脂肪细胞上调内皮细胞miR-21，以促进血管生成并减轻急性肾损伤

《Cellular Signalling》：Adipocytes upregulate endothelial miR-21 to promote angiogenesis and alleviate acute kidney injury

　　

摘要

急性肾损伤（AKI）是一种高发病率和高死亡率的严重疾病，常进展为慢性肾脏病。在AKI进展过程中，缺氧应激的调节和血管生成的促进至关重要。系统性缺氧在调节肾脏修复中的作用尚不完全清楚。本研究探讨缺氧脂肪细胞如何促进早期AKI的血管生成。收集缺氧脂肪细胞的条件培养基以模拟旁分泌效应。使用CCK-8、划痕愈合、Transwell和Matrigel实验评估内皮细胞增殖、迁移和管形成。通过qPCR和蛋白质印迹法检测miR-21、SPRY1和血管内皮生长因子（VEGF）的表达。在肾缺血再灌注损伤小鼠模型中，通过注射给予条件培养基。通过组织学和免疫荧光评估肾损伤、纤维化和肾小管周围毛细血管密度。缺氧脂肪细胞的条件培养基显著增强内皮细胞增殖、迁移和管形成，伴随miR-21增加和SPRY1表达降低。机制上，miR-21通过抑制SPRY1和激活ERK/MAPK通路促进血管生成。体内实验表明，条件培养基恢复了肾小管周围毛细血管密度，减少纤维化和肾小管损伤，并改善了缺血再灌注损伤后的肾脏恢复。结果表明，缺氧脂肪细胞通过涉及内皮细胞中miR-21上调及SPRY1/ERK/MAPK轴激活的旁分泌机制促进AKI的血管修复。该通路代表了AKI的有前途的治疗靶点。

引言

AKI是一种常见且严重的临床疾病，发病率与死亡率极高。作为全球健康问题，AKI主要影响低收入和中等收入国家。在一些高收入国家，它也更多见于老年患者[1]。AKI通常以肾功能下降为特征，表现为血清肌酐升高或尿量减少持续约6小时[2], [3]。AKI还以肾小球滤过受损为特征，常导致血流动力学不稳定、内皮功能障碍、尿毒症以及一系列并发症，包括电解质紊乱和代谢性酸中毒。如不及时治疗，AKI可进展为慢性肾脏病，最终发展为严重、不可逆的终末期肾病（ESRD）[4]。肾缺血再灌注发生在AKI诱导的损伤后，与血流中断同时发生，伴随局部氧和营养供应不足及有毒副产物积累[5]。随着高脂饮食的日益流行，肥胖和脂质代谢紊乱已成为肾损伤及肾脏结构和功能异常的主要危险因素[6]。脂肪组织的大量扩张可显著促进心血管功能障碍和心血管疾病[7]。它也可能通过损害肾小球和肾小管的结构与功能而诱发肾损伤，从而引发急性或慢性肾损伤[8]。

然而，脂肪组织扩张也伴随着脂肪细胞及其周围微环境的局部缺氧[9]。在缺氧条件下，脂肪细胞释放多种生物活性分子，包括蛋白质、脂质和核酸[10]，特别是与血管生成相关的因子。这种缺氧诱导的脂肪细胞旁分泌调节可能在急性器官损伤后的组织修复中发挥重要作用。与此一致，最近的研究表明，自体脂肪来源细胞对急性器官损伤的修复有显著作用[11], [12]。这些发现提示，脂肪组织来源的旁分泌信号可能代表一种将脂肪组织扩张与肾脏修复联系起来的潜在机制。最近的研究表明，脂肪来源干细胞（ADSCs）可通过外泌体调节刺激增殖、迁移和血管生成潜力[13]，尤其是在缺氧条件下。基于这些观察，我们推测缺氧脂肪细胞可能通过旁分泌机制修复AKI诱导的内皮功能障碍。

此外，内皮细胞的调节在许多生物过程中至关重要，包括器官功能和疾病。内皮细胞（ECs）功能受损被认为与AKI向CKD的转变有关，并与肾小管周围毛细血管（PTCs）的丢失相关[14], [15]。肾血管系统对缺氧损伤高度敏感，且修复能力有限。由血流减少引起的状况非常常见，目前尚无有效的治疗策略。功能PTCs的恢复已在动物模型中被证明对AKI具有保护作用[16], [17]；因此，确认关键因素并揭示其机制至关重要。此外，微小RNA是抑制靶基因表达的小非编码RNA。某些miRNA参与血管重塑[18]、血管生成[19]和内皮功能调节。其中，miR-21，一种22核苷酸的miRNA，是内皮细胞中含量最丰富的缺氧响应miRNA之一[20]。此外，miR-21在急性肾损伤等疾病患者的肾脏中上调，先前的研究也显示肥胖小鼠中miR-21表达水平更高，表明它是肾损伤后潜在的治疗靶点[21]。

