UPB1介导的肌酸代谢通过改善线粒体动力学减轻肾缺血再灌注损伤

《Scientific Reports》：Carnosine ameliorates renal ischaemia–reperfusion injury by modulating MFN2/OPA1 to restore mitochondrial homeostasis in UPB1 deficiency

　　**摘要**肾缺血–再灌注损伤（IRI）是急性肾损伤（AKI）的主要原因，也是移植结果的关键决定因素。β-尿基丙氨酸酶（UPB1）是嘧啶降解通路的末端酶，催化生成β-丙氨酸——肌酸（β-丙氨酰-L-组氨酸）合成的限速前体。然而，该代谢轴在IRI-AKI中的作用尚不清楚。本研究探讨了UPB1在IRI-AKI中的表达和功能意义，并评估了UPB1介导的嘧啶分解代谢下游二肽产物肌酸是否对肾IRI具有治疗作用。在IRI-AKI小鼠模型和公开转录组数据集中检测了UPB1的表达；对UPB1基因敲除的HK-2细胞进行了定量蛋白质组学分析；通过TMRM染色、MitoSOX Red检测和CCK-8活性检测评估线粒体功能；在体外和体内评价外源性肌酸的治疗作用；利用分子对接和动力学模拟预测肌酸与线粒体动力学蛋白的结合。IRI后Upb1表达显著下调，在24小时达到最低值。单细胞分析显示Upb1几乎专一性表达于近端肾小管细胞中。MitoCarta3.0评分表明，IRI后Upb1阳性的近端肾小管细胞保留了明显更高的线粒体活性，而对Upb1进行虚拟敲除则导致氧化磷酸化基因广泛下调。蛋白质组学分析显示，UPB1敲除破坏了线粒体脂肪酸β-氧化和线粒体外膜组分。UPB1缺失细胞表现为线粒体膜电位降低、线粒体活性氧（mtROS）升高和细胞活力下降，同时融合蛋白Mitofusin-2（MFN2）和视神经萎缩相关蛋白1（OPA1）下调，分裂蛋白Dynamin-related protein 1（DRP1）上调。计算模型预测肌酸可与线粒体融合蛋白MFN2和OPA1相互作用，其中与OPA1的预测结合更为强烈（?19.49 kcal mol?1），与MFN2的结合较弱（?4.66 kcal mol?1），提示OPA1为主要效应靶点。补充肌酸挽救了线粒体膜电位，减少了线粒体活性氧，并减轻了小鼠IRI引起的肾损伤。UPB1缺失通过损害线粒体动力学破坏了肾小管细胞的线粒体稳态。外源性肌酸补充可恢复线粒体功能，可能通过与线粒体融合蛋白MFN2和OPA1相互作用实现，从而将UPB1–肌酸轴定位为IRI-AKI的潜在治疗靶点。