顛覆認知！腎纖維化背后的神秘 “推手” 竟是它？

該篇文章于2024年發表于《Nature Communications》。Q1，IF,14.7。

一、研究背景

隨著對腎臟疾病研究的不斷深入，人們逐漸認識到腎纖維化是許多慢性腎臟疾病發展到終末期腎衰竭的共同途徑。盡管在腎臟結構和功能隨年齡變化以及腎纖維化的發生機制方面已經取得了一定的研究成果，但仍有許多未知領域等待探索。其中，組蛋白翻譯后修飾在腎纖維化中的作用就是一個亟待深入研究的方向。組蛋白巴豆?；且环N新型的組蛋白修飾方式，這種修飾主要發生在組蛋白的賴氨酸殘基上，參與基因表達調控等重要的生物學過程。組蛋白巴豆?；揎椩谶M化上高度保守，通常出現在轉錄活躍的染色質區的組蛋白上，并與生殖調控密切相關。巴豆?；揎椀幕瘜W基團是巴豆?；啥鄠€代謝過程產生的巴豆酸（前體）通過短鏈脂肪酸途徑轉化為巴豆酰輔酶A（供體）形成。在這篇文章中研究旨在探究組蛋白巴豆酰化尤其是H3K9cr 在腎纖維化中的功能，以及 ACSS2 對其調節作用。

二、研究思路

研究人員通過臨床樣本和動物模型分析發現，組蛋白賴氨酸巴豆?；?/span>Kcr）在腎臟纖維化中異常升高，且與疾病嚴重程度正相關。研究重點聚焦于H3K9cr，發現ACSS2可調控其水平并影響腎臟纖維化。通過ChIP-seq和RNA-seq分析，確定IL-1β是H3K9cr調控的關鍵促炎細胞因子。H3K9cr介導的IL-1β可誘導巨噬細胞極化和腎小管上皮細胞衰老，而ACSS2敲除或抑制可緩解這些現象。最終，抗IL-1β治療和ACSS2抑制劑處理均能改善腎臟纖維化，為治療提供了潛在靶點。

三、研究結果

1、       組蛋白Kcr 水平與患者和小鼠 CKD 的嚴重程度呈正相關

研究人員對慢性腎臟病患者腎活檢切片免疫組化分析顯示，巴豆?；嚢彼幔?/span>Kcr）主要存在于腎小管上皮細胞，在CKD 患者腎臟中水平高于對照組，與疾病進展正相關，與估算腎小球濾過率負相關。在小鼠單側輸尿管梗阻（UUO）和葉酸腎?。?/span>FAN）模型中，Kcr水平升高且定位于細胞核，提取組蛋白分析證實其與腎臟纖維化相關。比較組蛋白H3 殘基的 Kcr 和 乙酰化（Kac）水平發現，H3K9cr在腎臟纖維化中顯著增加，H3K9ac 穩定，表明其可能有獨特作用，同時H3K18cr、H3K27cr 等呈現相反趨勢。最后，研究人員決定在進一步研究腎臟纖維化時主要關注H3K9cr 的水平和功能。

2、       ACSS2 的基因缺失降低了H3K9cr水平并減輕了腎纖維化

組蛋白 Kcr 和Kac 的可逆動態過程受多種相同酶介導，區分其功能頗具挑戰。研究人員通過體外實驗篩選關鍵因素，發現ACSS2 過表達能顯著提升 H3K9cr 水平且不影響H3K9ac。研究人員利用 CRISPR/Cas9 敲除系統生成ACSS2 基因缺失小鼠。ACSS2 -/- 小鼠出生正常，無生長及腎功能缺陷，腎臟中ACSS2 減少。單細胞轉錄組學分析顯示，不同采樣方法影響ACSS2 表達模式，免疫組化表明其在纖維化腎臟皮質髓質交界區表達。在FAN 和 UUO 兩種實驗性腎纖維化小鼠模型中，ACSS2基因敲除降低了纖維化腎臟的 H3K9cr 水平，緩解了組織學變化，降低了纖維化蛋白標志物的表達和轉錄水平。這證實了ACSS2 的全局基因缺失可影響 H3K9cr 水平，進而改善腎纖維化。

