PDZK1表达降低通过调节近端肾小管上皮细胞中的脂肪酸摄取而促进糖尿病肾病的发展

《Metabolism》：Reduction of PDZK1 promotes diabetic kidney disease by modulating fatty acid uptake in proximal tubular epithelial cells

　　

摘要

引言

肾小管损伤会推动糖尿病肾病的发展，是极具治疗潜力的靶点。PDZK1是一种在近端肾小管中高表达的支架蛋白，可调节肾小管的重吸收功能；然而，它在糖尿病肾病相关代谢紊乱中的作用尚未明确。本研究旨在探讨PDZK1在糖尿病肾病进展过程中对代谢功能障碍的贡献。

方法

我们通过高脂饮食联合链脲佐菌素在C57BL/6?J小鼠中诱导糖尿病肾病。对肾皮质的定量蛋白质组学分析显示PDZK1的表达显著下降，这一现象在小鼠糖尿病肾病模型及人类糖尿病肾病患者中均得到证实。为评估PDZK1的功能，我们构建了全基因敲除的PDZK1小鼠以及条件性敲除小鼠（Pdzk1^Pax8-cre+）。

结果

经过高脂饮食/链脲佐菌素处理后，与对照组相比，小鼠的肾小管脂质积累、肾小管损伤以及间质纤维化更为严重。PDZK1沉默会在高葡萄糖/棕榈酸压力下增强脂肪酸的摄取和脂质积累，而PDZK1过表达则能减轻这些效应。从机制上来看，PDZK1会直接与脂肪酸转运蛋白2相互作用，限制其定位于细胞膜上。PDZK1缺失会导致FATP2转移到细胞膜上，进而增加脂肪酸的流入，引发脂毒性肾小管损伤。恢复内源性PDZK1表达或药物抑制FATP2活性均可延缓糖尿病肾病的进展。

结论

总体而言，糖尿病相关的PDZK1缺乏会打破PDZK1–FATP2轴的平衡，导致FATP2更牢固地锚定在细胞膜上，引起异常的脂质沉积，进而引发肾小管损伤。

引言

糖尿病肾病是全球终末期肾病的主要病因。即便实现了最佳的血糖和血压控制，仍有约20–40%的糖尿病患者会发展为终末期肾病[1]、[2]。虽然传统上认为糖尿病肾病中的蛋白尿是由肾小球病变引起的，但针对肾球体的治疗仅能部分延缓疾病进展，仍有约30%的患者会继续发展成慢性肾病或终末期肾病[3]。在明显的肾小球病变出现之前，肾小管功能障碍就已经存在，且在糖尿病肾病的发生和发展过程中起着关键作用[4]、[5]、[6]。SGLT2抑制剂在糖尿病肾病中的肾脏保护作用进一步凸显了近端肾小管损伤的致病意义，也表明针对肾小管进行治疗具有潜在价值[7]、[8]。受损的肾小管上皮细胞会分泌促炎和促纤维化物质，加剧疾病进展，因此肾小管损伤可视为糖尿病肾病进展的核心驱动因素[9]。此外，肾小管异常也是糖尿病肾病中肾功能下降最有力的组织学预测指标[10]、[11]、[12]、[13]。因此，阐明肾小管损伤的分子机制对于寻找糖尿病肾病的新治疗靶点至关重要。

PDZK1属于Na⁺/H⁺交换体调控因子家族的支架蛋白，含有多个突触后密度95/Discs-large/ZO-1（PDZ）结构域[14]。它在近端肾小管上皮细胞中高表达，负责调控膜转运蛋白的亚细胞定位[15]。在近端肾小管上皮细胞中，PDZK1会与钠耦合的单羧酸转运蛋白以及尿酸转运蛋白1形成三元复合物，从而调节肾脏中的乳酸代谢和尿酸重吸收功能[16]、[17]。PDZK1还会与有机阳离子转运蛋白2相互作用，增强肉碱的摄取，从而对慢性肾病起到保护作用[18]。此外，PDZK1还通过与钠磷酸盐共转运蛋白IIa、Na⁺/H⁺交换体3以及囊性纤维化跨膜传导调节因子相互作用，参与肾脏离子的转运过程[19]、[20]。不过，PDZK1是否通过调节糖尿病肾病中的肾小管损伤来影响糖尿病肾病，目前仍不明确。