外源性补充脂肪细胞来源因子可能是AKI的一种潜在且有效的治疗方法。近年来，肽类治疗药物因其高靶点特异性、可调节的药代动力学和良好的安全性而成为急性肾损伤和血管生成的有前景的药物类别[22]。肽已被广泛认为是药物发现的重要来源，多种肽类干预措施在调节血管生成、组织修复和肾脏保护方面显示出显著效力[23], [24]。这些进展凸显了肽类策略作为AKI治疗的补充或替代方法的潜力。有必要确定与下游靶点相关的信号通路。据报道，miR-21可通过抑制SPRY1（一种受体酪氨酸激酶（RTK）信号的负调节因子）来调节血管生成，随后激活VEGF诱导的ERK/MAPK信号通路[25], [26]。此外，3T3-L1细胞系是研究脂肪生成的良好体外模型，常用于脂肪细胞生物学功能研究[27]。本研究使用3T3-L1细胞系，通过CoCl₂诱导细胞缺氧获得条件培养基（CM）。具体而言，本研究通过间接细胞共培养研究缺氧诱导的脂肪细胞对内皮细胞血管生成特性的影响。在体外确认效果后，研究了血管生成的机制。最后，通过建立I/R诱导的AKI模型，研究了来自3T3-L1的特定CM在血管化和AKI中的体内再生潜力，外源性补充CM模拟了肥胖中观察到的对急性损伤的保护机制。总之，本研究旨在探讨缺氧诱导的3T3-L1 CM在急性肾损伤模型中对血管生成的作用及机制。

章节片段

动物

C57BL/6小鼠（6–8周龄）用于实验。湖南大学动物实验伦理委员会根据《实验动物护理与使用指南》（许可证号：HNUBIO202101009）批准使用动物。对于单侧I/R损伤，小鼠用5%水合氯醛（700 μL/100 g，腹腔注射）麻醉。右侧肾蒂夹闭35分钟，然后移除夹子使肾血流再灌注。之后

不同CoCl?剂量处理的3T3-L1条件培养基对内皮细胞依赖模式的影响

通过筛选和应用不同CoCl?浓度进行缺氧细胞处理，通过CCK-8检测效果。将3T3-L1和ECs暴露于不同剂量的CoCl?后，评估细胞活力（图1a和图1b）。发现当CoCl?浓度低于100 μM时，24小时内未诱导显著细胞毒性。相反，高于100 μM的CoCl?浓度导致细胞活力显著下降，并在

讨论

作为内脏的重要分泌组织，脂肪细胞分泌多种生物活性调节因子，对组织修复和血管生成产生广泛影响，特别是在急性器官损伤的自我修复反应中[32], [33]。基于先前研究，本研究建立了AKI模型，以探讨使用缺氧诱导的CM实现血管再生和减轻AKI的新型治疗策略。

在本研究中，适当的缺氧处理

结论

总之，本研究揭示了一种新的机制，即CM通过miR-21-SPRY1-ERK/MAPK轴促进血管生成来治疗AKI，强调调节在肾脏修复中的核心作用。通过缺氧脂肪细胞的旁分泌效应，内皮细胞中miR-21上调，进而抑制SPRY1并促进血管生成。因此，本研究阐明了潜在机制，为开发AKI治疗策略奠定了基础。

CRediT作者贡献声明

Hengyuan Zhang: 写作 – 原稿、可视化、方法学、调查、正式分析、数据管理。 Xiuyuan Shi: 可视化、验证、资源、正式分析、数据管理。 Zilong Xu: 可视化、验证、正式分析、数据管理。 Danling Wang: 可视化、验证、正式分析、数据管理。 Zhikai Tan: 写作 – 审阅与编辑、监督、项目管理、资金获取、概念化。

利益冲突声明

作者声明不存在利益冲突。

致谢

本研究得到湖南省重点研发项目（2026JK2009）、上海市周围神经与显微外科重点实验室（20DZ2270200）、国家卫生健康委员会手重建重点实验室（复旦大学）、上海手外科研究所的资助。

Hengyuan Zhang|Xiuyuan Shi|Zilong Xu|Danling Wang|Zhikai Tan

湖南大学生物学院，长沙，410082，中国