3、       ACSS2 的腎小管特異性缺失減少了H3K9cr，從而延緩了腎纖維化的進展

腎小管上皮細胞（TECs）在腎纖維化中起核心作用，免疫組化顯示小鼠和人纖維化腎臟中ACSS2主要存在于TECs。為探究其作用，研究人員將ACSS2基因敲除小鼠與Ksp-Cre小鼠雜交獲得ACSS2選擇性缺失模型（ACSS2tecKO）及對照（ACSS2tecWT），并進行UUO手術或注射葉酸。結果顯示，二者H3K9ac水平與假手術組無異，ACSS2tecWT的UUO腎臟H3K9cr大幅上升，ACSS2tecKO則受抑制，FAN模型情況類似。且ACSS2tecKO小鼠的UUO和FAN模型腎纖維化緩解，纖維化標志物表達降低。這表明刪除腎小管ACSS2可降低H3K9巴豆?；健⒀泳從I纖維化進程，為腎纖維化研究與干預提供了方向和依據。

4、       H3K9cr 促進纖維化腎細胞因子的產生并調節細胞因子-細胞因子受體相互作用

研究人員通過 ChIP-seq 實驗發現，H3K9cr與 H3K9ac 在轉錄起始位點富集，且在UUO 小鼠模型中 H3K9cr 信號更強，說明二者雖都能激活轉錄，但H3K9cr 對腎纖維化基因表達影響更顯著。繼續研究發現，UUO腎臟中 H3K9cr 比例高，敲除ACSS2 可降低該比例。RNA-seq 數據顯示，纖維化腎臟中細胞因子相關通路富集，ACSS2缺失后通路基因減少，表明 H3K9cr 對細胞因子產生基因調控關鍵。關鍵因子IL-1β 受 H3K9cr 調控，相關通路基因隨ACSS2 表達變化，H3K9cr 可調控Il1b 及其受體基因表達，揭示了 H3K9cr 在腎臟纖維化中調節炎癥相關細胞因子表達的關鍵作用 。

5、       H3K9cr促進了腎細胞和纖維化腎臟中 IL-1β 的產生

研究人員發現 IL-1β 受H3K9 巴豆酰化調控，在 CKD 患者及UUO、FAN 小鼠中二者呈正相關，敲除ACSS2 可抑制小鼠體內 IL-1β 產生且不影響血清濃度，免疫熒光共染色也證實二者聯系。體外實驗中，巴豆酸鹽刺激及ACSS2 質粒轉染可使腎細胞中 IL-1β 水平上升，阻斷H3K9cr 修飾則降低其表達，表明 ACSS2 是調節 H3K9cr 介導的 IL-1β 產生的關鍵因素。

6、       由H3K9cr產生的IL - 1β在細胞和纖維化腎臟中觸發巨噬細胞活化

研究人員通過實驗發現， IL-1β能夠促進巨噬細胞向促炎的M1表型極化，導致腎臟纖維化進展。實驗中，低劑量IL-1β刺激RAW264.7巨噬細胞后，細胞形態和M1標志物水平發生變化，顯示出M1極化特征。研究人員進一步通過實驗表明，H3K9cr介導的IL-1β可能在巨噬細胞活化中發揮作用，通過調節腎小管上皮細胞中的H3K9cr修飾，可以影響IL-1β的分泌和巨噬細胞的活化狀態。在體內實驗中，降低H3K9cr修飾能夠抑制腎臟纖維化小鼠模型中M1巨噬細胞標志物的表達。這些結果揭示了H3K9cr修飾在腎臟纖維化中通過調節IL-1β分泌和巨噬細胞極化的新機制。

