杜克大学科学家发现，雄性动物的肾脏细胞对铁死亡更敏感、损伤修复能力弱

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《细胞报告》：雄性的肾为什么更易受伤？杜克大学科学家发现，雄性动物的肾脏细胞对铁死亡更敏感、损伤修复能力弱
4 H" r4 d8 C3 q/ p8 z来源：奇点糕 2023-02-03 17:09( {# G6 U: J+ p- l0 N6 c
这项研究发现，不同性别个体的肾脏PT细胞对于铁死亡的敏感性不同，雌性个体肾脏PT细胞对于铁死亡抵抗性更强。
* H: |6 J. \/ r; M8 X: ]! i! Z3 K( }急性肾损伤（AKI）是临床上常见的危重症之一，约占中国住院患者的1% [1]。# B( K* [" c; p! q* ^1 K* A
多达半数的AKI患者不能完成肾脏修复，会发展为慢性肾病（CKD），患者死亡率显著增加[2]。
4 \1 L; J! U  u" J: N7 [此前有研究显示，相比于女性，男性患AKI的比例显著更高[3]，那么是什么原因造成了这种性别差异呢？ 8 z( k; ]0 p) b+ u: \& f/ s
近期，由美国杜克大学的Tomokazu Souma领衔的研究团队，在国际杂志《细胞报告》上发表了关于性别对AKI影响的最新研究成果[4]。& \9 X) f# _# i$ G4 l* F( E
他们发现，雄性和雌性个体对于AKI的修复能力差异是由于肾脏细胞对于铁死亡的敏感性不同引起的，雌性小鼠的肾脏细胞对于铁死亡具有更强抵抗能力。- r4 W( k+ b+ M- v5 @+ s1 g( ?
此外，他们还发现，NRF2抗氧化通路是导致雌性小鼠肾脏细胞抵抗铁死亡的原因，NRF2通过调控铁死亡控制肾脏细胞的命运。
% L2 v" S% p7 d# j+ D( D总的来说，这项研究揭示了不同性别对肾脏损伤修复能力差异的原因，NRF2是其中的关键分子，未来有望通过靶向NRF2来增强肾脏损伤修复能力，开发治疗AKI的新方法。& ]6 n/ w4 n$ y3 [' V" f

+ @; p+ E: ^" H- f' _文章首页截图$ e3 v8 p, \4 `/ M4 ]. w
铁死亡是一种铁依赖性的，由毒性膜脂过氧化物的病理性累积所引发的，区别于细胞凋亡的新的细胞死亡形式。铁死亡也是急性和慢性肾病的重要致病因素之一。- e  W4 @% Y& M! [  x6 e2 @
对于铁死亡，细胞也有自己的防御措施，其中谷胱甘肽过氧化物酶（GPX4）是细胞抵抗铁死亡通路的重要组分。! \0 ^1 `* D( p. @, W8 }/ ?
为了研究性别差异对于肾脏铁死亡过程的影响，研究人员首先在近端肾小管（PT）上皮细胞中构建了条件性敲除Gpx4的小鼠模型，通过喂食多西环素来选择性敲除PT上皮细胞中的Gpx4并诱导铁死亡。% [3 ]/ N9 f- p: d( n
在检测了肾脏损伤以及细胞死亡的指标后，研究人员发现，在雄性小鼠中敲除Gpx4会导致肾小管上皮损伤和铁死亡的增加，而在雌性小鼠中则没有出现这一现象。
, [1 k- a. [- t' \+ E因此，研究人员认为，雌性小鼠肾脏细胞对于Gpx4敲除诱导的铁死亡和急性肾损伤具有更强的抵抗能力。
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; z  m) G; b  o' B6 s3 H2 c2 T雌性小鼠肾脏细胞对于铁死亡具有更强的抵抗能力
+ f; s" I& W$ l0 ?2 S- e接下来研究人员猜测，雌性体内的性激素环境可能是其具有更强的铁死亡抵抗能力的原因。
- t) m3 C! U1 N/ |为了验证这一假设，他们对雌性小鼠进行了卵巢切除术，发现切除卵巢后，雌性小鼠肾脏对于Gpx4敲除诱导的铁死亡的抵抗能力减弱了，细胞死亡数目也增加了，但是肾脏损伤的程度仍然不及雄性小鼠。  P9 q5 b( s8 Y
因此，卵巢功能对于雌性小鼠肾脏细胞抵抗铁死亡至关重要。
7 m5 M! x" i) m% T为了进一步研究其中的分子机制，他们对敲除Gpx4的雌性和雄性小鼠肾脏细胞进行了单细胞RNA测序，通过分析发现，雄性Gpx4缺失小鼠肾脏中有一类独特的细胞类群，会损伤相关近端肾小管（DA-PT）细胞，这类细胞的基因表达特点与炎症性PT细胞类似，特征是表达损伤和再生相关基因SOX9和VCAM1。4 Y/ L/ p# X( e, t( u4 k  v

