急性腎損傷(AKI)是腎臟功能在短時(shí)間內(nèi)迅速下降的一種常見的嚴(yán)重疾病，死亡率高，即使患者存活，預(yù)后也不容樂觀，30%-70%的患者發(fā)展為慢性腎臟疾病和晚期腎臟疾病。此前人們對(duì)AKI發(fā)病機(jī)制認(rèn)識(shí)不完全，因此對(duì)AKI有效的治療策略比較局限。

2022年7月4日，陸軍軍醫(yī)大學(xué)新橋醫(yī)院趙景宏教授團(tuán)隊(duì)在國(guó)際知名雜志Theranostics（11.600）在線發(fā)表了題為《DUSP2-mediated inhibition of tubular epithelial cell pyroptosis confers nephroprotection in acute kidney injury》的研究成果。該成果發(fā)現(xiàn)了DUSP2在AKI發(fā)病機(jī)制中的作用，證明了DUSP2-STAT1軸在AKI過程中調(diào)控RTEC焦亡的一個(gè)迄今尚未被認(rèn)識(shí)的作用，為解析急性腎損傷的發(fā)病機(jī)制和治療提供了新的見解。在該研究中，為了探究dusp2缺失的pRTECs是否易受H/R損傷誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡，作者使用了漢恒生物提供的Cre-重組酶腺病毒HBAD-CRE-EGFP轉(zhuǎn)染小鼠原代腎小管上皮細(xì)胞（pRTEC），以敲除RTECs中的DUSP2。

作者通過免疫熒光觀察到DUSP2蛋白在腎小管上皮細(xì)胞（RTEC）中表達(dá)，且主要位于其細(xì)胞核中。DUSP2在AKI患者的RTEC中的表達(dá)顯著下調(diào)，小鼠模型和體外模型試驗(yàn)中也得到了類似的結(jié)果。此外，作者還檢測(cè)了腎損傷標(biāo)志物（血清肌酸、血尿素氮等），發(fā)現(xiàn)DUSP2在腎小管中的表達(dá)水平與腎損傷標(biāo)志物呈負(fù)相關(guān)。這說(shuō)明DUSP2可能在AKI的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。

圖1. RTECs中DUSP2的缺失在AKI中很常見，并與AKI的發(fā)病機(jī)制有關(guān)

為了明確DUSP2在AKI發(fā)病機(jī)制中的作用，作者將DUSP2fl/fl小鼠與Ggt1-cre小鼠雜交，得到了RTEC中DUSP2特異性缺失的小鼠 (DUSP2CKO) ，并進(jìn)行缺血-再灌注損傷（IRI）。結(jié)果顯示，與IRI/DUSP2fl/fl小鼠相比，IRI/DUSP2CKO小鼠的腎小管損傷更為嚴(yán)重，間質(zhì)炎癥也進(jìn)一步加重。接著，作者又對(duì)DUSP2fl/fl小鼠原代腎小管上皮細(xì)胞（pRTECs）中的DUSP2進(jìn)行了敲除，發(fā)現(xiàn)DUSP2缺失的pRTECs易受缺氧/復(fù)氧（H/R）誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡。這些發(fā)現(xiàn)表明DUSP2缺失可能通過使RTEC對(duì)細(xì)胞死亡敏感而加重腎小管損傷和AKI進(jìn)展。

圖2. RTEC中DUSP2的特異性缺失通過使RTECs對(duì)細(xì)胞死亡敏感而使AKI惡化

為了確定受DUSP2缺失影響最大的細(xì)胞死亡途徑，作者對(duì)RTECs中有關(guān)凋亡、壞死和焦亡等細(xì)胞死亡途徑的關(guān)鍵因子進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)只有焦亡途徑的關(guān)鍵因子GSDMD在轉(zhuǎn)錄和蛋白水平顯著上調(diào)，并且其在IRI/Dusp2CKO小鼠腎小管中的表達(dá)和激活更為明顯，從形態(tài)學(xué)上也能觀察到很明顯的變化。而敲除GSDMD后，DUSP2缺失的RTECs對(duì)H/R誘導(dǎo)的焦亡的敏感性顯著降低。這些數(shù)據(jù)表明DUSP2的缺失可通過上調(diào)GSDMD的表達(dá)從而加劇RTEC焦亡。