7、       H3K9cr 來源的IL-1β 加速纖維化腎腎小管細胞衰老

IL - 1β對多種細胞衰老，尤其是TECs 的衰老至關重要。它能誘導 TECs 衰老，使SA - β - gal 陽性細胞增多，衰老標志物 P53 及SASP 標志物表達上升 。研究人員在體外實驗中發現，IL-1β上清液處理 TECs 會使P53、IL-6 和MCP-1 水平上升；體內實驗發現，UUO 和FAN 小鼠模型敲除 ACSS2，降低H3K9cr 介導的 IL-1β 產生后，衰老標志物水平下降，同時敲除或抑制ACSS2 可抑制 DNA 損傷增加，說明調節 TECs 中 H3K9cr 水平可通過影響 IL-1β 分泌控制 TECs 衰老 。

8、       抗IL-1β IgG 治療減輕了巨噬細胞活化和腎小管細胞對纖維化腎臟的衰老

研究人員在體外實驗中，向經 IL-1β 處理的RAW264.7 細胞添加抗 IL-1β IgG，可顯著抑制IL-1β 誘導的 M1 型巨噬細胞極化、細胞衰老標志物P53 及 SASP。體內實驗中，對UUO 小鼠使用抗 IL-1β IgG，其腎纖維化顯著改善，M1型巨噬細胞關鍵標志物和細胞衰老受抑制，表現為Masson 染色及腎纖維化標志物的 mRNA 和蛋白表達降低。用ACSS2 抑制劑處理 UUO 小鼠可減輕腎臟纖維化等癥狀，但IL-1β 刺激會抵消這些效果。綜上，抗 IL-1β IgG 能在體內外緩解 H3K9cr 介導的 IL-1β 引發的 M1 型巨噬細胞極化和腎小管細胞衰老，進而改善腎纖維化。。

9、       ACSS2 的藥理學抑制部分抑制了H3K9cr 介導的 IL-1β 產生，以防止腎纖維化

研究人員發現ACSS2抑制劑VY-3-249能通過降低H3K9cr修飾抑制IL-1β，延緩小鼠腎纖維化進程。實驗顯示，VY-3-249對小鼠肝腎功能無影響，也未損傷心臟、肺、肝臟和脾臟 。VY-3-249能抑制H3K9cr水平，改善UUO和FAN小鼠腎纖維化，降低IL-1β水平，減少SA-β-gal陽性衰老細胞數量，抑制細胞衰老標志物P53和SASP。且SASP中促炎標志物減少時，M1型巨噬細胞標志物Cd86也減少。這些發現為CKD患者提供了新治療策略。

四、研究結論

該研究揭示了 H3K9cr 在腎纖維化中的關鍵作用，ACSS2可調節 H3K9cr 水平進而影響IL - 1β 介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化治療提供了潛在靶點。

五、優缺點

優點

1.首次揭示H3K9cr在腎纖維化中的關鍵作用，發現ACSS2可調節H3K9cr水平，進而影響IL - 1β介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化機制研究提供全新視角。

2.綜合運用人腎活檢樣本、多種小鼠腎纖維化模型（UUO、FAN），結合免疫組化、免疫熒光、蛋白質免疫印跡、RNA測序、染色質免疫沉淀測序等多種技術，從細胞、動物和人體層面全面驗證研究假設，增強結論可靠性。

3.明確ACSS2作為治療腎纖維化潛在靶點，且ACSS2抑制劑VY - 3 - 249在小鼠實驗中展現出良好的腎保護作用，為臨床治療腎纖維化提供新的藥物研發方向。

缺點

1.雖有人體樣本數據，但ACSS2 - H3K9cr - IL - 1β軸在人體中的重要性和適用性需進一步驗證，目前動物實驗結論向臨床轉化存在不確定性。

2.僅使用一種ACSS2抑制劑VY - 3 - 249進行實驗，未測試多種不同化學結構的抑制劑，難以排除因單一抑制劑可能存在的脫靶效應影響研究結論。

3.未深入分析H3K9cr與已知染色質狀態的關系，未探究其他組蛋白賴氨酸巴豆?；揎棧?/span>Kcr）在腎纖維化中的作用，且未闡明IL - 1β在腎小管細胞和巨噬細胞間的分泌和轉移機制。