Il11-EGFP小鼠助力探究慢性腎病治療靶點(diǎn)促進(jìn)腎臟再生

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在60歲以上的成年人中，每4個(gè)人就有1人患有慢性腎臟�。–KD），它的特點(diǎn)是腎臟功能喪失和纖維化。急性腎損傷通常是可逆的，因?yàn)槟I小管上皮細(xì)胞（TEC）擁有強(qiáng)大的再生能力，不過(guò)當(dāng)腎臟過(guò)度損傷時(shí)，TEC也無(wú)能為力，纖維化和炎癥隨之而來(lái)，導(dǎo)致腎臟功能持續(xù)受損。

如何促進(jìn)腎臟再生，這自然成為一個(gè)研究熱點(diǎn)。近日，杜克-新加坡國(guó)立大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)TEC中的IL11信號(hào)通路是腎臟再生停滯的一個(gè)關(guān)鍵病理因素，并表明IL11是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，有望恢復(fù)腎臟的內(nèi)源性再生。這項(xiàng)研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
 

圖片來(lái)源：《Nature Communications》

研究材料與方法
在這項(xiàng)研究中，研究人員在葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠模型上開(kāi)展了一系列分析，并在單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）小鼠模型上驗(yàn)證了結(jié)果。研究者還使用了Il11-EGFP小鼠（賽業(yè)生物提供）以及TEC特異性的Il11ra1敲除小鼠。研究者通過(guò)western blot分析TEC和腎臟組織內(nèi)多個(gè)蛋白的表達(dá)水平，還通過(guò)羥脯氨酸分析（HPA）檢測(cè)了膠原蛋白含量，以此來(lái)評(píng)估腎臟纖維化水平。

技術(shù)路線
01 腎小管上皮細(xì)胞在受損后產(chǎn)生IL11，并在IL11誘導(dǎo)下發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化
02 ll11^−/−小鼠可免受急性腎損傷的影響，而IL11中和抗體可預(yù)防或治療急性腎損傷
03 IL11通過(guò)ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信號(hào)軸，刺激腎小管上皮細(xì)胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化
04 在人類(lèi)慢性腎臟病模型中，IL11中和抗體逆轉(zhuǎn)了腎臟病變，并促進(jìn)了腎小管上皮細(xì)胞增殖

研究結(jié)果
1.IL11誘導(dǎo)了腎小管上皮細(xì)胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化
在腎臟纖維化進(jìn)程中，TEC經(jīng)歷部分上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（pEMT），失去了上皮細(xì)胞的表型，又不具備完全的間質(zhì)細(xì)胞表型。當(dāng)腎臟受傷時(shí)，TEC是增殖還是轉(zhuǎn)化，這決定了腎臟是再生還是結(jié)疤。研究人員不久前發(fā)現(xiàn)，白細(xì)胞介素11（IL11）是成纖維細(xì)胞的促纖維化因子，而且IL11還促進(jìn)了小鼠急性腎損傷模型中的腎臟纖維化。因此，研究者假設(shè)IL11能激活EMT所需的ERK信號(hào)通路，是造成腎臟疾病的病理因素。

為了探索受損腎臟中的IL11來(lái)源，研究人員使用了賽業(yè)生物提供的轉(zhuǎn)基因小鼠，在Il11基因座中敲入EGFP基因。在急性腎損傷后，IL11首先在上皮中被檢測(cè)到，之后主要在間質(zhì)中表達(dá)。在使用pEMT誘導(dǎo)劑TGFβ刺激TEC后，研究者發(fā)現(xiàn)這強(qiáng)烈誘導(dǎo)了IL11的分泌，表明在經(jīng)歷pEMT的TEC中，IL11的活性存在一個(gè)自分泌環(huán)。當(dāng)IL11刺激TEC時(shí)，STAT3激活，SNAI1增加，上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-Cadherin減少，表明IL11誘導(dǎo)了TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化。

之后，研究人員對(duì)受到IL11刺激的TEC進(jìn)行RNA測(cè)序。主成分分析（PCA）顯示了整個(gè)時(shí)間進(jìn)程中的基因表達(dá)變化。一系列基因標(biāo)志物有明顯增加，包括TGFβ信號(hào)、IL6/JAK/STAT3信號(hào)、mTORC1信號(hào)、炎癥和IFNγ反應(yīng)等，表明IL11誘導(dǎo)了TEC的促炎和間質(zhì)基因表達(dá)。

2.IL11中和抗體可預(yù)防和治療急性腎損傷
接下來(lái)，研究人員使用了Il11敲除小鼠（KO）和野生型對(duì)照小鼠（WT），通過(guò)腹膜內(nèi)注射葉酸來(lái)誘導(dǎo)急性腎損傷。結(jié)果表明，WT小鼠腎臟中的Il11 mRNA和IL11蛋白水平增加，但在KO小鼠中沒(méi)有檢測(cè)到。在葉酸誘導(dǎo)后28天，與KO小鼠相比，WT小鼠的腎臟明顯更小，重量更輕，膠原蛋白含量更高，纖維化程度更高（圖1）。在WT小鼠的腎臟中，間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)志物αSMA和纖連蛋白（FN1）上調(diào)，而KO小鼠中沒(méi)有。這些數(shù)據(jù)表明，ll11敲除小鼠可免受急性腎損傷的影響。
 

