代谢-表观遗传相互作用与多囊肾病中的中医治疗

《Infectious Diseases in Clinical Practice》：Metabolic–Epigenetic Crosstalk and Traditional Chinese Medicine in Polycystic Kidney Disease

　　摘要
表语简述：
常染色体显性多囊肾病（ADPKD）的标志性特征是表观基因组和细胞代谢的改变。新兴证据表明，代谢重编程和表观遗传重塑密切相关，并相互调节，共同驱动囊肿生长。囊肿形成过程中的关键代谢变化包括有氧糖酵解增强、戊糖磷酸途径活性增加、甲硫氨酸和谷氨酰胺代谢紊乱，以及脂肪酸β-氧化和线粒体功能受损。这些紊乱深刻影响了中间代谢物的水平，如α-酮戊二酸、S-腺苷甲硫氨酸和乙酰辅酶A，这些物质可作为染色质修饰酶的底物或辅因子，从而将代谢信号直接与基因转录联系起来。在本综述中，我们探讨了代谢重编程如何促进囊肿细胞中的表观遗传修饰，激活与囊肿相关的基因表达程序，并加速ADPKD的进展。我们还强调了饮食和药物干预以及中医（TCM）作为针对这一代谢-表观遗传轴的治疗策略的潜力。最后，我们提出了未来研究ADPKD中代谢-表观遗传相互作用机制和治疗潜力的方向。

表语简述：
本综述解释了细胞代谢和表观基因组的变化如何共同驱动常染色体显性多囊肾病（ADPKD）中的囊肿生长。在囊肿形成过程中，囊肿细胞表现出有氧糖酵解增强、戊糖磷酸途径活性增加、甲硫氨酸和谷氨酰胺代谢紊乱，以及脂肪酸β-氧化和线粒体功能受损。这些变化改变了α-酮戊二酸、S-腺苷甲硫氨酸和乙酰辅酶A等中间代谢物的水平，这些物质作为染色质修饰酶的底物或辅因子，重塑了基因转录。作者总结了这种代谢-表观遗传相互作用如何加速ADPKD的进展，并讨论了针对这一轴的饮食、药物和中医策略，指出了未来研究的关键方向。

常见问题解答

引言：
常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是一种常见的单基因疾病，全球约有1250万人患病，是终末期肾病的重要原因。[1] ADPKD的典型特征是双侧肾脏形成大囊肿，这些囊肿对周围肾组织施加机械压力，最终导致组织退化和肾功能丧失。PKD1或PKD2基因的致病突变分别占ADPKD病例的约80%和15%，这些基因编码多囊蛋白1（PC1）和多囊蛋白2（PC2）。[2-4] 最近发现了新的与ADPKD相关的基因，如GANAB、ALG5、ALG8、ALG9、IFT140和DNAJB11。[5-9] 尽管主要的致病基因突变（PKD1和PKD2）早在几十年前就被发现，但控制囊肿形成的确切机制仍大部分未解。[10,11] 托伐普坦（Tolvaptan）是唯一获得FDA批准的ADPKD治疗药物，通过抑制血管加压素受体2（AVPR2）和阻断囊肿上皮中的cAMP信号通路来减缓囊肿生长。[12] 然而，其广泛应用受到成本和副作用的限制，凸显了需要针对其他失调途径的额外治疗方法。

代谢重编程是指细胞代谢根据特定环境需求发生的变化。在正常生理条件下，细胞会根据能量需求、营养可用性或环境条件的变化调整其代谢。在病理状态下，如癌症、自身免疫疾病或代谢紊乱中，细胞常发生显著代谢变化以支持增殖、存活和其他疾病相关活动。[14-16] 在ADPKD中，观察到多个代谢途径的重编程，这与细胞产生能量以支持增殖和主动运输过程的需求密切相关。[17] 类似于癌细胞的快速增殖，囊肿细胞表现出从分解代谢向合成代谢的转变，表现为糖酵解增加、脂肪酸氧化减少（FAO）和谷氨酰胺利用改变，以及线粒体功能受损。[18] 这些代谢变化可能通过从头合成支持关键细胞成分（包括核酸、脂质和蛋白质）的生成，促进细胞增殖和囊肿扩张。最近的研究致力于理解这些代谢变化及其在囊肿进展中的作用。[19-21]

