《International Journal of Molecular Sciences》：Empagliflozin Prevents Cardiac Arrest-Induced Renal Injury Through BHB-Dependent Mitoribosome Maintenance
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心搏骤停随后进行心肺复苏（CA/CPR）会诱导全身性缺血，并经常导致急性肾损伤（AKI）。酮体β-羟基丁酸（BHB）通过激活C/EBPβ–Pck1轴来维持线粒体和过氧化物酶体的稳态，而Pck1则保留线粒体核糖体的完整性以及由线粒体DNA（mtDNA）编码的氧化
心搏骤停随后进行心肺复苏（CA/CPR）会诱导全身性缺血，并经常导致急性肾损伤（AKI）。酮体β-羟基丁酸（BHB）通过激活C/EBPβ–Pck1轴来维持线粒体和过氧化物酶体的稳态，而Pck1则保留线粒体核糖体的完整性以及由线粒体DNA（mtDNA）编码的氧化磷酸化（OXPHOS）的翻译。然而，目前尚不清楚该通路在CA/CPR诱导的AKI过程中是否被破坏，以及恩格列净是否能够恢复其活性。雄性C57BL/6J小鼠和近端小管特异性Pck1条件性敲除（CKO）小鼠被实施了短时间或标准CA/CPR方案。在CA/CPR诱导前7天口服给予恩格列净。使用既定方法评估了循环BHB水平、肾脏中C/EBPβ和Pck1的表达，以及线粒体、过氧化物酶体和线粒体核糖体的丰度和功能标志物。CA/CPR显著降低了循环BHB水平并抑制了C/EBPβ–Pck1信号轴。这些变化伴随着过氧化物酶体标志物、线粒体调节因子和线粒体核糖体成分的耗竭，以及肾小管凋亡和白蛋白尿的增加。Pck1 CKO小鼠表现出严重的细胞器功能障碍和加重的肾损伤。相反，恩格列净恢复了BHB水平，保留了C/EBPβ和Pck1的表达，并维持了线粒体、过氧化物酶体和线粒体核糖体的完整性，从而减轻了肾小管损伤和白蛋白尿。值得注意的是，恩格列净治疗增加了未受伤小鼠体内BHB、C/EBPβ和Pck1的水平，而未诱导细胞器扩增，这表明在基础条件下仅激活Pck1不足以促进线粒体核糖体的生物发生。总而言之，这些发现表明恩格列净能够预防CA/CPR诱导的AKI，并确定Pck1是连接酮体信号传导与细胞器抗逆性的关键代谢调节因子。
心搏骤停及随后的心肺复苏（CA/CPR）会导致严重的全身性缺血再灌注损伤，而急性肾损伤（AKI）是导致相关发病率和死亡率的一个重要因素。尽管在复苏护理方面取得了进展，但目前尚无确立的药理学策略可用于预防心搏骤停后的肾损伤。近期临床证据表明，钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂可能会减少心搏骤停后的多器官损伤，而实验研究也已在顺铂肾毒性、缺血再灌注损伤和内毒素血症模型中证明了其肾脏保护作用。在SGLT2抑制剂保护作用的潜在机制中，酮体代谢已成为一条关键通路。酮体β-羟基丁酸（BHB）不仅作为替代能量底物，还作为信号代谢物调节近端小管细胞的转录程序。BHB激活C/EBPβ并诱导磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶1（Pck1），从而促进适应性代谢反应。