Tubular EZH2 通过抑制 SDHC 介导的线粒体功能促进急性肾损伤

《Free Radical Biology and Medicine》：Tubular EZH2 Promotes Acute Kidney Injury by Inhibiting SDHC-Mediated Mitochondrial Function

EZH2通过抑制SDHC表达促进急性肾损伤进展，利用多组学数据和动物模型证实敲除EZH2可改善肾功能，而抑制SDHC会逆转保护效果，揭示EZH2-SDHC轴在肾损伤中的关键作用。

　　

李玉杰|赵家琦|陈建宁|周佩辉|邹珊珊|沈汉婷|吴明|王丽

上海交通大学医学院附属上海第九人民医院肾脏病科

摘要

背景

急性肾损伤（AKI）是一种以肾功能迅速下降为特征的临床综合征，与高发病率和死亡率相关。组蛋白甲基转移酶EZH2（Enhancer of Zeste Homolog 2）被认为会促进AKI的进展。然而，EZH2在AKI中的下游作用机制仍不明确。

方法

分析了人类和小鼠急性肾损伤（AKI）样本的公共转录组、空间转录组和单细胞转录组数据，以研究EZH2的表达情况。建立了一种特异性敲除EZH2的小鼠模型。通过顺铂注射或缺血-再灌注（IRI）诱导AKI，随后评估肾功能和损伤标志物。结合RNA-seq和EZH2 ChIP-seq分析来确定下游靶基因。顺铂处理的人类肾小管上皮细胞被用作体外AKI模型。

结果

在人类和小鼠的AKI中，EZH2的表达显著升高，主要定位于近端小管。特异性敲除EZH2显著改善了顺铂和IRI模型中的肾功能下降和组织损伤，表现为血清肌酐水平降低、肾损伤标志物KIM-1水平下降以及组织结构改善。综合RNA-seq和ChIP-seq分析发现了EZH2的八个潜在直接靶基因，这些基因参与氧化磷酸化途径，其中线粒体复合物II亚基琥珀酸脱氢酶复合物亚基C（SDHC）是一个重要候选基因。CUT&Tag-qPCR实验表明，抑制EZH2可减少SDHC启动子区域EZH2和H3K27me3的富集。此外，EZH2的缺失恢复了SDHC的表达，而SDHC抑制剂或缺失处理则消除了EZH2在两种AKI动物模型中的肾脏保护和抗氧化作用，表明其功能依赖于线粒体复合物II。

结论

EZH2通过抑制SDHC表达促进AKI的进展。通过靶向EZH2来恢复线粒体功能可能成为治疗AKI的新策略。

引言

急性肾损伤（AKI）是一种临床综合征，其特征是肾功能突然下降，表现为血清肌酐迅速升高、尿量减少，常导致严重的代谢紊乱和高死亡率[1]。流行病学研究表明，住院患者中AKI的发病率约为3%至18%，重症患者的发病率更高[2]。少数（<5%）AKI患者需要肾替代疗法（RRT），并且有相当大的风险进展为慢性肾病（CKD）[2]。因此，阐明其病理机制并研究靶向疗法具有重要的临床和公共卫生意义[3]。

在医院获得性AKI病例中，内在肾性原因是最常见的，缺血-再灌注损伤（IRI）和药物引起的肾毒性（如顺铂）是两种典型的致病机制[4]。IRI的关键病理过程包括缺血阶段的严重缺氧和能量耗竭，随后在再灌注时产生大量活性氧（ROS），进而导致肾小管上皮细胞（尤其是近端小管）的线粒体损伤、细胞凋亡/坏死和炎症反应[5]。除了ROS外，氧化应激还会产生诸如4-羟基-2-壬烯醛（4-HNE）等副产物，这是一种主要的脂质过氧化产物[6]。研究表明，4-HNE在缺血-再灌注诱导的AKI模型中显著升高，支持其作为氧化损伤生物标志物的作用[7]。化疗药物如顺铂在近端小管上皮细胞中积累，引发氧化应激、线粒体功能障碍和炎症途径激活，导致细胞损伤和死亡[8]。由于近端小管具有高代谢率和重吸收功能，它们严重依赖线粒体氧化磷酸化产生的ATP[9]。因此，在缺血或氧化应激条件下，它们极易受到线粒体结构和功能损伤，成为AKI发病机制和修复失败的关键靶点[9]。

