劉必成教授團(tuán)隊揭示MSC細(xì)胞外囊泡保護(hù)缺血性腎損傷的全新機制

近日，東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院腎臟內(nèi)科主任醫(yī)師，東南大學(xué)首席教授、腎臟病研究所所長劉必成教授團(tuán)隊在國際權(quán)威期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF 12.6）上發(fā)表了一項重要研究成果。該研究首次系統(tǒng)揭示了MSC-EVs通過調(diào)控膽固醇代謝關(guān)鍵通路，抑制腎小管細(xì)胞發(fā)生“鐵死亡”的新型保護(hù)機制，為急性腎損傷的精準(zhǔn)治療提供了重要理論依據(jù)。該論文共同第一作者為楊琴博士和張奕琳博士，共同通訊作者為劉必成教授和湯濤濤副研究員。該工作獲得了國家自然科學(xué)基金重點項目及科技部重點研發(fā)計劃等資助。

急性腎損傷（AKI）是臨床上一種常見且危險的急危重癥，具有發(fā)病率高、病情進(jìn)展快的特點。目前，臨床上仍缺乏能夠精準(zhǔn)靶向治療AKI的有效手段。近年來，間充質(zhì)干細(xì)胞來源的細(xì)胞外囊泡（MSC-EVs）作為一種無細(xì)胞新型治療策略，在腎臟保護(hù)方面展現(xiàn)出良好前景。然而，其具體作用機制一直未被闡明。該研究團(tuán)隊在經(jīng)典的缺血再灌注（IRI）誘導(dǎo)的AKI小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，MSC-EVs能夠優(yōu)先富集于受損的腎組織，顯著降低反映腎損傷的關(guān)鍵指標(biāo)Scr和BUN水平，并有效減輕腎小管結(jié)構(gòu)的損傷（圖1）。

圖1 MSC-EVs顯著減輕腎損傷和改善腎功能

MSC-EVs顯著改善AKI后的血肌酐和尿素氮水平，PAS染色提示治療后腎小管上皮細(xì)胞腫脹、空泡樣變、壞死及管型形成等病理改變減輕，腎損傷評分降低，同時MSC-EVs治療使小管細(xì)胞完整性得到改善，完整LTL+小管數(shù)量增加。

為進(jìn)一步揭示其作用機制，團(tuán)隊進(jìn)行了轉(zhuǎn)錄組分析，發(fā)現(xiàn)AKI發(fā)生后，腎臟內(nèi)的脂質(zhì)及類固醇代謝通路出現(xiàn)嚴(yán)重紊亂。值得注意的是，一種名為“膽固醇25-羥化酶（CH25H）”的酶及其代謝產(chǎn)物“25-羥基膽固醇（25HC）”在受損腎臟中顯著積累。而MSC-EVs治療可有效抑制CH25H的表達(dá)，降低25HC水平，使代謝紊亂狀態(tài)得以恢復(fù)。體外細(xì)胞實驗進(jìn)一步證實，在缺氧/復(fù)氧（H/R）條件下，腎小管上皮細(xì)胞（HK-2）中25HC水平在早期即顯著升高，提示CH25H/25HC軸在缺血性損傷的早期階段即被激活，可能扮演關(guān)鍵角色（圖2）。

圖2 MSC-EVs調(diào)節(jié)IRI后腎臟類固醇代謝

GO富集分析顯示MSC-EVs調(diào)控代謝相關(guān)通路，類固醇代謝途徑在 IRI后發(fā)生明顯改變，MSC-EVs 可通過抑制CH25H表達(dá)并減少其代謝產(chǎn)物 25HC 的積累，從而調(diào)控類固醇代謝通路。