此外，Pck1对于维持线粒体核糖体完整性并支持mtDNA编码的氧化磷酸化（OXPHOS）亚基的翻译至关重要。然而，目前仍不清楚BHB–C/EBPβ–Pck1轴在CA/CPR诱导的AKI中是否被破坏，SGLT2抑制是否通过升高BHB恢复该通路，以及Pck1如何在严重缺血应激中介导细胞器保护。因此，研究人员开展了这项研究，相关论文发表在《International Journal of Molecular Sciences》上。研究人员假设CA/CPR会抑制BHB–C/EBPβ–Pck1轴，而SGLT2抑制可通过增加BHB水平恢复该通路；并进一步假设Pck1通过维持线粒体核糖体完整性来保护线粒体和过氧化物酶体稳态。
在技术方法方面，研究人员使用了雄性C57BL/6J小鼠及近端小管特异性Pck1条件性敲除（Pck1 CKO）小鼠建立标准或短时间CA/CPR模型，并在建模前连续7天口服给予恩格列净。研究综合运用了转录水平的实时荧光定量PCR、免疫荧光与免疫组化染色、透射电子显微镜（TEM）超微结构分析、SDS-PAGE凝胶电泳检测尿蛋白、以及离体肾小管上皮细胞的线粒体呼吸功能测定等多种关键技术方法。
在研究结果方面，论文分为多个子模块进行阐述：
CA/CPR选择性地降低循环BHB水平：研究人员在包括药物诱导和程序相关性AKI等多种动物模型中检测了血浆BHB水平，发现仅在CA/CPR模型中观察到循环BHB水平发生显著降低，这表明CA/CPR独特地诱导了内源性BHB耗竭。
CA/CPR动态调节肾脏BHB–C/EBPβ–Pck1轴：研究发现，在自主循环恢复（ROSC）后肾脏组织的C/EBPβ和Pck1表达呈时间依赖性下降，且免疫荧光证实Pck1主要在近端小管中表达显著减少。这表明CA/CPR在急性复苏后阶段诱导了近端小管细胞内该信号通路的动态抑制。
Pck1缺乏显著增加对CA/CPR诱导AKI的易感性：在近端小管特异性Pck1 CKO小鼠中发现，虽然基础状态下无明显AKI，但在经历标准CA/CPR后小鼠全部死亡。在缩短心搏骤停时间至3分钟的温和模型中，CKO小鼠发生了严重的AKI，肾小管损伤评分显著升高，证明Pck1在保护近端小管细胞免受缺血损伤中不可或缺。
Pck1丢失导致CA/CPR后的白蛋白尿和线粒体核糖体丢失：CKO小鼠在经历短时间CA/CPR后表现出显著增加的白蛋白尿。透射电子显微镜超微结构分析显示，CKO小鼠近端小管内的线粒体核糖体发生显著减少甚至缺失，表明Pck1丢失破坏了线粒体核糖体的完整性，进而损害mtDNA编码OXPHOS亚基的翻译。
Pck1缺乏破坏CA/CPR后的线粒体和过氧化物酶体稳态：进一步研究证实，Pck1缺乏导致过氧化物酶体标志物PMP70、过氧化氢酶和酰基辅酶A氧化酶1（ACOX1）显著减少；同时，线粒体生物发生调节因子PGC-1α和中链酰基辅酶A脱氢酶（MCAD）表达显著下降，而脂质过氧化和氧化应激标志物4-HNE表达急剧上升。这证明Pck1缺乏破坏了线粒体和过氧化物酶体的稳态，导致β-氧化受损和氧化应激加剧。
Pck1缺乏诱导包括线粒体核糖体丢失在内的协同细胞器功能障碍：研究发现，Pck1缺乏导致线粒体核糖体蛋白MRPL13和MRPS15显著减少，且依赖于线粒体核糖体翻译的mtDNA编码OXPHOS亚基ND1和COX1也显著下降，证实了广泛的细胞器功能障碍。