最新证据强调了代谢在通过影响染色质状态来塑造基因调控网络中的关键作用。[22-25] 表观基因组对中间代谢物特别敏感，这些代谢物可作为染色质修饰酶的底物、辅因子或产物，从而在全球范围内或特定位点上改变染色质修饰。[26] 这些表观遗传变化又导致基因表达的改变。例如，来自三羧酸循环（TCA）循环和FAO的乙酰辅酶A（acetyl-CoA）对组蛋白乙酰化至关重要。[27] 同样，S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为一碳代谢的产物，是组蛋白、DNA和RNA甲基化的甲基供体。[28] 此外，TCA循环中间代谢物可作为调节去甲基化酶活性的辅因子或底物。[27] 例如，ten-eleven转位（TET）DNA去甲基酶和含有Jumonji C（JmjC）结构域的组蛋白去甲基酶（JmjC-KDMs）依赖于来自TCA循环和谷氨酰胺再生的α-酮戊二酸（α-KG）的活性。[29,30] 这些酶也可能被TCA循环代谢物（如富马酸、琥珀酸和2-羟基戊二酸（2-HG）抑制。[31] 相反，代谢途径也通过转录调控受到表观基因组的反向调节。[32] 表观遗传和转录分析显示，在小鼠和人类系统中，糖酵解、氧化磷酸化（OXPHOS）和酪氨酸代谢等代谢途径发生了显著变化。[20,33-35] 这种代谢与染色质动态之间的复杂相互作用突显了调控基因表达的复杂机制，为各种代谢和表观遗传疾病的治疗提供了有希望的途径。尽管越来越多的证据表明表观遗传修饰与代谢物浓度调节之间存在关联，但在ADPKD中这些关联的具体机制仍不清楚。

在本文中，我们首先总结了囊肿上皮细胞中观察到的线粒体功能障碍和代谢变化。接下来，我们总结了由代谢重编程调控的组蛋白、DNA和RNA修饰。最后，我们讨论了基于代谢重编程和表观遗传修饰的ADPKD治疗策略。

ADPKD中的代谢改变：
代谢重编程是指在生理或病理情况下，细胞代谢途径的复杂重塑以满足细胞需求。在ADPKD中，代谢重编程主要涉及中心碳代谢，包括糖酵解、TCA循环、OXPHOS和FAO。[36]
葡萄糖代谢是细胞增殖的主要能量来源，涉及细胞质中的糖酵解途径、戊糖磷酸途径（PPP）和丝氨酸合成途径（SSP），以及线粒体中的OXPHOS和TCA循环。[36,37] “瓦尔堡效应”或“有氧糖酵解”最初在癌细胞中发现，描述了细胞如何在有氧条件下将丙酮酸转化为乳酸而非在线粒体中进行OXPHOS。[14] PKD1突变细胞像癌细胞一样依赖有氧糖酵解产生能量[图1]。[18,37] 使用13C-葡萄糖的体内追踪分析显示，PKD小鼠模型中葡萄糖摄取和乳酸生成增加。[37]
图1：ADPKD中代谢改变与组蛋白酰基化之间的相互作用。在ADPKD囊肿形成过程中，多个代谢途径发生改变，包括有氧糖酵解增强、PPP活性和谷氨酰胺代谢增加，以及脂肪酸β-氧化和线粒体功能受损。这些代谢变化为囊肿细胞生长提供了必要的原材料和能量。在有氧糖酵解过程中，更多的丙酮酸被转化为乳酸。此外，糖酵解中间产物越来越多地用于驱动PPP。谷氨酰胺作为重要的碳源，补充TCA循环的中间产物。在ADPKD中，谷氨酰胺通过ASNS转化为谷氨酸，随后被导入线粒体并转化为α-KG以维持TCA循环或产生柠檬酸用于脂质合成。谷氨酰胺衍生的α-KG还可用于产生2-HG，后者与染色质甲基化相关。此外，主要来自有氧糖酵解、FAO和TCA循环的乙酰辅酶A用于组蛋白乙酰化。脂肪酸和氨基酸代谢的副产物肉豆蔻酰-CoA也用于组蛋白肉豆蔻酰化。箭头的颜色表示相对于对照条件的相对流量（增加：红色箭头；减少：蓝色箭头）。

