Theranostics | 急性肾损伤治疗策略
急性肾损伤(AKI)是肾脏功能在短时间内迅速下降的一种常见的严重疾病，死亡率高，即使患者存活，预后也不容乐观，30%-70%的患者发展为慢性肾脏疾病和晚期肾脏疾病。此前人们对AKI发病机制认识不完全，因此对AKI有效的治疗策略比较局限。
2022年7月4日，陆军军医大学新桥医院赵景宏教授团队在国际知名杂志Theranostics（11.600）在线发表了题为《DUSP2-mediated inhibition of tubular epithelial cell pyroptosis confers nephroprotection in acute kidney injury》的研究成果。该成果发现了DUSP2在AKI发病机制中的作用，证明了DUSP2-STAT1轴在AKI过程中调控RTEC焦亡的一个迄今尚未被认识的作用，为解析急性肾损伤的发病机制和治疗提供了新的见解。在该研究中，为了探究dusp2缺失的pRTECs是否易受H/R损伤诱导的细胞死亡，作者使用了汉恒生物提供的Cre-重组酶腺病毒HBAD-CRE-EGFP转染小鼠原代肾小管上皮细胞（pRTEC），以敲除RTECs中的DUSP2。
作者通过免疫荧光观察到DUSP2蛋白在肾小管上皮细胞（RTEC）中表达，且主要位于其细胞核中。DUSP2在AKI患者的RTEC中的表达显著下调，小鼠模型和体外模型试验中也得到了类似的结果。此外，作者还检测了肾损伤标志物（血清肌酸、血尿素氮等），发现DUSP2在肾小管中的表达水平与肾损伤标志物呈负相关。这说明DUSP2可能在AKI的发病过程中发挥重要作用。
图1. RTECs中DUSP2的缺失在AKI中很常见，并与AKI的发病机制有关
为了明确DUSP2在AKI发病机制中的作用，作者将DUSP2fl/fl小鼠与Ggt1-cre小鼠杂交，得到了RTEC中DUSP2特异性缺失的小鼠 (DUSP2CKO) ，并进行缺血-再灌注损伤（IRI）。结果显示，与IRI/DUSP2fl/fl小鼠相比，IRI/DUSP2CKO小鼠的肾小管损伤更为严重，间质炎症也进一步加重。接着，作者又对DUSP2fl/fl小鼠原代肾小管上皮细胞（pRTECs）中的DUSP2进行了敲除，发现DUSP2缺失的pRTECs易受缺氧/复氧（H/R）诱导的细胞死亡。这些发现表明DUSP2缺失可能通过使RTEC对细胞死亡敏感而加重肾小管损伤和AKI进展。
图2. RTEC中DUSP2的特异性缺失通过使RTECs对细胞死亡敏感而使AKI恶化
为了确定受DUSP2缺失影响最大的细胞死亡途径，作者对RTECs中有关凋亡、坏死和焦亡等细胞死亡途径的关键因子进行了分析，发现只有焦亡途径的关键因子GSDMD在转录和蛋白水平显著上调，并且其在IRI/Dusp2CKO小鼠肾小管中的表达和激活更为明显，从形态学上也能观察到很明显的变化。而敲除GSDMD后，DUSP2缺失的RTECs对H/R诱导的焦亡的敏感性显著降低。这些数据表明DUSP2的缺失可通过上调GSDMD的表达从而加剧RTEC焦亡。
图3. DUSP2缺失通过在AKI期间上调GSDMD来加剧RTEC焦亡
图4. DUSP2缺失的pRTECs在H/R后的焦亡增加
接着作者进一步探究了DUSP2在RTECs中对GSDMD表达的调控作用。作者通过分析发现STAT1是GSDMD的转录激活因子，ChIP试验结果也证实了p-STAT1可以直接与GSDMD的启动子结合，并受H/R的诱导；敲除STAT1抑制了GSDMD的表达，并最终缓解H/R诱导的RTEC焦亡。
在以往的研究中，STAT1蛋白通常被酪氨酸或丝氨酸残基磷酸化，因此作者又假设DUSP2作为核磷酸酶可能通过与STAT1物理结合以及去磷酸化作用来负调控GSDMD的表达。随后作者通过Co-IP分析证实了DUSP2和STAT1之间的确存在物理关联。STAT1的磷酸化水平在DUSP2缺失的条件下得到增强，在DUSP2缺失的RTECs中，敲除STAT1可抑制GSDMD的表达，减弱缺失DUSP2的RTECs在H/R后的焦亡。这些结果说明DUSP2作为一种核磷酸酶使STAT1失活，从而限制GSDMD介导的RTEC焦亡。
图5. STAT1激活GSDMD，促进AKI期间的RTEC焦亡
图6. DUSP2使STAT1失活，抑制GSDMD介导的RTEC焦亡
最后，作者又在RTECs中过表达DUSP2，分析是否可以预防RTEC的焦亡从而改善AKI。作者先是在HK-2细胞中过表达DUSP2，发现其能抑制H/R诱导的STAT1和GSDMD的激活和上调表达，缓解H/R后的焦亡。然后作者又在小鼠体内过表达DUSP2，并进行缺血-再灌注损伤，发现STAT1以及GSDMD的上调和激活受到了抑制，RTEC的焦亡和间质炎症明显减轻。此外，作者还发现DUSP2过表达后，小鼠肾损伤和炎症以及间质纤维化也明显减轻，说明DUSP2可以保护肾脏免受AKI的影响。
图7. DUSP2过表达抵消了H/R诱导的RTECs中STAT1和GSDMD的激活
图8. DUSP2过表达可减轻AKI中RTECs的损伤
总的来说，本研究中，RTECs中DUSP2的缺失被认为是人类和小鼠AKI的共同特征和预后因子。在功能上，DUSP2被认为是RTECs中STAT1的失活因子，它的缺失导致STAT1过度活跃，从而在AKI过程中通过激活GSDMD促进RTEC的焦亡。在治疗上，DUSP2过表达能有效预防AKI。以上这些数据表明，在RTECs中恢复DUSP2的表达可以预防AKI，也为AKI的治疗提供了策略。