Pck1缺乏加重CA/CPR后的近端小管凋亡：通过TUNEL和AQP1双重染色发现，Pck1 CKO小鼠近端小管中凋亡细胞的数量比对照组显著增加，表明Pck1丢失使近端小管细胞在CA/CPR后对凋亡更加敏感。
Pck1的丢失将CA/CPR诱导的BHB耗竭与线粒体核糖体衰竭和细胞器崩溃联系起来：综合上述机制表明，CA/CPR诱导的BHB耗竭抑制了近端小管的C/EBPβ和Pck1表达，进而导致线粒体核糖体丢失和翻译功能受损，最终引发线粒体和过氧化物酶体代谢网络崩溃和细胞凋亡。
恩格列净恢复BHB–C/EBPβ–Pck1轴并减轻CA/CPR诱导的AKI：研究发现，恩格列净不仅能在基础状态下升高小鼠血浆BHB水平，还能有效防止CA/CPR引起的BHB耗竭。同时，恩格列净显著上调并维持了C/EBPβ和Pck1的表达，且显著减轻了CA/CPR后的肾小管组织学损伤，证实了其对信号轴的修复和肾脏保护作用。
恩格列净保留近端小管功能和CA/CPR后的线粒体核糖体完整性：功能性检测表明，恩格列净显著减少了CA/CPR诱导的白蛋白尿。电镜观察显示，恩格列净维持了近端小管内线粒体核糖体的密度和形态，避免了核糖体丢失。
恩格列净维持CA/CPR后的线粒体和过氧化物酶体稳态：研究显示，使用恩格列净后，过氧化物酶体标志物PMP70、过氧化氢酶、ACOX1以及线粒体标志物PGC-1α和MCAD的表达均得到良好维持，而氧化应激标志物4-HNE的过度升高被显著抑制，证明了其对细胞器代谢稳态的全面保护。
恩格列净保留CA/CPR后的线粒体核糖体丰度和功能：免疫组化进一步证实，恩格列净有效维持了线粒体核糖体蛋白MRPL13和MRPS15的丰度，并保留了ND1和COX1的表达，从而维持了线粒体蛋白质的合成能力。
恩格列净减少肾小管凋亡并提供多层次的细胞器保护：双重染色结果证实，恩格列净显著减少了CA/CPR诱导的近端小管细胞凋亡，全面阐明了其通过提升BHB、激活Pck1介导的多层次细胞器保护机制。
在讨论部分，研究人员指出，本研究确定了酮体依赖性的BHB–C/EBPβ–Pck1轴是决定严重代谢应激下近端小管抗逆性的关键因素。与顺铂肾毒性或败血症等其他AKI模型不同，CA/CPR独特地引起循环BHB的耗竭，从而抑制了维持线粒体、过氧化物酶体和线粒体核糖体稳态所需的转录程序。此外，Pck1作为近端小管细胞中不可或缺的代谢卫士，其缺乏会导致线粒体核糖体显著丢失、mtDNA编码亚基翻译受损、过氧化物酶体功能障碍和氧化应激增加，最终导致细胞凋亡。而恩格列净通过恢复循环BHB水平，重新激活C/EBPβ和Pck1表达，保留了线粒体核糖体丰度和线粒体翻译活性。值得注意的是，恩格列净在未受损肾脏中并未增加线粒体核糖体丰度，表明Pck1激活本身不足以在基础条件下诱导线粒体核糖体生物发生，这提示存在独立于Pck1的机制调控细胞器扩增，恩格列净主要在应激状态下发挥依赖于Pck1的维持作用。这些机制也为临床观察到的SGLT2抑制剂在心搏骤停后减少多器官损伤的作用提供了生物学解释。
最后总结研究结论，该研究确定BHB–C/EBPβ–Pck1轴是维持线粒体核糖体完整性、保持细胞器稳态并保护近端小管细胞免受CA/CPR诱导损伤的核心代谢通路。恩格列净通过恢复这种酮体依赖的信号通路，防止了线粒体核糖体的崩溃，并赋予了多层次的细胞器保护。这些发现为探索SGLT2抑制剂作为心脏复苏后AKI的潜在治疗药物提供了机制基础，并将Pck1确定为在严重缺血应激下增强细胞器抗逆性的一个有前景的干预靶点。
