IL-22通过PFKFB3介导肾代谢重编程治疗肾损伤
IL-22通过PFKFB3介导肾代谢重编程治疗肾损伤
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摘要
肾脏损伤引发肾小管细胞代谢状态恶化，导致终末期肾病的发展(ESTD)。IL-22 通过促进肾脏恢复是肾损伤的有效治疗解毒剂。我们首先提供证据表明IL-22通过肾小管上皮细胞的代谢重编程减轻肾脏损伤。IL-22通过诱导AMPK/AKT信号和PFBFK3活性来减轻线粒体活性氧的积累和线粒体功能障碍。在顺铂诱导的肾损伤和糖尿病肾病动物模型中，通过调节代谢相关信号和重组IL-22的线粒体来改善肾损伤和坏死，并改善肾功能。综上所述，该发现揭示了IL-22对肾脏保护作用的新机制，并强调了IL-22和相关代谢调节剂在各种肾脏疾病中的治疗机会。
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介绍
急性肾损伤(AKI)，一种与高死亡率和发病率相关的常见公共健康问题，影响着全球数百万住院患者，并显示出快速增加的发病率。白细胞介素-22 (IL-22)是白细胞介素-10家族细胞因子的重要成员，IL-22主要通过激活STAT3信号通路和促进上皮增殖来引起组织保护和体内平衡。重要的是，研究表明IL-22R1的表达仅限于肾近端TECs，用IL-22治疗可以防止肾上皮损伤并加速肾小管再生。糖酵解和氧化磷酸化(OXPHOS)的增加可以促进生长和防御信号。IL-22驱动代谢重编程以增强糖酵解和OXPHOS，从而减轻TECs功能障碍。IL-22通过激活AMPK/AKT信号及其分子修饰物来诱导这一程序，以减轻线粒体功能障碍。
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结局
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IL-22维持肾小管上皮细胞代谢。
应用seahorse评估受肾脏损伤因子刺激并接受IL-22治疗的肾小管上皮细胞的线粒体功能。在应激情况下，肾小管上皮细胞的线粒体基础氧消耗率(OCR)、最大呼吸能力(MRC)和呼吸被显著阻断。值得注意的是，IL-22治疗在很大程度上预防了这些异常。通过敲除IL-22受体1，STAT3的磷酸化和IL-22的代谢重编程效应被完全解除。这些发现表明，IL-22通过直接激活IL-22R1来恢复细胞的代谢状态。总的来说，这些观察表明白细胞介素-22可以增强TECs的OXPHOS和糖酵解的损伤。
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IL-22通过激活线粒体吞噬作用减少损伤线粒体在细胞内积聚。
通过检测线粒体膜电位表明，肾脏损伤会导致线粒体功能障碍。而IL-22可以保护受损细胞的线粒体，这表现为线粒体质量、线粒体活性氧和线粒体功能障碍的减少。接着通过siRNA-ATG5来评估有丝分裂对肾小管细胞代谢的作用。数据表明，线粒体吞噬功能的缺失显著抑制了IL-22在保持线粒体功能的保护作用。
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IL-22通过激活AMPK/AKT信号维持TEC线粒体的完整性。
STAT3、AMPK和AKT的磷酸化证实了IL-22增加了损伤的TEC中STAT3/AMPK/AKT信号转导的活性。而这些过程在缺乏STAT3的管状细胞中被阻断。我们进一步抑制AMPK/AKT信号转导，结果显示，信号通路的抑制会阻止由IL-22治疗诱导的OXPHOS和糖酵解，这表明IL-22通过激活AMPK/AKT信号通路促进了TECs的代谢。
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IL-22通过诱导PFKFB3保护细胞代谢和线粒体的完整性。
