GPX3-VCAM1轴门控高尿酸血症性肾病中促纤维化肾小管细胞命运

《Advanced Science》：The GPX3-VCAM1 Axis Gates Pro-Fibrotic Tubule Cell Fate in Hyperuricemic Nephropathy

　　

高尿酸血症是慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）的主要驱动因素，但其潜在的肾内机制仍不清楚。在此，研究人员建立了一个基因定义的、多重打击小鼠模型，该模型再现了人类疾病的持续性高尿酸血症、代谢紊乱和进行性纤维化。利用该模型，研究人员证明可溶性尿酸激活肾脏NLRP₃炎症小体，且抑制该炎症小体可减轻肾损伤。单核RNA测序（single-nucleus RNA sequencing, snRNA-seq）揭示了一个以高VCAM₁表达为标志的独特的促炎和促纤维化近端肾小管细胞群体（Profib PT），该群体在人类肾脏疾病中保守。直接使用抗体中和VCAM₁可减轻肾纤维化，验证了其功能作用。机制上，研究人员确定谷胱甘肽过氧化物酶3（glutathione peroxidase 3, GPX₃）是限制前体细胞分化为Profib PT细胞的主调控因子。GPX₃表达在高尿酸血症中被抑制，从而允许这一致病性转变；相反，膳食硒补充可恢复GPX₃活性，阻断Profib PT分化及VCAM₁依赖的巨噬细胞黏附，并改善肾纤维化。研究结果将GPX₃-VCAM₁轴定义为高尿酸血症性肾病的中心调控节点，并确定营养性硒补充作为阻断纤维化的新型治疗策略。

**论文解读：GPX3-VCAM1轴在高尿酸血症性肾病中门控促纤维化肾小管细胞命运**

高尿酸血症是一种高度流行的代谢紊乱，是痛风的明确危险因素。近年临床与流行病学证据表明，血清尿酸升高与慢性肾脏病（chronic kidney disease, CKD）的发生发展独立相关，该病症被称为高尿酸血症性肾病或尿酸性肾病，以肾小管间质炎症、纤维化和肾功能进行性丧失为特征。然而，无症状高尿酸血症是否同样增加CKD风险仍存争议，可溶性尿酸驱动肾损伤的具体肾内机制亦不明确，这阻碍了除降尿酸药物之外的靶向治疗开发。既往机制研究多聚焦于尿酸盐结晶在关节内激活NLRP₃（NOD、LRR和pyrin结构域蛋白3）炎症小体这一痛风核心机制，而可溶性尿酸的作用尚存争议。肾近端肾小管是尿酸处理和氧化应激的主要场所，单细胞研究已在急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）模型中鉴定出多种促纤维化近端肾小管细胞（proximal tubule cell, PTC）亚群，如修复失败型PTC，但在高尿酸血症诱导的慢性纤维化中，PTC异质性和损伤特异性亚群尚未被探索。此外，现有高尿酸血症模型（如草酸钾处理、全身Uox敲除、高果糖/高嘌呤饮食）存在药物毒性、胚胎致死或全身系统性干扰等问题，缺乏稳定且临床相关的平台。因此，研究人员旨在建立更贴近人类病理的模型，并从单细胞水平解析高尿酸血症肾病的细胞机制。

研究人员首先构建了一种新的多因素小鼠模型：在Cas9敲入小鼠中通过AAV8-TBG-Uox-sgRNA实现肝特异性尿酸氧化酶（urate oxidase, Uox）敲除，模拟人类尿酸酶进化缺失的遗传基础，同时给予高脂高蔗糖（high-fat/high-sucrose, HFHS）饮食以模拟西式饮食模式，并每周灌胃次黄嘌呤（300 mg/kg）施加嘌呤负荷。该模型成功再现了持续性高尿酸血症（血清尿酸在16周时升至约400 μmol/L）、肾功能下降（血清肌酐和尿素氮升高）、肾组织胶原沉积和α-SMA表达增加，且偏振光显微镜未发现尿酸结晶沉积，证实可溶性尿酸独立于结晶诱导肾损伤。肾脏转录组显示炎症（TNF、NF-κB、NLR信号）和纤维化通路显著上调；血清代谢组显示精氨酸/脯氨酸代谢、嘌呤代谢等紊乱；16S rRNA测序显示肠道菌群失调，与人类高尿酸血症患者特征相似。该模型还呈现性别差异，女性小鼠高尿酸血症程度较轻且肾损伤不明显。该模型的建立解决了领域内模型缺乏问题。