除了葡萄糖，囊肿细胞还显著依赖谷氨酰胺，在PKD中观察到谷氨酰胺利用显著增加。[38] 使用13C6-葡萄糖和15N2-13C5-谷氨酰胺的追踪研究表明，谷氨酰胺通过谷氨酰胺再生途径被分解为谷氨酸，这一过程由天冬酰胺合成酶（ASNS）促进。[36,39] 谷氨酸随后被运输到线粒体并转化为α-KG，用于柠檬酸生产以合成脂质[图1]。[40] 因此，葡萄糖和谷氨酰胺都是核酸、脂质和蛋白质生物合成的重要碳源，对囊肿扩张至关重要。线粒体中的FAO是脂肪酸降解的关键途径，为代谢活跃的细胞提供ATP。管状上皮细胞由于其高线粒体含量，主要依赖FAO来满足能量需求。[41] 然而，PKD1?/?细胞和Ksp-Cre: PKD1flox/-小鼠的肾脏显示出FAO减少和脂肪酸生物合成增加[图1]。[42] 人类ADPKD患者的微阵列数据进一步支持了这一点，显示与脂肪酸生物合成相关的关键基因上调。此外，ADPKD中氨基酸代谢也受到干扰，中性氨基酸转运蛋白（如L型氨基酸转运蛋白1（LAT-1）和LAT-2）的表达发生变化。Yamamoto等人发现支链氨基酸（BCAAs）通过mTOR和MAPK/ERK途径加速囊肿发展。[43] 除了BCAAs，精氨酸和色氨酸代谢也与囊肿生长有关。[44,45] 全身敲除吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）和药物抑制IDO1可减少色氨酸代谢产物水平，减缓囊肿生长。这种囊肿生长减缓与囊肿免疫微环境（CME）的显著变化有关，包括肾M2样驻留巨噬细胞和Tregs数量减少以及CD8+ T细胞数量增加。[45] 然而，ADPKD中的免疫代谢机制仍需进一步研究。

线粒体异常：
线粒体是细胞代谢的核心细胞器，提供能量和生物合成所需的原材料。[46,47] 在正常情况下，多囊蛋白通过多种分子机制调节线粒体功能。它们定位于线粒体相关的内质网（ER）膜（MAMs）上，[48] 促进钙离子（Ca2+）从ER向线粒体的运输。[49] 线粒体基质Ca2+浓度的升高激活了关键酶，包括丙酮酸脱氢酶磷酸酶（PDP）、异柠檬酸脱氢酶（IDH）和α-KG脱氢酶（OGDH），从而维持OXPHOS和ATP合成。[49,50] 值得注意的是，PC1的C末端尾部（CTT）可以转移到细胞核调节基因表达，或直接在线粒体基质中调节信号通路。[51,52] 相反，PC-1的缺失导致线粒体内Ca2+-依赖的OXPHOS活性降低和线粒体碎片化增加。这种变化可能促进糖酵解产生ATP，并促进α-KG向异柠檬酸的还原性羧基化，进而生成柠檬酸，支持脂质合成。ADPKD患者的囊肿上皮细胞以及Ksp-Cre: PKD1flox/flox和小鼠（Han: SPRD Cy/+）大鼠的线粒体结构和功能异常一直被观察到。[13,53] 与野生型相比，这些线粒体异常伴随着ROS水平的升高，激活了细胞外信号调节激酶1（ERK1）-ERK2信号通路，导致细胞增殖增加。[13] 这表明针对PKD中线粒体缺陷的干预可能通过阻止异常细胞增殖来抑制囊肿进展。此外，线粒体生物生成的主要调节因子过氧化物酶体增殖激活受体（PPARγ）共激活因子1α（PGC-1α）在PKD1flox/flox小鼠和七周大的Cy/+大鼠细胞中因钙信号减弱和cAMP水平升高而下调。[54,55] 总而言之，线粒体功能障碍在ADPKD相关的代谢失调中起着关键作用，促进疾病进展。

