器官损伤，但连接多器官协调性损伤的分子机制尚未完全阐明。花生四烯酸（AA）代谢异常，尤其是CYP4A介导的ω-羟化生成20-HETE，与血压调节、血管稳态和肾功能有关。人类CYP4A11是肝脏和肾脏主要亚型，小鼠主要表达Cyp4a10、Cyp4a12和Cyp4a14。既往研究多在单个器官观察CYP4A/20-HETE通路，其激活机制和内源性调节因子仍不清楚。FGF21是内分泌代谢激素，参与心血管代谢疾病和器官间通讯；作者既往发现FGF21可通过ACE2/Ang-(1-7)轴改善血管功能并减轻高血压损伤。因此，研究人员假设CYP4A/20-HETE信号参与高血压协调性肾血管损伤，FGF21通过抑制该通路发挥保护作用，并整合转录组、蛋白质组、遗传和药理学方法进行验证。论文发表在《Pharmacological Research》。

为开展研究，研究人员整合公开人类GEO数据集（GSE147026、GSE15072、GSE30122、GSE47472）、小鼠GSE19817、DISCO与PanglaoDB（SRA635314_SRS2727269）转录组及单细胞数据；建立Ang II输注高血压小鼠模型；采用定量蛋白质组学、KEGG/GO富集和PPI预测；利用FGF21敲除（FGF21 KO）与AAV-FGF21进行失功能和增益研究；使用CYP4A抑制剂HET0016和NR1D1拮抗剂SR8278；结合免疫印迹、ELISA、组织染色和血管环舒张功能检测等。样本来源包括公开人类和小鼠数据库及雄性C57BL/6小鼠。

2.1 高血压肾和血管损伤中CYP4A/20-HETE通路协调激活。通过人类GEO数据集交叉分析和单细胞转录组，发现CYP4A11在高血压肾脏和血管病变中一致上调，且主要位于肾小管上皮细胞。Ang II小鼠蛋白质组显示Cyp4a10和Cyp4a14上调，AA代谢通路富集；肝、肾和血管CYP4A蛋白增加，循环20-HETE升高；在HK-2细胞和HUVEC中，Ang II上调CYP4A并增加20-HETE。结论是该通路在高血压中多组织协调激活。

2.2 药理抑制CYP4A/20-HETE信号减轻Ang II诱导的高血压和肾血管损伤。HET0016降低循环20-HETE和肾、血管GPR75表达，降低收缩压和舒张压，减轻肾脏纤维化、胶原沉积以及炎症、纤维化和氧化应激相关基因表达；同时改善内皮依赖性血管舒张，减少血管重构、胶原积累和活性氧（ROS）产生。结论是CYP4A/20-HETE信号对高血压肾血管损伤具有功能性贡献。

2.3 FGF21被鉴定为高血压中CYP4A/20-HETE信号调节因子。PPI分析预测FGF21与Cyp4a10和Cyp4a14相互作用，Ang II小鼠循环FGF21升高。人单细胞分析显示FGF21与CYP4A11在肝脏细胞分布重叠，FGFR3与CYP4A11在肾脏细胞分布重叠；高血压肾病中KLB阳性细胞增加，而FGFR3、FGFR1和FGFR2阳性细胞减少，提示FGF21信号能力可能受限。FGF21 KO小鼠基础CYP4A表达与野生型相当，但Ang II后肝、肾和血管CYP4A诱导更强，循环20-HETE更高。结论是FGF21为CYP4A/20-HETE信号的内源性负性调节因子。

2.4 FGF21缺失加重、恢复则保护高血压肾血管损伤。FGF21 KO小鼠在Ang II后肾和血管GPR75增加，收缩压和舒张压更高，肾脏纤维化以及炎症、纤维化和氧化应激更重，内皮依赖性舒张受损，血管炎症、纤维化、氧化应激、重构和ROS增加。AAV-FGF21恢复循环FGF21后，降低肝、肾和血管CYP4A蛋白，降低循环20-HETE和肾、血管GPR75，降低血压，减轻肾脏和血管损伤并恢复内皮功能。结论是失功能和增益研究共同支持FGF21的保护作用。