利用该模型，研究人员证实肾内NLRP₃炎症小体信号激活是高尿酸血症肾病的关键驱动因素。免疫组化显示HUA肾脏中NLRP₃、IL-1β表达和F4/80⁺巨噬细胞浸润增加；给予选择性NLRP₃抑制剂MCC950后，血清肌酐和尿素氮显著下降，肾组织结构损伤和间质纤维化明显减轻，α-SMA、NLRP₃和IL-1β表达降低，而不影响血清尿酸水平，说明NLRP₃炎症小体介导了可溶性尿酸的致病作用。

进一步通过单核RNA测序（snRNA-seq）对野生型（WT）、HUA模型及MCC950处理小鼠肾脏进行分析，研究人员鉴定出一个在HUA肾脏中显著扩增、在WT中几乎缺失且经MCC950处理减少的近端肾小管上皮细胞亚群，命名为促纤维化近端肾小管细胞（pro-fibrotic proximal tubule cells, Profib PT）。基因集富集分析显示该亚群富集黏附、细胞骨架重塑、TNF/NF-κB、TGF-β等促炎促纤维化通路，选择性高表达Havcr1、Vcam1、Cxcl1和Pdgfb，并表达Fn1、Col4a1、Col4a2、Spp1等纤维化相关基因。免疫荧光证实HUA肾脏中存在VCAM1⁺HNF4A⁺LRP2⁺细胞，且周围胶原I沉积丰富。整合人类早期糖尿病肾病（diabetic kidney disease, DKD）公开数据集（GSE131882）后，发现人类肾脏中也存在保守的Profib PT样群体，其中VCAM1跨物种一致富集。功能实验显示，VCAM1中和抗体治疗可显著改善HUA小鼠肾功能、减轻肾纤维化和巨噬细胞浸润，验证了VCAM1的致病作用。

在机制研究中，伪时间轨迹分析显示Profib PT位于分化轨迹末端，且Gpx3表达随分化进程逐步下降；HUA肾脏中Gpx3表达降低，MCC950处理后部分恢复。人类DKD数据中同样观察到GPX3在Profib PT样细胞中表达最低。体外实验中，尿酸处理人近端肾小管上皮细胞（HK2）5天可降低GPX3表达；Gpx3敲除增加细胞内活性氧（reactive oxygen species, ROS）并上调VCAM1，抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（N-acetylcysteine, NAC）可逆转该效应。体内实验中，研究人员通过肾局部注射AAV9-Ksp-Gpx3-sgRNA建立肾小管上皮特异性Gpx3敲除的HUA模型，发现Gpx3缺失显著加重肾功能恶化、肾纤维化、VCAM1表达和ROS水平，且不影响血清尿酸。这些结果表明GPX3通过氧化还原调控限制前体细胞向Profib PT分化，其丢失许可了促纤维化转变。

基于上述机制，研究人员提出恢复GPX3活性作为治疗策略。给HUA小鼠饮用含硒水（硒浓度8 ppm）进行膳食补硒。结果显示，补硒显著提高血清GPX3水平和肾组织GPX酶活性，恢复GPX3蛋白表达，同时降低VCAM1表达和肾内ROS含量，改善血清肌酐和尿素氮，减轻肾结构损伤和间质纤维化，并减少近端肾小管VCAM1表达及巨噬细胞浸润。对硒、VCAM1阻断和MCC950处理组肾脏的转录组联合分析，鉴定出151个共同下调基因，富集于炎症和促纤维化通路，其中NF-κB信号为共同节点；单细胞调控子分析显示NFKB1活性在Profib PT中升高，且Vcam1调控区存在NFKB1结合位点，提示NF-κB可能直接调控Vcam1转录。

讨论部分指出，该研究建立的多重打击模型弥补了现有模型的不足，并再现了人类高尿酸血症的性别差异、代谢紊乱和肠道菌群失调，为机制和治疗研究提供了可靠平台。Profib PT的发现拓展了近端肾小管在慢性代谢应激下适应不良重编程的认识，且其保守性提示该细胞状态可能代表多种代谢损伤的共同反应。GPX3的鉴定将氧化应激从损伤伴随现象提升为细胞命运决定信号，肾小管特异性Gpx3敲除实验确立了其非冗余的细胞自主保护作用。研究还承认局限性：snRNA-seq每组仅1个样本，作为探索性分析，关键结论已通过独立生物学重复的验证；Profib PT在人类高尿酸血症肾病中需直接在患者活检中验证；尿酸下调GPX3的具体分子机制尚未完全阐明；补硒的长期疗效和安全性需临床研究评估。

结论：该研究将领域从尿酸盐结晶和NLRP₃介导炎症的传统范式，拓展至近端肾小管中GPX3缺乏许可促纤维化VCAM1表达细胞状态分化的新病理轴。GPX3-VCAM1轴是治疗高尿酸血症性肾病的有前景的新靶点，膳食硒补充作为一种简单、低风险的营养干预，有望成为该疾病的辅助治疗策略。该论文发表于《Advanced Science》。