該研究團(tuán)隊通過GO富集分析確認(rèn)，MSC-EVs主要調(diào)控代謝相關(guān)通路，尤其是類固醇代謝通路。為明確25HC對腎小管細(xì)胞的具體損傷機制，團(tuán)隊用不同濃度的25HC處理HK-2細(xì)胞。結(jié)果顯示，25HC顯著降低細(xì)胞活力，且其毒性作用主要通過“鐵死亡”途徑實現(xiàn)。具體表現(xiàn)為：鐵死亡關(guān)鍵分子ACSL4與HMOX1顯著上調(diào)，而抑制鐵死亡的核心蛋白GPX4下調(diào)，同時伴隨活性氧（ROS）和脂質(zhì)過氧化水平升高，以及典型的線粒體超微結(jié)構(gòu)損傷。在動物模型中，MSC-EVs治療不僅改善了腎功能，還逆轉(zhuǎn)了CH25H/25HC的異常積累及鐵死亡相關(guān)分子的異常表達(dá)。而額外補充25HC，則可部分抵消MSC-EVs的保護(hù)作用，進(jìn)一步證實CH25H/25HC軸是MSC-EVs發(fā)揮腎臟保護(hù)作用的關(guān)鍵靶點（圖3）。

圖3 MSC-EVs通過靶向CH25H/25HC軸減輕缺血再灌注誘導(dǎo)的鐵死亡

在體內(nèi)缺血再灌注損傷模型中，MSC-EVs顯著改善小鼠生存狀況和腎功能，減輕腎小管結(jié)構(gòu)損傷。MSC-EVs可有效抑制鐵死亡相關(guān)分子異常表達(dá)，降低脂質(zhì)過氧化水平及氧化應(yīng)激反應(yīng)，從而緩解腎組織損傷，25HC聯(lián)合干預(yù)消弱MSC-EVs保護(hù)作用，加重腎損傷和鐵死亡。

為闡明MSC-EVs如何抑制CH25H表達(dá)，該研究團(tuán)隊對MSC-EVs內(nèi)的miRNA進(jìn)行了測序分析，篩選出高豐度的候選miRNA，并結(jié)合靶基因預(yù)測，鎖定了一個可調(diào)控CH25H的關(guān)鍵miRNA—miR-26b-5p。通過雙熒光素酶報告基因?qū)嶒灒C實miR-26b-5p能夠直接結(jié)合CH25H基因的3′UTR區(qū)域，從而抑制其表達(dá)。進(jìn)一步的功能實驗表明，當(dāng)抑制MSC-EVs中的miR-26b-5p后，MSC-EVs對CH25H/25HC軸的調(diào)控作用以及對鐵死亡的抑制能力均顯著減弱。這一結(jié)果明確揭示：miR-26b-5p是MSC-EVs介導(dǎo)代謝調(diào)控與腎小管保護(hù)效應(yīng)的核心功能性分子（圖4）。

圖4 外泌體來源的miR-26b-5p通過調(diào)控 CH25H/25HC 軸抑制腎缺血再灌注損傷誘導(dǎo)的鐵死亡。在體內(nèi)IRI小鼠模型中，陰性對照的NC-EVs顯著改善腎功能、減輕腎小管損傷并降低腎損傷標(biāo)志物表達(dá)，而miR-26b-5p敲除的inhi-EVs未表現(xiàn)出明顯保護(hù)作用。同時NC-EVs可有效抑制鐵死亡相關(guān)變化，包括降低脂質(zhì)過氧化水平、減少脂滴積聚并恢復(fù)鐵死亡相關(guān)蛋白ACSL4/GPX4表達(dá)，而inhi-EVs則未能發(fā)揮上述作用。

該研究從“代謝調(diào)控”與“鐵死亡”兩個前沿角度，系統(tǒng)闡明了CH25H/25HC軸在缺血性急性腎損傷中的關(guān)鍵致病作用，首次揭示了MSC-EVs通過遞送miR-26b-5p精準(zhǔn)抑制該代謝軸、從而保護(hù)腎臟的全新機制（圖5）。

圖5 MSC-EVs通過miR-26b-5p調(diào)控膽固醇代謝抑制腎臟鐵死亡的作用機

該研究團(tuán)隊的這一發(fā)現(xiàn)不僅深化了對MSC-EVs治療機制的理解，更提出了一種以“代謝干預(yù)”為核心的鐵死亡抑制策略。它為缺血性急性腎損傷，乃至其他與鐵死亡相關(guān)的腎臟疾病的精準(zhǔn)治療，提供了新的理論依據(jù)和潛在藥物靶點，具有重要的科學(xué)價值與臨床轉(zhuǎn)化前景。（編輯 崔玉艷 校對 劉敏 編審 程守勤）