" }5 w2 y* l& n; ]/ b2 f6 ~单细胞RNA测序在雄性Gpx4缺失小鼠肾脏中发现炎症性PT细胞
! K% F$ M+ W$ O3 Q有趣的是，研究人员在雌性Gpx4缺失小鼠肾脏中没有观察到这一类SOX9+VCAM1+PT细胞，但是在去除卵巢的雌性Gpx4缺失小鼠肾脏中观察到了这类细胞的聚集，这说明雌性激素环境对于PT细胞命运决定是十分关键的。4 W/ f8 a' s1 M: l8 v+ B
接下来他们猜测，雌性小鼠对于铁死亡的抵抗能力是由一组特异在雌性PT细胞中高表达的基因造成的。+ S, c% e; j! }( O6 N+ m% p
为了验证猜想，研究人员通过分析，找到了128个这样的基因，发现了NRF2介导的抗氧化反应通路是其中最显著的通路。此外，研究人员还发现NRF2靶基因（Gsta4、Gstm1和Mgst1）在不同性别的PT细胞中的表达存在差异。
! W7 L+ i% F' N% T3 A进一步，他们对雌性小鼠进行了卵巢切除术，对雄性小鼠进行了睾丸切除术，发现切除雌性卵巢并不改变这些基因的表达水平，但是切除雄性睾丸可以显著诱导这些基因在肾脏表达，说明低睾酮的雌性微环境可能是导致这些基因表达差异的原因。1 H! K) z" @7 L$ F2 a: i; j1 b1 a
那么NRF2又是如何影响PT细胞命运呢？
' k0 z1 X: u( B) ?( x为了研究这个问题，研究人员首先构建了一个在Sox9表达细胞中条件性敲除Nrf2的小鼠品系，Sox9基因只会在损伤的PT细胞中诱导表达。
! B9 I8 {4 o' x$ K1 y( _他们对Nrf2条件性敲除小鼠进行轻微肾脏缺血胁迫处理，以造成缺血再灌注损伤（IRI），敲除Nrf2的肾脏在IRI 21天后仍然具有很高的损伤标志基因和铁死亡标志基因表达，且具有大量SOX9+VCAM1+炎症性PT细胞，而对照组已经成功恢复，没有出现这些病理变化。因此，在Sox9表达细胞中敲除Nrf2会抑制IRI后的肾脏修复。, e/ M! j& d0 Z% w9 k7 w
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敲除Nrf2抑制IRI后肾脏修复
; a# H, b) ]8 z: Q接下来，为了直接研究NRF2与铁死亡的关系，他们利用铁死亡抑制剂Lip-1处理肾脏IRI后的Nrf2条件下敲除小鼠，发现抑制铁死亡后显著降低了Nrf2敲除小鼠肾脏中SOX9+VCAM1+炎症性PT细胞的数目。3 q9 J7 Z7 }8 {- Q) C& e6 a
这提示抑制铁死亡可能改善了Sox9谱系细胞的可塑性，促进其再分化成普通静息态细胞。
8 N% u& \" i) Y) o当研究人员给Gpx4条件性敲除小鼠进行NRF2激活剂CDDO-Im给药处理后，发现激活NRF2通路改善了Gpx4条件性敲除小鼠的肾脏功能。
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激活NRF2抑制铁死亡，保护肾脏+ i7 T- Z% Z+ U6 l1 h4 q% r$ ]6 s" r
此外，研究人员用人类和猪的PT细胞系进行实验验证后发现，CDDO-Im也可以抑制铁死亡，这说明该机制在物种之间是保守的。
1 F5 c/ u2 f. c9 a总的来说，这项研究发现，不同性别个体的肾脏PT细胞对于铁死亡的敏感性不同，雌性个体肾脏PT细胞对于铁死亡抵抗性更强。
- P4 W- C6 p- h' H2 d这项研究也为治疗AKI提供了一个新的思路和靶点，希望未来通过开发靶向NRF2信号通路抑制铁死亡的疗法，可以帮助更多的AKI患者。
* M! H* v$ ]  S$ H6 h% h参考文献：6 k8 F9 y; C7 @. j/ c5 }
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