囊肿形成过程中的表观遗传重塑中的代谢物：
线粒体被广泛认为是代谢枢纽，对核酸、脂质和蛋白质等大分子的生物合成至关重要。来自线粒体的代谢物已被证明可以直接或间接驱动核内的表观遗传修饰变化。[56,57] 本节探讨了关键的代谢中间产物，包括乙酰辅酶A、α-KG、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）和S-腺苷甲硫氨酸（SAM）作为调节因子，并讨论了它们丰度的变化如何影响表观基因组和囊肿形成。组蛋白乙酰化 乙酰辅酶A（Acetyl-CoA）是多种代谢途径产生的中间产物之一，例如由葡萄糖衍生的丙酮酸、脂肪酸β-氧化和乙酸代谢[图1][58]。除了在代谢和生物合成中的已知作用外，乙酰辅酶A还作为底物，通过提供乙酰基团参与组蛋白乙酰化过程，这一过程由组蛋白乙酰转移酶（HATs）调控[22,57]。在PKD1突变肾脏和PKD1RC/?细胞中观察到乙酰辅酶A水平升高[33]。许多研究强调了乙酰辅酶A代谢的变化如何影响组蛋白乙酰化。例如，在缺氧或脂质缺乏等代谢应激条件下，ACSS2表达增加会促进乙酸的摄取并转化为乙酰辅酶A[59,60]。值得注意的是，核定位的ACSS2已被证明可以维持组蛋白乙酰化水平[23,61]。尽管越来越多的证据支持ADPKD中与乙酰辅酶A相关的多个代谢途径的失调，但PKD1或PKD2突变后乙酰辅酶A的具体代谢来源仍不清楚，需要进一步研究。组蛋白H3在第27位赖氨酸处的乙酰化（H3K27ac）是活性增强子和启动子的标志，从而促进目标基因的转录。H3K27ac标记的增强子的动态与细胞状态密切相关，并常反映疾病特征[62,63]。超级增强子（SEs）是跨越数十千碱基的大规模增强子簇，驱动定义细胞身份的关键表达程序[64,65]。这些区域的特征是组蛋白标记H3K27ac的高密度和/或延长（>3 kb）沉积。在多个ADPKD小鼠模型中观察到H3K27ac水平升高，包括18天大的Ksp-Cre、PKD1F/RC（PKD1突变）、Pkhd1-cre、PKD2F/F（PKD2-KO）和PKD1RC/RC小鼠模型[33]。通过比较H3K27ac ChIP-Seq分析，我们绘制了PKD1缺失（PN）肾小管上皮细胞中的SEs图谱[20]。正常细胞和囊性细胞之间的SE图谱及相关基因表达程序存在显著差异。抑制细胞周期依赖性激酶（CDK）7（一种对SE组装和维持至关重要的转录激酶）可以延缓早期和晚期ADPKD小鼠模型的囊肿生长。进一步分析显示，大多数与SE相关的转录本涉及对囊肿形成至关重要的代谢过程，如糖酵解、脂肪酸生物合成和AMP代谢。AMP脱氨酶3（AMPD3）是一种典型的SE驱动基因，受CDK7调控，在囊性上皮细胞中表达升高。敲低AMPD3或用强效AMPD抑制剂pentostatin抑制其活性可以减缓ADPKD小鼠模型的囊肿生长。这些发现表明，针对SE驱动的代谢重编程可能是治疗ADPKD的有希望的策略。Lakhia等人发现，囊性肾脏中的增强子和超级增强子图谱发生了广泛的重塑，类似于正常肾脏的发育状态。在这项研究中，删除与促增殖转录因子（c-Myc、Jun或Fos）相关的增强子调控元件可以减少基因表达并抑制3D囊肿生长[33]。这表明表观遗传重编程介导了PKD中的转录组失调。