内源性腺嘌呤在糖尿病模型中介导肾损伤并预测糖尿病患者糖尿病肾病

Endogenous adenine mediates kidney injury in diabetic models and predicts diabetic kidney disease in patients

作者信息Kumar Sharma, Guanshi Zhang, Jens Hansen, Petter Bjornstad, Hak Joo Lee, Rajasree Menon, Leila Hejazi, Jian-Jun Liu, Anthony Franzone, Helen C Looker, Byeong Yeob Choi, Roman Fernandez, Manjeri A Venkatachalam, Luxcia Kugathasan, Vikas S Sridhar, Loki Natarajan, Jing Zhang, Varun S Sharma, Brian Kwan, Sushrut S Waikar, Jonathan Himmelfarb, Katherine R Tuttle, Bryan Kestenbaum, Tobias Fuhrer, Harold I Feldman, Ian H de Boer, Fabio C Tucci, John Sedor, Hiddo Lambers Heerspink, Jennifer Schaub, Edgar A Otto, Jeffrey B Hodgin, Matthias Kretzler, Christopher R Anderton, Theodore Alexandrov, David Cherney, Su Chi Lim, Robert G Nelson, Jonathan Gelfond, Ravi Iyengar, Kidney Precision Medicine Project
PMID37616058
发布时间2023-10-16
DOI10.1172/JCI170341

实验完整度

包含多队列临床关联分析、空间代谢组学、单细胞转录组学、细胞实验、小鼠体内验证及抑制剂干预,形成多层级证据链。

主要模型

CRIC队列 SMART2D队列 美国印第安人队列 db/db小鼠 C57BL/6J小鼠 HK-2细胞 MCT细胞

重点核对

队列样本量:CRIC n=904,SMART2D n=309,美国印第安人 n=54 随访时间:CRIC 10年,SMART2D 7年,美国印第安人超过20年 恩格列净治疗:T1D患者,25 mg/d,持续8周 细胞处理:腺嘌呤浓度20 μM,时间点文中未全部明确,但含多个时间点 小鼠处理:C57BL/6J小鼠腺嘌呤饮水处理4周;db/db小鼠MTDIA处理8周(第10至18周)

摘要

糖尿病肾病(DKD)可导致终末期肾病(ESKD)和死亡;然而,对于高危患者,尤其是那些没有大量白蛋白尿的患者,可用的机制性生物标志物很少。来自慢性肾功能不全队列(CRIC)研究、新加坡2型糖尿病大血管病变和微血管反应性研究(SMART2D)以及美国印第安人研究的糖尿病参与者的尿液,确定了尿液腺嘌呤/肌酐比值(UAdCR)是否可以成为ESKD的机制性生物标志物。在CRIC研究和SMART2D中,ESKD和死亡与最高的UAdCR三分位数相关。在CRIC研究、SMART2D和美国印第安人研究中,无大量白蛋白尿的患者中,ESKD与最高的UAdCR三分位数相关。恩格列净降低了非大量白蛋白尿参与者的UAdCR。空间代谢组学将腺嘌呤定位到肾脏病理区域,单细胞转录组学确定核糖核蛋白生物生成为无大量白蛋白尿患者近端小管的顶级通路,涉及mTOR。腺嘌呤通过mTOR刺激肾小管细胞中的基质,并刺激小鼠肾脏中的mTOR。发现一种特异性腺嘌呤产生抑制剂可减少糖尿病小鼠的肾脏肥大和肾损伤。我们提出内源性腺嘌呤可能是DKD的一个致病因素。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
内源性腺嘌呤是否在糖尿病肾病进展中起因果作用,并作为预测ESKD的生物标志物?
核心机制
腺嘌呤通过mTOR通路刺激近端肾小管细胞产生细胞外基质,导致肾纤维化;内源性腺嘌呤产生受MTAP调控,抑制MTAP可减轻肾损伤。
主要证据
多队列研究显示UAdCR最高三分位数与ESKD风险增加相关;空间代谢组学定位腺嘌呤于病理区域;单细胞转录组学揭示核糖核蛋白生物生成通路;细胞实验证明腺嘌呤经mTOR刺激纤连蛋白产生,MTDIA抑制MTAP可减少db/db小鼠肾损伤。
研究意义
UAdCR可作为非大量白蛋白尿糖尿病患者进展为ESKD的预测生物标志物,且抑制腺嘌呤产生可能成为DKD的治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