使用RNA测序分析(RNA-seq)来评估刺激损伤和IL-22治疗后的基因表达。我们证明了在白细胞介素-22孵育后，多种基因在胚胎干细胞中发生了显著变化(图2)。在肾损伤因子刺激期间，IL-22从基因中显著诱导PFKFB3。这些观察结果也通过共聚焦图像、定量聚合酶链反应和蛋白质印迹被证实。PFKFB3可以通过许多信号转导来调节，以加速损伤后的上皮再生和修复。我们观察到AMPK/AKT信号的抑制降低了PFKFB3的表达。我们的发现表明，沉默的PFKFB3减轻了IL-22对恢复ECAR和OCR的代谢重编程效应。此外，我们进一步证明，IL-22的代谢重编程效应被STAT3敲除完全解除，而PFKFB3的过表达可以挽救这些表型，这表明IL-22通过直接靶向STAT3-AMPK/AKT-PFKFB3信号来恢复受损肾上皮细胞的代谢状态。
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IL-22通过抑制肾活性氧积累和线粒体功能障碍减轻顺铂诱导的急性肾损伤。
顺铂注射B6小鼠4天后，采取IL-22治疗。不仅显著减少肾小管细胞损伤和出血,它们的肾功能障碍也明显减轻。使用线粒体特异性ROS染料和JC-1来评估线粒体功能障碍。在用顺铂处理过的小鼠肾脏切片中，也有类似的活性氧积聚。在IL-22治疗后的第四天，损伤肾脏的活性氧水平显著降低.
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IL-22通过激活AMPK/AKT信号和PFKFB3抑制线粒体功能障碍来改善糖尿病诱导的肾损伤。
我们用高脂肪饮食(HFD)喂养db/db小鼠，然后用IL-22 治疗8周。相比之下，用白介素-22治疗小鼠时，肾纤维化和组织病理学以及肾功能显著改善。肾功能的增强还表现为血清肌酐、尿素氮水平和总尿白蛋白/24小时(UAE)水平的降低。我们进一步评估了细胞代谢和凋亡中涉及的线粒体功能。结果表明，IL-22治疗显著减轻了线粒体活性氧水平的增加和累积的功能障碍线粒体。接着我们向小鼠注射PFKFB3 shRNA腺病毒来敲除PFKB3。在用IL-22治疗后，AMPK/AKT信号的表达增加。随着肾功能障碍的缓解，细胞代谢中的PFKFB3表达在IL-22处理的小鼠的肾脏中也得到改善.
04
讨论
我们研究了两种模型的肾损伤疾病(急性肾损伤和糖尿病肾病)表明IL-22在其中纠正代谢重编程以维持线粒体完整性，减少损伤TECs中线粒体活性氧的积累，并减轻进行性肾脏损伤和坏死。此外，我们的发现表明IL22可以激活TECs和肾脏中与AMPK/AKT相关的信号通路，上皮伤口愈合和细胞存活的重要介质，以改善线粒体功能障碍和不断恶化的代谢状况，并为IL22介导的肾脏保护机制开辟了一个新的领域。
05
结论
总之，我们证明了IL-22在肾损伤中的治疗潜力和潜在机制。IL-22通过代谢重编程调节肾细胞代谢，以保持线粒体完整性。对其调节因子(即AMPK、AKT和PFKFB3)的抑制可能导致异常的代谢特征和线粒体功能的丧失，最重要的是，通过激活STAT3-AMPK-AKT-PFKFB3信号，IL-22治疗显著减轻了小鼠模型中线粒体功能障碍和活性氧积累引起的肾脏损伤。因此，我们的研究表明，靶向相关代谢信号可能直接有利于许多肾脏损伤疾病，IL-22是预防和治疗这些疾病的潜在治疗剂。
参考文献
Chen, W., et al., IL-22-mediated renal metabolic reprogramming via PFKFB3 to treat kidney injury. Clin Transl Med, 2021. 11(2): p. e324.
END
文字|董佳馨
编辑|金鑫 潘艳艳【江苏省人民医院肾内科】
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江苏省人民医院肾内科
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