值得注意的是，用葡萄糖类似物（如2-脱氧葡萄糖（2-DG）抑制糖酵解，或用BPTES抑制谷氨酰胺分解可以降低PKD1突变细胞中参与囊肿形成的基因增强子处的H3K27ac水平。总体而言，这些发现强调了表观遗传调控和代谢变化在ADPKD进展中的作用。NAD+是最丰富的代谢物之一，对维持细胞氧化还原平衡至关重要，它可以通过色胺途径（KP）从头合成或通过回收途径循环利用[66,67]。除了氧化还原调节外，NAD+还作为普遍存在的细胞辅酶。Sirtuins（SIRTs）属于III类组蛋白去乙酰化酶（HDAC）家族，响应细胞内NAD+水平并需要NAD+作为辅因子，从而调节组蛋白去乙酰化[68]。有趣的是，越来越多的证据表明Sirtuin（SIRT）途径可能对PKD有不利影响。例如，NAD依赖性蛋白去乙酰化酶SIRT1的过度激活会促进囊肿形成和生长[69,70]，而删除SIRT1可以延缓肾囊肿形成。此外，像烟酰胺（非竞争性SIRT1抑制剂）或泛Sirtuin抑制剂（如Trichostatin A或丙戊酸[71]）以及SIRT1特异性抑制剂（如EX-527[71]）已被证明可以延缓PKD1突变体的肾囊肿生长。SIRT1在囊性肾上皮细胞中的信号传导为开发ADPKD潜在治疗策略提供了途径。进行了一项开放标签单臂干预试验（n = 10）和一项随机双盲安慰剂对照试验（n = 36），以确定烟酰胺在ADPKD患者中的生物活性和安全性[72]。出乎意料的是，尽管烟酰胺耐受性良好，但在2020年的12个月治疗期间，未观察到对乙酰化/总p53水平的持续影响，安慰剂组和烟酰胺组之间没有显著差异。临床研究和临床前研究结果的差异可能是由于基础疾病和疾病进展阶段掩盖了治疗效果。或者，随时间观察到的效果减弱可能表明对药物效果的补偿反应。进一步研究替代靶点和SIRT1途径抑制剂的可能具有更积极的结果。除了经典的组蛋白修饰（如乙酰化和甲基化）外，还发现了新的组蛋白翻译后修饰（PTMs），包括乳酰化、磷酸化、β-羟基丁酰化和肉豆蔻酰化[73]。这些组蛋白修饰改变了组蛋白的电荷和结构，影响其与DNA的结合，进而影响染色质状态和基因表达。例如，组蛋白赖氨酸肉豆蔻酰化（Kcr）主要与活跃的转录相关，在活跃的启动子和增强子中尤为丰富[74,75]。在我们的研究中，我们最初检查了受酰基辅酶A可用性影响的组蛋白乙酰化程度，发现ADPKD小鼠肾脏中的组蛋白赖氨酸Kcr显著增加，而组蛋白β-羟基丁酰化（Kbhb）减少[76]。利用基于HPLC-MS/MS的蛋白质组学方法，我们确定H3K18肉豆蔻酰化（H3K18cr）是PKD1突变细胞中的主要修饰。此外，我们观察到肉豆蔻酰辅酶A水合酶Chromodomain Y-like（CDYL）的下调，这有助于ADPKD小鼠模型中Kcr的Cr-CoA积累。过表达CDYL的转基因小鼠显示出组蛋白Kcr水平降低和囊肿生长减缓。虽然组蛋白修饰在癌症发生和免疫细胞功能方面已被广泛研究，但它们在肾脏疾病中的作用仍相对较少探索。我们的研究建立了组蛋白Kcr与ADPKD进展之间的联系，为肾脏疾病研究开辟了新的途径。然而，需要进一步研究以确定代谢变化（生成丰富的物质，如用于琥珀酰化的琥珀酰辅酶A、用于N-糖基化的各种分支糖、用于乙酰化的酰基辅酶A等）是否在ADPKD的表观遗传重编程中起重要作用。

