景傑學術| 報導
常染色體顯性多囊腎病（ADPKD）是一種常見的遺傳性腎臟疾病，該疾病主要是由PKD1或PDK2基因突變所致，進而引發大量雙側腎囊腫以及最終進行性腎衰竭，影響了全球1250萬人的健康。
有研究表明，線粒體功能障礙是ADPKD的主要特徵，線粒體功能受損會導致活性氧（ROS）的生成，ROS產生和清除之間的不平衡會導致氧化應激，從而引發組織損傷和功能障礙。ADPKD中抗氧化酶的減少和氧化損傷的增加表明ADPKD的進展與過度的ROS以及氧化應激的增加有關。儘管已經有了一定的研究基礎，但是ADPKD疾病發展的分子機制目前仍然不是很清楚。
2020年7月29日，天津醫科大學陳宇鵬、張麗榮團隊與山東省立醫院熊暉團隊合作在Sci Transl Med（IF=16.304）上發表了題為Activationof NRF2 ameliorates oxidative stress and cystogenesis in autosomal dominantpolycystic kidney disease的研究論文，研究者運用蛋白質組學技術揭示了NRF2抗氧化通路的受損是氧化應激和囊腫形成的關鍵因素，並揭示了NRF2激活其靶基因的調控機制，相關研究成果在該雜誌以cover story的形式展示。這篇研究不僅揭示了ADPKD的發病機制，同時也為未來臨床上ADPKD的治療提供指導意義。景傑生物為該研究中的蛋白質組學結果提供技術支持。
Cover story
1. ROS的積累與ADPKD的疾病進展呈正相關
蛋白質組學是系統研究各種生理病理條件下蛋白表達豐度的強大技術工具。為了更好的探究ADPKD疾病進展的分子機制和潛在治療靶標，作者利用TMT標記定量蛋白質組學技術（質譜策略）對WT小鼠以及PKD1敲除小鼠（ADPKD小鼠疾病模型）的腎臟組織（樣本策略）進行分析，共鑑定到5100個蛋白。相較於WT組，ADPKD組有 789個蛋白上調，上調蛋白主要參與炎症應答、細胞代謝、膠原合成以及MAPK級聯激酶信號等過程；569個蛋白下調，下調蛋白主要富集氧化還原酶活性和電子傳遞鏈等通路，並且有三分之一下調的蛋白定位在線粒體。蛋白質組學分析揭示了ADPKD小鼠腎臟中線粒體功能缺陷以及與氧化還原信號關聯。
圖1 ROS的積累與ADPKD的疾病進展密切關聯
2. ADPKD腎臟中NRF2抗氧化通路功能受損
NRF2被公認為是細胞防禦氧化應激的主要調節劑，NRF2通過轉錄活化細胞保護基因的表達進而減輕各種腎臟疾病中的氧化損傷和炎症來發揮保護作用，包括急性腎臟損傷，慢性腎臟疾病和糖尿病等。接下來作者關注了NRF2信號通路的活性，對NRF2靶向的38個蛋白進行鑑定並定量，結果顯示ADPKD小鼠腎臟中60%靶向的蛋白顯著下調。Western Blotting結果顯示ADPKD小鼠腎臟組織中NRF2的表達降低。以上結果揭示了ADPKD小鼠腎臟NRF2抗氧化活性信號通路的損傷可能與疾病進展相關。
圖2 ADPKD腎臟中NRF2抗氧化通路功能受損
3.Nrf2敲除會增加氧化損傷並加速ADPKD囊腫發生
為了進一步探究NRF2在體內ADPKD疾病進程中的功能，作者對Nrf2敲除小鼠和Pdk1敲除小鼠進行雜交並在誘導腎臟囊腫發生後收集小鼠腎臟進行實驗。在具有功能性Pkd1的小鼠中，Nrf2缺失與否均不會導致腎臟大小、腎臟重量與體重比、血尿素氮（BUN）的明顯異常。但是在Pkd1缺失的小鼠中，Nrf2敲除會導致腎臟明顯變大、腎臟與體重比更高、BUN和血清肌酐濃度更高以及囊腫形成增加。以上這些結果表明，NRF2的缺失加劇了ADPKD進程。
圖3 Nrf2敲除增加氧化損傷並加速ADPKD囊腫發生
4. NRF2活化改善氧化損傷和ADPKD囊腫發生
鑑於作者觀察到NRF2在ADPKD中下調並且Nrf2缺失會使ADPKD惡化，因此作者假設誘導NRF2表達可以抑制疾病進展。Sulforaphane（SFN）是一種可以促進NRF2核積累的天然化合物，作者通過實驗發現，ADPKD小鼠模型中SFN處理會降低發病腎臟大小、囊性指數以及ROS累積並促進腎臟功能。因此，SFN可能通過NRF2途徑降低了腎臟組織中的氧化應激並減弱了ADPKD發病進展。
圖4 NRF2活化改善氧化損傷和ADPKD囊腫發生
氧化應激是常染色體顯性多囊腎病（ADPKD）發病進程的關鍵因素，但是囊性細胞中氧化還原穩態失衡的分子機制目前仍不清楚。本篇研究發現NRF2抗氧化途徑的活性受損是氧化損傷和ADPKD進程的主要機制。通過定量蛋白質組學技術結合生化分析，研究者發現NRF2蛋白降解的增加抑制了ADPKD小鼠腎臟中NRF2抗氧化途徑。在一組臨床ADPKD患者樣本中，活性氧（ROS）的積累與NRF2豐度呈負相關，與疾病的嚴重程度呈正相關。進一步的研究表明，NRF2的藥理誘導降低ROS的產生並減慢了囊腫形成和疾病的發展。綜上，本篇研究不僅揭示了ADPKD的發病機制，同時也為未來臨床上ADPKD的治療提供指導意義。
參考文獻：
1. Yi Lu,et al.2020. Activation of NRF2 ameliorates oxidative stress andcystogenesis in autosomal dominant polycystic kidney disease.Sci Transl Med.