在本研究中，我们检测了糖尿病肾病患者肾活检样本中的PDZK1表达水平，并分析了其与肾间质纤维化的关联。我们发现，在糖尿病小鼠中特异性删除PDZK1会加重脂质积累、肾小管损伤以及肾纤维化。从机制上来看，PDZK1通过直接与脂肪酸转运蛋白2结合，抑制其向细胞膜的转移，从而限制脂肪酸的流入。恢复PDZK1的表达可以起到保护作用，防止糖尿病肾病的发展。这些研究结果表明，PDZK1–FATP2轴是近端肾小管固有的调控机制，可通过针对该机制进行治疗来阻止或逆转糖尿病肾病的进展。

章节节选

糖尿病肾脏中PDZK1表达显著下降，且与其病情严重程度相关

接受高脂饮食联合链脲佐菌素处理的小鼠出现了糖尿病肾病，表现为持续的高血糖、葡萄糖耐量下降，以及尿白蛋白/肌酐比值、尿NGAL水平升高，还有其他反映肾上皮损伤的指标上升（图S1 A–C）。肾组织学检查显示，糖尿病肾病组存在肾小球肥大、系膜扩张、肾小管萎缩、刷状缘消失以及肾小管间质纤维化，同时α-SMA的表达也有所增加（图1A）。为更深入地了解糖尿病肾病的分子特征，

讨论

随着糖尿病肾病的病理焦点从肾小球转向肾小管间质区域，近端肾小管已成为推动疾病进展的关键部位[22]。近端肾小管由单层肾小管上皮细胞构成，是肾脏中主要的重吸收场所。由于其较高的代谢需求，它极易受到糖脂毒性的影响[23]。近期的大量研究都表明，肾小管病变，尤其是近端肾小管损伤，在糖尿病肾病的发生和发展过程中起着至关重要的作用

材料与方法

更多的方法学细节见补充方法部分。

缩写说明

DKD
糖尿病肾病
HFD
高脂饮食
FATP2
脂肪酸转运蛋白2
PDZK1
含PDZ结构域的1
ESKD
终末期肾病
UACR
尿白蛋白/肌酐比值
PTECs
近端肾小管上皮细胞
CKD
慢性肾病
EMT
上皮-间质转化
HNF1α
肝细胞核因子-1α

作者利益披露

LYY负责项目管理工作，监督所有实验的完成并参与手稿的修改工作。DZ、JK和QMS负责研究设计、实验监督以及手稿的共同撰写。YW和DW负责体外和体内实验并分析数据。LJZ和YNC开展了蛋白质-蛋白质相互作用实验。JBW和YSX进行了空间转录组学实验及数据分析。RLY协助开展了脂肪酸-BSA摄取实验，

CRediT作者贡献说明

杨龙岩：写作——审阅与编辑、研究监督、资金获取、概念构思。王燕：写作——初稿撰写、资金获取、正式分析、数据整理。王迪：写作——初稿撰写、可视化分析、验证、正式分析、数据整理。张丽杰：验证、方法学研究。吴建波：可视化分析。徐永松：数据整理。尹瑞丽：验证。程雅楠：验证。郎建安：资源提供。魏玲玲：写作——审阅与编辑、资源提供。李坤

利益冲突声明

作者声明不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益关系或个人关系。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（项目编号：82370823、82400952、82370356、82170454）、国家非传染性疾病重大科技专项（项目编号：2023ZD0508100）、通州区科技项目（项目编号：JCQN2023001、KJ2023SS011）以及首都医科大学临床医学实验室的支持。

杨龙岩|王燕|王迪|张丽杰|吴建波|徐永松|尹瑞丽|程雅楠|郎建安|魏玲玲|李坤|何梦菲|安建多|曾向军|柯静|孙倩梅|赵东

首都医科大学北京潞河医院内分泌与代谢病科、风湿免疫科，中国北京101199