组蛋白甲基化 甲硫氨酸是SAM的主要氨基酸来源[77]。在细胞质中，叶酸循环与甲硫氨酸循环结合生成SAM，这一过程由线粒体的一碳代谢维持。因此，线粒体代谢的波动可能导致SAM水平的变化，从而影响组蛋白和DNA的甲基化程度，这对细胞稳态至关重要[图2][78,79]。组蛋白甲基化由组蛋白甲基转移酶（HMTs）调控，使用SAM作为辅因子和甲基供体，与基因转录激活和抑制相关[80,81]。例如，H3第4位赖氨酸（H3K4）和H3K36的甲基化与转录激活相关。相反，H3K9和H3K27的甲基化与转录抑制相关。组蛋白尾部的甲基去除由组蛋白去甲基酶催化。接下来，我们将讨论这种复杂的甲基化变化如何凸显ADPKD中表观遗传变化的多方面性质。

图2：ADPKD中代谢改变与DNA/RNA/组蛋白甲基化之间的相互作用。由TCA循环或线粒体内的一碳循环产生的代谢物作为底物或辅因子来控制甲基化修饰。由葡萄糖衍生的中间产物3PG可以通过甲硫氨酸循环代谢生成SAM，作为甲基化反应的甲基供体。组蛋白甲基化由HMTs催化，并可由HDMs去除，从而影响转录激活或抑制。DNMTs利用甲基对DNA中的胞嘧啶残基进行甲基化，形成5-甲基胞嘧啶（5mC），而DNA甲基化可由TET蛋白去除，恢复基因转录。TCA循环产生的α-KG是染色质修饰JmjC结构域含有的赖氨酸去甲基酶（JMJDs）和TETs DNA去甲基酶的重要辅因子。JMJDs和TETs均可被富马酸、琥珀酸和2-HG抑制。来自维生素核黄素（维生素B2）的黄素腺嘌呤二核苷酸（FAD）是赖氨酸特异性去甲基酶（LSD）的重要辅因子。RNA甲基化是一种可逆的翻译后修饰，通过调节基因表达影响多种生物过程。m6A是真核RNA中最丰富和保守的共转录修饰，尤其是在高等真核细胞中。它由m6A甲基转移酶（如METTL3/14/16）安装，并由去甲基酶ALKBH5去除。TCA（三羧酸）；m6A（N6-甲基腺苷）；2-HG（2-羟基戊二酸）；3PG（3-磷酸甘油酸）；HDMs（组蛋白去甲基酶）；TET（ten-eleven转位）；DNMTs（DNA甲基转移酶）；HMTs（组蛋白去甲基酶）；SAM（S-腺苷酰甲硫氨酸）。SET和MYND结构域（SMYD）赖氨酸甲基转移酶家族是组蛋白赖氨酸甲基转移酶（KMTs）的一个亚组，包含五个成员，在基因表达中起关键作用[21,24,82]。SMYD2和SMYD3在PKD1突变肾上皮细胞和肾脏中上调，通过甲基化促进信号转导子和转录激活因子3（STAT3）和p65的激活，从而促进ADPKD疾病进展[83-85]。具体来说，SMYD2介导的H3K4和H3K36甲基化调节与多种PKD信号通路相关的基因表达[图2]。用AZ505敲低或抑制SMYD2可以延缓囊肿形成，SMYD2与CDK4/6相互作用[83]，调节其磷酸化和酶活性，从而促进组蛋白H3在第4位赖氨酸（H3K4）和第36位赖氨酸（H3K36）的甲基化。相反，SMYD2对CDK4和CDK6启动子处组蛋白H3K4的甲基化可正向调节其转录。CDK4/6-SMYD2轴还通过甲基化参与纤毛组装的关键成分来调节微管动态。CDK4/6-SMYD2信号的耗竭或抑制选择性降低α-微管蛋白的甲基化，并增加乳腺癌和囊性肾上皮细胞中内纤毛转运蛋白20（IFT20）的表达，从而恢复初级纤毛。位于中心体的SMYD3参与基因组不稳定性和纤毛生成[84]。这些研究表明，药理学抑制SMYD可能是治疗ADPKD的新策略。最近，我们的团队观察到多囊肝病（PLD）胆管细胞中的HK9me3标记染色质发生显著改变，被H3K9ac修饰取代[图2]。这表明从抑制性染色质状态转变为活性染色质状态[86]。有趣的是，给予CPTH6（一种特定的K-乙酰转移酶2A（KAT2A）和KAT2B（H3K9Ac乙酰转移酶）抑制剂）或ML324（一种特定的KDM4（H3K9me3去甲基酶）抑制剂可以减轻ADPKD小鼠模型中的囊肿生长[86]。这种治疗效果表明囊细胞增殖在各种组织中具有共同特征。这项研究为了解组蛋白修饰酶在多囊肾病中的囊肿形成作用提供了宝贵见解。