队列关联分析

评估尿液腺嘌呤/肌酐比值(UAdCR)与糖尿病肾病患者不良结局的关联。

分别在CRIC(n=904)、SMART2D(n=309)和美国印第安人(n=54)队列中检测基线UAdCR,并随访ESKD和全因死亡率。

2

干预研究

评估SGLT2抑制剂恩格列净对UAdCR的影响。

在T1D非大量白蛋白尿患者(n=40)中,进行正常血糖和高血糖钳夹试验,并在恩格列净治疗前后检测UAdCR。

3

空间代谢组学

定位腺嘌呤在肾脏组织中的分布及其与病理特征的关系。

对健康对照和糖尿病患者的肾活检组织进行MALDI-MSI成像,检测腺嘌呤信号并对比病理区域。

4

单细胞转录组学

鉴定非大量白蛋白尿DKD患者近端小管细胞中富集的信号通路。

对KPMP(n=28)和CROCODILE研究中的DKD患者肾活检进行单细胞转录组测序,分析差异表达基因并进行通路富集分析。

5

细胞实验

验证腺嘌呤是否通过mTOR通路刺激近端肾小管细胞产生基质分子。

用20 μM腺嘌呤处理人(HK-2)和小鼠(MCT)近端肾小管细胞,检测纤连蛋白表达及S6激酶磷酸化,并使用雷帕霉素抑制mTORC1验证通路。

6

动物实验(腺嘌呤暴露)

评估外源性腺嘌呤对小鼠肾脏的影响。

给C57BL/6J小鼠饮水中添加腺嘌呤4周,检测血清sTNFR1、血浆KIM-1、肾脏mTOR活性及基质分子。

7

动物实验(MTDIA干预)

验证抑制内源性腺嘌呤产生能否减轻db/db糖尿病小鼠的肾损伤。

给db/db小鼠(10周龄)给予MTDIA(MTAP抑制剂)8周,检测肾脏腺嘌呤水平、肾功能指标、肾肥大、KIM-1、基质蛋白及mTOR活性。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
Zip-Chip微流控芯片908 Devices--
Q-Exactive质谱仪Thermo Fisher Scientific--
白蛋白ELISA试剂盒Bethyl Laboratories Inc.E101 and E90-134
肌酐比色试剂盒Enzo Life Sciences Inc.ADI-907-030A
Quantikine ELISA试剂盒(小鼠胱抑素C)R&D SystemsMSCTC0
KIM-1 ELISA试剂盒R&D SystemsDY1817
腺嘌呤----
雷帕霉素Fisher Scientific--
抗磷酸化Thr389 S6激酶抗体Cell Signaling Technology9205
抗磷酸化Ser240/244核糖体蛋白S6抗体Cell Signaling Technology2215
抗核糖体蛋白S6抗体Cell Signaling Technology2217
抗MTAP抗体Cell Signaling Technology62765
抗纤连蛋白抗体Abcam Plcab2413
抗1型胶原α2抗体Proteintech Group Inc.14695-1-AP
抗β-肌动蛋白抗体Millipore SigmaA2066
Q Exactive HF-X质谱仪Thermo Fisher Scientific--

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
临床队列
队列入选标准、样本量、随访时间、统计调整因素
阅读提示:Methods: Clinical cohorts; 表1和表2
恩格列净干预
患者特征(T1D,非大量白蛋白尿)、恩格列净剂量(25 mg/d)及治疗时长(8周)、尿样采集时间点
阅读提示:Methods: Clinical cohorts(ATIRMA); 图2C
空间代谢组学
肾活检样本来源(KPMP和CROCODILE)、健康对照数量、成像平台参数(MALDI-MSI)、数据分析软件
阅读提示:Methods: MSI and optical imaging of kidney biopsies; 图3
单细胞转录组学
患者样本数量(KPMP n=28, CROCODILE n=6)、差异表达基因筛选标准(调整P≤0.01)、通路富集方法(MBCO)
阅读提示:Methods: Bioinformatic and systems medicine analysis; 图4A-C
细胞实验
细胞系(HK-2、MCT)、腺嘌呤浓度(20 μM)、处理时间、雷帕霉素浓度及预处理时间
阅读提示:Methods: Cell culture; 图4D-F
小鼠模型
小鼠品系(C57BL/6J、db/db)、腺嘌呤剂量及暴露时长(4周)、MTDIA剂量及给药方式(8周,从第10至18周)、每组动物数
阅读提示:Methods: Animal studies; 图4G-K和图5