先前的研究表明，在各种AKI动物模型中，线粒体能量代谢受损，ATP生成显著减少[10]。在缺血-再灌注应激下，线粒体发生显著代谢和动态变化，成为药物干预和治疗策略开发的重要靶点[11]，[12]。线粒体复合物II（琥珀酸脱氢酶，SDH）在三羧酸（TCA）循环和电子传递链（ETC）之间起桥梁作用，是维持能量代谢和氧化还原平衡的核心酶复合体[13]。SDH由四个亚基（SDHA、SDHB、SDHC、SDHD）组成，其中SDHC和SDHD形成跨膜结构，将复合体锚定在线粒体内膜上并促进电子向辅酶Q（CoQ）的转移[13]。研究发现，在缺血-再灌注过程中，琥珀酸在缺血期间积累，在再灌注时被SDH迅速氧化，驱动复合物I处的逆向电子传递（RET），产生大量ROS，成为再灌注期间组织损伤的主要诱因[12]。抑制SDH活性可能破坏ETC稳定性，降低氧化磷酸化效率，加重线粒体功能障碍[14]，表明SDH在IRI相关病理中具有保护作用。

EZH2（Enhancer of Zeste Homolog 2）是一种关键的表观遗传调控因子，与AKI进展有关[15]。在缺血-再灌注和叶酸诱导的AKI小鼠模型中，EZH2及其相关的组蛋白标记H3K27me3均升高，抑制EZH2可缓解肾功能损伤并保护上皮连接蛋白的表达[15]。此外，在AKI向CKD转化过程中，EZH2持续高表达，促进上皮-间充质转化和M2巨噬细胞极化，从而加速肾间质纤维化[16]。在AKI向CKD转化的模型中，特异性敲除EZH2的小鼠表现出较少的肾组织损伤和间质纤维化，肾功能显著改善[16]。这些结果表明，EZH2介导的表观遗传调控在决定AKI期间近端小管细胞的命运中起重要作用。然而，EZH2在AKI期间近端小管细胞中的具体下游分子机制仍不清楚。

本研究整合了转录组、空间转录组和单细胞组学数据，结合顺铂和IRI小鼠模型以及特异性敲除EZH2的策略，系统地解析了EZH2–SDHC调控轴在AKI中的分子机制。

部分摘要

在人类和小鼠的AKI中，EZH2在肾脏中的表达显著升高，主要定位于近端小管

对人类数据集的分析显示，AKI患者的EZH2表达显著升高（图1a-1b）。在GSE76882数据集中，急性肾功能障碍患者的EZH2表达水平（n = 40）高于功能正常的移植肾脏（n = 99）（log2FC = 0.10，p = 0.026）（图1a）。进一步分析GSE183276数据集发现，AKI患者的肾活检样本（n = 12）中的EZH2表达水平显著高于对照组（n = 20）（log2FC = 1.21，p < 0.001）（图1b）。

讨论

尽管已有研究表明小管特异性敲除EZH2在AKI向CKD转化过程中具有保护作用，但其在AKI中的病理作用尚不清楚[16]。在本研究中，我们发现EZH2是一种关键的表观遗传调控因子，通过抑制SDHC介导的线粒体功能来促进急性肾损伤（AKI）。

公共数据集中的基因表达分析

GSE76882和GSE183276数据集来自GEO数据库（https://www.ncbi.nlm.nih.gov/geo/）。使用R软件（版本4.5.0）提取并可视化不同组中候选基因的表达水平。采用皮尔逊相关系数进行相关性分析，显著性水平设定为p < 0.05，表示基因之间存在统计学上的显著相关性。

单细胞和空间转录组数据分析

两个数据集包括雌性小鼠IRI肾脏的空间转录组数据和IRI snATAC-seq数据

CRediT作者贡献声明

王丽：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，资源获取，方法学，资金申请，正式分析，数据管理，概念构思。吴明：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，软件使用，资源获取，方法学，资金申请，正式分析，数据管理，概念构思。沈汉婷：数据管理。邹珊珊：软件使用。周佩辉：撰写 – 审稿与编辑。陈建宁：数据管理。赵家琦：研究调查，数据管理。李玉杰：

数据可用性声明

本研究分析的数据包含在本文中。如有需要，可向相应作者获取额外的支持数据

资助

本工作得到了上海市政府科学研究基金（编号201740193）和家庭计划委员会的资助；以及国家科技重大项目（编号2024ZD0530901）和国家自然科学基金（编号82070696）的资助。

利益冲突声明

作者没有需要声明的利益冲突。