DNA和RNA甲基化 DNA甲基化主要发生在胞嘧啶-鸟苷二核苷酸（CpGs）上，是一种重要的表观基因组机制，调节基因表达。它由DNA甲基转移酶（DNMTs）和TET酶控制。DNA甲基化在多种疾病（包括ADPKD）的基因表达调节中起关键表观遗传作用[图2][87]。自2014年通过甲基化CpG岛恢复测序（MIRA-seq）技术首次将DNA甲基化与ADPKD联系起来以来，已在小鼠模型和患者样本中进行了广泛研究。观察到区域特异性的低甲基化和高甲基化，在ADPKD中具有复杂的囊肿形成和肾功能下降作用[88,79]。Woo等人通过MIRA-seq发现ADPKD肾脏中黏蛋白样原钙粘蛋白（MUPCDH）启动子区域的高甲基化，表明其作为新的表观遗传生物标志物和治疗靶点[88]。类似地，Bowden等人使用代表性亚硫酸盐测序（RRBS）发现ADPKD基因组中的全局低甲基化[89]。现在全基因组亚硫酸盐测序（WGBS）被认为是金标准方法，Xu等人用它来检查ADPKD患者的DNA甲基组[87]。他们发现人类ADPKD肾脏中的基因组DNA表现出全局低甲基化。与DNA类似，动态生化修饰对于RNA处理、稳定性或翻译效率也是必需的[90-92]，包括mRNA在第5位碳位置的甲基化（m5C）、N6-甲基腺苷（m6A）和N1-甲基腺苷（m1A）。这种RNA上的甲基化修饰属于表观转录组，也受细胞甲基供体浓度控制。N6-甲基腺苷（m6A）在甲基转移酶类似物3（METTL3）-METTL14复合物的催化下生成，是目前研究最为广泛的RNA修饰类型[图2][93]。最新研究表明，在ADPKD（常染色体显性多囊肾病）模型中，蛋氨酸和SAM（S-腺苷甲硫氨酸）的水平升高[19]，并且由METTL3组成的m6A修饰复合体在小鼠和人类ADPKD样本中均表现出上调。这通过增强c-Myc和Avpr2的表达促进了囊肿的增殖和蛋白质的合成[19]。Mettl3的缺失可以减缓ADPKD模型中的囊肿生长，而特异性表达Mettl3的转基因小鼠（Ksp-Cre; Mettl3Tg）则会导致肾小管扩张和囊肿形成[19]。METTL3与由蛋氨酸转化而来的SAM结合，作为m6A反应的催化核心[94]。低蛋氨酸饮食可以降低SAM水平，从而减少mRNA的甲基化并抑制囊肿生长[19]。这些发现表明，METTL3促进了囊肿的形成，并将蛋氨酸的利用与囊肿细胞的表观遗传学变化联系起来。总体而言，这些研究揭示了PKD（多囊肾病）中RNA修饰的代谢变异性和致病性，强调了异常营养利用对囊肿生成的影响。此外，这也突显了干预营养利用在ADPKD治疗中的潜在益处。