2.5 药理抑制CYP4A/20-HETE信号减轻FGF21缺陷小鼠高血压器官损伤。在Ang II输注的FGF21 KO小鼠中，HET0016不改变CYP4A蛋白丰度，但降低循环20-HETE和肾、血管GPR75，降低收缩压和舒张压，减轻肾脏纤维化及炎症、纤维化和氧化应激，恢复内皮依赖性舒张，减少血管损伤和ROS。结论是抑制CYP4A/20-HETE信号可基本逆转FGF21缺失导致的高血压表型加重。

2.6 NR1D1与FGF21介导的CYP4A/20-HETE信号抑制相关，且独立于ERK1/2激活。FGF21缺失进一步降低Ang II诱导的ERK1/2磷酸化，FGF21过表达则恢复ERK1/2激活；但ERK1/2抑制并未阻止FGF21对CYP4A表达的抑制。Ang II降低肝脏NR1D1表达，FGF21缺失加重该降低，FGF21过表达则恢复；CYP4A/20-HETE抑制不改变NR1D1，提示NR1D1位于上游。单细胞数据示CYP4A亚型、FGFR1/3和NR1D1在肾小管细胞中表达重叠，CYP4A11启动子存在NR1D1结合基序。结论是NR1D1为FGF21下游潜在介导因子，ERK1/2并非必需。

2.7 NR1D1参与FGF21介导的CYP4A/20-HETE信号抑制和器官保护。在AAV-FGF21处理的FGF21 KO小鼠中，SR8278阻止FGF21诱导的肝、肾NR1D1增加，逆转FGF21对CYP4A/20-HETE信号的抑制，增加肾和血管GPR75，减弱降压效果，并加重肾脏纤维化、炎症、纤维化和氧化应激，损害内皮依赖性舒张，增加血管损伤和ROS。结论是NR1D1对FGF21介导的器官保护具有关键作用。

讨论部分指出，CYP4A/20-HETE/GPR75通路参与血压和血管稳态调节，但其与协调性器官损伤的联系尚不明确。本研究显示该通路在肝、肾和血管多组织激活，循环20-HETE可能以内分泌方式激活远处GPR75；GPR75在肾小管上皮细胞和血管内皮细胞表达，激活后促进炎症、纤维化和氧化应激。20-HETE还可抑制大电导Ca²⁺激活K⁺（BK_Ca）通道并激活L型电压门控Ca²⁺通道，影响肾小球前小动脉、肾血流和肾小球滤过率。FGF21为肝源性内分泌因子，其与CYP4A11在肝脏、FGFR3与CYP4A11在肾脏分布重叠；高血压肾脏中KLB阳性细胞增加而FGFR3/1/2阳性细胞减少，提示FGF21信号受限。FGF21缺失加重损伤，恢复FGF21可保护，HET0016部分复制其保护效应。ERK1/2虽响应FGF21，但非CYP4A抑制所必需。NR1D1（REV-ERBα）是配体依赖核受体和生物钟核心组分，通过NCoR/HDAC3辅阻遏复合物抑制转录，Cyp4a10和Cyp4a14为其靶基因；Ang II抑制NR1D1，FGF21恢复NR1D1，SR8278消除保护。作者提出一种可能解释，即FGF21可能通过减轻Ang II对NR1D1的抑制间接恢复NR1D1，但该可能未直接检测。局限性包括仅使用雄性C57BL/6小鼠，缺乏亚型特异性抗体，CYP4A亚型变化主要依赖qPCR和蛋白质组，且测量循环而非组织20-HETE。

研究结论翻译：本研究表明，CYP4A/20-HETE/GPR75信号是高血压协调性肾脏和血管损伤的重要贡献者。通过整合转录组、蛋白质组、遗传和药理学方法，研究人员发现该通路在高血压条件下多组织激活，并至少部分受FGF21–NR1D1信号轴调节。研究结果支持如下模型：FGF21增强NR1D1表达，从而通过一种似乎基本独立于经典ERK1/2激活的机制抑制CYP4A/20-HETE信号。此外，药理学抑制CYP4A部分重现FGF21的保护效应，支持CYP4A/20-HETE信号作为FGF21介导器官保护的重要下游通路。总体而言，这些发现为连接高血压肾血管损伤的代谢机制提供了新见解，并突出CYP4A/20-HETE/GPR75轴作为高血压靶器官损伤潜在治疗靶点。