圖3.? DUSP2缺失通過在AKI期間上調(diào)GSDMD來(lái)加劇RTEC焦亡

圖4. DUSP2缺失的pRTECs在H/R后的焦亡增加

接著作者進(jìn)一步探究了DUSP2在RTECs中對(duì)GSDMD表達(dá)的調(diào)控作用。作者通過分析發(fā)現(xiàn)STAT1是GSDMD的轉(zhuǎn)錄激活因子，ChIP試驗(yàn)結(jié)果也證實(shí)了p-STAT1可以直接與GSDMD的啟動(dòng)子結(jié)合，并受H/R的誘導(dǎo)；敲除STAT1抑制了GSDMD的表達(dá)，并最終緩解H/R誘導(dǎo)的RTEC焦亡。

在以往的研究中，STAT1蛋白通常被酪氨酸或絲氨酸殘基磷酸化，因此作者又假設(shè)DUSP2作為核磷酸酶可能通過與STAT1物理結(jié)合以及去磷酸化作用來(lái)負(fù)調(diào)控GSDMD的表達(dá)。隨后作者通過Co-IP分析證實(shí)了DUSP2和STAT1之間的確存在物理關(guān)聯(lián)。STAT1的磷酸化水平在DUSP2缺失的條件下得到增強(qiáng)，在DUSP2缺失的RTECs中，敲除STAT1可抑制GSDMD的表達(dá)，減弱缺失DUSP2的RTECs在H/R后的焦亡。這些結(jié)果說(shuō)明DUSP2作為一種核磷酸酶使STAT1失活，從而限制GSDMD介導(dǎo)的RTEC焦亡。

圖5. STAT1激活GSDMD，促進(jìn)AKI期間的RTEC焦亡

圖6. DUSP2使STAT1失活，抑制GSDMD介導(dǎo)的RTEC焦亡

最后，作者又在RTECs中過表達(dá)DUSP2，分析是否可以預(yù)防RTEC的焦亡從而改善AKI。作者先是在HK-2細(xì)胞中過表達(dá)DUSP2，發(fā)現(xiàn)其能抑制H/R誘導(dǎo)的STAT1和GSDMD的激活和上調(diào)表達(dá)，緩解H/R后的焦亡。然后作者又在小鼠體內(nèi)過表達(dá)DUSP2，并進(jìn)行缺血-再灌注損傷，發(fā)現(xiàn)STAT1以及GSDMD的上調(diào)和激活受到了抑制，RTEC的焦亡和間質(zhì)炎癥明顯減輕。此外，作者還發(fā)現(xiàn)DUSP2過表達(dá)后，小鼠腎損傷和炎癥以及間質(zhì)纖維化也明顯減輕，說(shuō)明DUSP2可以保護(hù)腎臟免受AKI的影響。

圖7. DUSP2過表達(dá)抵消了H/R誘導(dǎo)的RTECs中STAT1和GSDMD的激活

圖8. DUSP2過表達(dá)可減輕AKI中RTECs的損傷

總的來(lái)說(shuō)，本研究中，RTECs中DUSP2的缺失被認(rèn)為是人類和小鼠AKI的共同特征和預(yù)后因子。在功能上，DUSP2被認(rèn)為是RTECs中STAT1的失活因子，它的缺失導(dǎo)致STAT1過度活躍，從而在AKI過程中通過激活GSDMD促進(jìn)RTEC的焦亡。在治療上，DUSP2過表達(dá)能有效預(yù)防AKI。以上這些數(shù)據(jù)表明，在RTECs中恢復(fù)DUSP2的表達(dá)可以預(yù)防AKI，也為AKI的治療提供了策略。