Il11敲除小鼠免受急性腎損傷的影響^[1]

為了確定IL11中和抗體（X203）是否會(huì)在嚴(yán)重腎損傷后保護(hù)腎臟結(jié)構(gòu)和功能，研究人員在小鼠身上開(kāi)展試驗(yàn)，在注射葉酸前一天使用X203。通過(guò)生化分析和組織學(xué)分析，研究者發(fā)現(xiàn)這種預(yù)防性的X203治療方案使得小鼠腎臟膠原蛋白減少，而且血尿素氮（BUN）和血清肌酐水平下降，反映了腎臟功能的改善（圖2）。同時(shí)，X203還能夠降低炎癥、纖維化和腎小管損傷標(biāo)志物。另一種市售的抗體MAB218也能發(fā)揮類(lèi)似作用，但不如X203有效。此外，即使在腎臟損傷后三天施用X203，這種抗體也能治療急性腎損傷。

TGFβ對(duì)TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化、腎臟纖維化和腎衰竭也很重要，因此研究人員想比較X203和TGFβ抗體（克隆號(hào)1D11）在急性腎損傷模型中的作用。研究者發(fā)現(xiàn)，X203和1D11治療均能夠減少腎臟纖維化，但X203減少纖維化的幅度更大（圖2）。此外，1D11治療雖然能夠減少腎臟纖維化，但會(huì)加劇炎癥和腎小管損傷。相比之下，X203不存在這些副作用。
 

X203、MAB218和TGFβ抗體在急性腎損傷后的療效比較^[1]

此后，研究人員還用單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）模型開(kāi)展了一組單獨(dú)的實(shí)驗(yàn)，這個(gè)模型與葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷模型完全不同。研究者發(fā)現(xiàn)，IL11在損傷后的TEC中同樣上調(diào)，并在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和腎臟纖維化中發(fā)揮核心作用。同樣地，IL11中和抗體X203可以逆轉(zhuǎn)腎臟纖維化，并降低炎癥和腎小管損傷。

3.IL11中和抗體可逆轉(zhuǎn)慢性腎臟病
為了探討IL11在TEC中的作用機(jī)制，研究人員接下來(lái)在人類(lèi)原代腎臟TEC上開(kāi)展了一系列實(shí)驗(yàn)。在信號(hào)水平上，研究者發(fā)現(xiàn)TGFβ1和IL11均增加了pERK、pp90RSK、pGSK3β、SNAI1、ZEB和αSMA的表達(dá)，并下調(diào)了E-Cadherin、Cyclin D1和PCNA。同時(shí)，對(duì)pEMT和腎臟疾病很重要的多個(gè)因子都能夠誘導(dǎo)TEC分泌IL11，并上調(diào)Collagen 1、SNAI1和αSMA。這些數(shù)據(jù)表明，IL11通過(guò)ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信號(hào)軸，刺激人類(lèi)腎臟TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而促進(jìn)腎臟纖維化。

研究人員猜想，抑制TEC中的IL11信號(hào)傳導(dǎo)應(yīng)該能防止腎臟損傷，于是研究者構(gòu)建了特異性敲除TEC中Il11ra1的小鼠（CKO），并將這些小鼠用于葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷模型。與對(duì)照組相比，CKO小鼠的致病信號(hào)減少，間質(zhì)和上皮標(biāo)志物的變化減弱，并能夠避免損傷誘導(dǎo)的炎癥、腎臟纖維化和腎衰竭（圖3）。
 

腎小管上皮細(xì)胞中Il11ra1的敲除避免了急性腎損傷^[1]

最后，研究人員在人類(lèi)慢性腎臟病模型中測(cè)試了IL11抗體療法。研究者發(fā)現(xiàn)，X203促進(jìn)了TEC的增殖和腎臟實(shí)質(zhì)的再生，逆轉(zhuǎn)了腎臟纖維化和pEMT表型，恢復(fù)了腎臟的重量和功能。

研究結(jié)論
總的來(lái)說(shuō)，以上數(shù)據(jù)表明，IL11誘導(dǎo)的腎小管上皮的間質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種重要的腎臟病理因素。IL11抗體可預(yù)防、治療和逆轉(zhuǎn)急性腎損傷和慢性腎臟病小鼠模型中的腎臟功能障礙。這表明IL11是一個(gè)潛在的治療靶點(diǎn)，有望促進(jìn)病變腎臟中的內(nèi)源性修復(fù)。

原文檢索：
[1]Widjaja, A.A., Viswanathan, S., Shekeran, S.G. et al. Targeting endogenous kidney regeneration using anti-IL11 therapy in acute and chronic models of kidney disease. Nat Commun 13, 7497 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35306-1