**针对ADPKD治疗的代谢-表观遗传轴**
在ADPKD中，线粒体动力学缺陷普遍存在[17]。减轻线粒体压力或重塑线粒体代谢已被证明可以影响囊肿的发展。最近的研究强调了细胞抗氧化剂和线粒体调节剂在增强线粒体健康方面的有效性，为针对囊性细胞中功能失调的线粒体的治疗干预提供了有希望的途径。NRF2（烟酰胺腺嘌呤二核苷酸受体2）及其核转运的稳定性受到kelch样ECH相关蛋白1（KEAP1）和糖原合成酶激酶-3β（GSK-3β）的调控[95,96]。干扰NRF2与KEAP1或β-TrCP之间的相互作用可以促进NRF2的抗氧化反应。通过使用KEAP1抑制剂硫代葡萄糖（SFN）或GSK-3β抑制剂TDZD-8对NRF2进行药物稳定化，已被证明可以改善ADPKD小鼠模型中的氧化应激并减少囊肿生长[34]。重要的是，NRF2的激活通过招募组蛋白乙酰转移酶P300来重塑增强子景观，揭示了线粒体稳态与染色质调控之间的联系[34]。硫代葡萄糖是一种从十字花科蔬菜中提取的天然化合物，因其抗氧化特性而被广泛研究，并显示出作为ADPKD长期治疗剂的潜力[34]。除了NRF2之外，其他转录因子如核激素受体PPARα/γ和HNF4α也调节参与脂肪酸氧化（FAO）和其他代谢途径的基因，为ADPKD提供了替代的治疗靶点。PPARα在ADPKD中受到microRNA-17的下调[97]，而使用非诺贝特（PPARα激动剂）治疗或上调抗miR-17可以改善代谢相关基因网络的表达，包括PGC-1α基因，最终在小鼠模型中减少60%的囊肿体积[55]。吡格列酮和罗格列酮作为PPAR-γ激动剂，在多囊肾大鼠模型中表现出抗囊肿生成作用[98,99]。Blazer-Yost等人进行的一项1b期交叉研究也证明了PPARγ激动剂吡格列酮在18名ADPKD患者中的安全性[100]。

代谢-表观遗传轴在囊肿扩张中起着关键作用。能够调节表观遗传过程的代谢物，如乙酰辅酶A（acetyl-CoA）、SAM和NAD+，促进了囊性细胞的增殖。ADPKD中乙酰辅酶A、蛋氨酸和SAM水平的升高突显了它们在囊肿生成中的调节潜力。含有溴结构域的蛋白4（Brd4）是一种BET溴结构域（BRD）蛋白，能够识别组蛋白尾部的乙酰化赖氨酸残基以调节基因表达。Zhou等人发现，用JQ1抑制Brd4可以减少囊性上皮细胞的增殖[101]。使用2-DG等葡萄糖类似物抑制糖酵解或用BPTES靶向谷氨酰胺分解可以降低PKD1突变细胞中与囊肿形成相关基因的增强子处的H3K27ac水平[33]。此外，低蛋氨酸饮食可以降低SAM的产生，从而减少mRNA的甲基化并抑制囊肿生长[19]。这些发现表明，通过使用代谢物或小分子直接操纵囊性细胞的表观基因组有可能调节囊肿的形成[表1]。值得注意的是，来自谷氨酰胺的α-酮戊二酸（α-KG）在体内可以诱导H3K4me3的低甲基化，从而抑制表观遗传激活的途径[102]。然而，特定的饮食干预措施，如热量限制[103,104]、间歇性禁食、生酮饮食[105]或补充酮体β-羟基丁酸[106]，已被证明可以延缓ADPKD的进展。确实，多项研究强调了饮食干预通过调节表观遗传修饰所需的关键代谢物的可用性来减缓囊肿发展的潜力。

**表1 - 针对ADPKD治疗的代谢-表观遗传轴**
| 治疗靶点 | 干预/治疗方法 | 临床前模型 | NCT编号 | 参考文献 |
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