M-NSG小鼠及肝癌PDX模型在揭示腫瘤-腎臟互作新機(jī)制研究中的應(yīng)用

2023年12月6日，武漢大學(xué)醫(yī)學(xué)研究院、教育部免疫與代謝前沿科學(xué)中心、中南醫(yī)院醫(yī)學(xué)研究院、泰康生命醫(yī)學(xué)中心的宋威團(tuán)隊(duì)與武漢大學(xué)中南醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科的葉旭軍團(tuán)隊(duì)在Nature上發(fā)表了“A novel antidiuretic hormone governs tumour-induced renal dysfunction”的文章，通過保守的果蠅腫瘤模型和高通量體內(nèi)篩選，意外鑒定到果蠅中第一例明確的抗利尿素——ITPF，并揭示它由惡性腫瘤和腸道內(nèi)分泌細(xì)胞分泌，直接作用于果蠅馬氏管（類似于人的腎小管），破壞其排水功能，導(dǎo)致嚴(yán)重的體液潴留。分子機(jī)制包括ITPF激活馬氏管星狀上皮細(xì)胞中的GPCR受體TkR99D及其下游NOS-cGMP信號通路，抑制體液排出。另外，他們還發(fā)現(xiàn)哺乳動物神經(jīng)激肽3受體 （NK3R）作為果蠅TkR99D的同源物在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)，通過小分子藥物阻斷NK3R有效改善多種惡性腫瘤導(dǎo)致的小鼠腎小管功能障礙。

南模生物為該研究提供了M-NSG小鼠以及肝癌PDX模型。
 

研究團(tuán)隊(duì)首先假設(shè)腫瘤能產(chǎn)生針對腎臟的分泌蛋白，從而損害腎功能并導(dǎo)致體液潴留，且與其他宿主消耗效應(yīng)（如脂質(zhì)流失和肌肉萎縮）無關(guān)。通過對果蠅yki3SA腫瘤中112個(gè)上調(diào)的分泌蛋白進(jìn)行RNAi篩選，他們發(fā)現(xiàn)其中ITP（Ion Trasnport Peptide） 對腫瘤誘導(dǎo)的體液潴留和高血糖至關(guān)重要，但與脂質(zhì)流失或肌肉功能障礙無關(guān)。同時(shí)，他們還廣譜地發(fā)現(xiàn)果蠅NDN,RasV12腸道腫瘤以及lgl-/-,RasV12眼盤腫瘤也可以通過分泌ITP來導(dǎo)致體液潴留。

果蠅ITP有五種不同RNA亞型，研究團(tuán)隊(duì)為每種亞型開發(fā)了RNAi和過表達(dá)品系，最后研究證明腫瘤產(chǎn)生的ITPF是關(guān)鍵的功能亞型，直接導(dǎo)致體液潴留。值得注意的是，如在正常沒有腫瘤果蠅的肌肉或脂肪組織中異位表達(dá)ITPF也能顯著導(dǎo)致體液潴留，作用機(jī)理包括ITPF直接抑制果蠅馬氏管（腎小管）的水分轉(zhuǎn)運(yùn)。由此，研究團(tuán)隊(duì)將ITPF定義為果蠅中的第一例明確的抗利尿素。

為了研究分子機(jī)制，研究團(tuán)隊(duì)探索了不同類型的果蠅馬氏管細(xì)胞和不同的下游通路，包括將哺乳動物報(bào)告基因FlincG2轉(zhuǎn)化到果蠅中研究cGMP變化，最終發(fā)現(xiàn)ITPF直接激活馬氏管星狀上皮細(xì)胞中的cGMP信號通路。LexA-GAL4雙表達(dá)系統(tǒng)是研究果蠅體內(nèi)器官交流的必要工具，研究團(tuán)隊(duì)耗時(shí)近2年構(gòu)建了異位ITPF表達(dá)和yki3SA腸道腫瘤的LexA系統(tǒng)，并結(jié)合傳統(tǒng)GAL4系統(tǒng)，在體內(nèi)鑒馬氏管星狀上皮細(xì)胞（而不是主細(xì)胞）中的NOS-cGMP信號通路對于ITPF的抗利尿功能至關(guān)重要。

為探索響應(yīng)ITPF的功能性受體，研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)下游cGMP通路聚焦在GPCR上，并通過單細(xì)胞RNAseq、生化實(shí)驗(yàn)和體內(nèi)雙表達(dá)系統(tǒng)RNAi驗(yàn)證，最終確定TkR99D是ITPF的受體，此外還闡明了ITPF和經(jīng)典配體Tk之間的競爭性激活TkR99D。
盡管暫未鑒定到哺乳動物的ITPF同源物，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)小鼠和人NK3R是果蠅受體TkR99D的同源物，并指出其主要在近端腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)。通過測試不同的小鼠惡性腫瘤模型，研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)至少ApcMin/+腸道腫瘤模型、LLC肺癌模型、MFC胃癌模型、HCT116胃癌模型、和PDX胃癌模型的荷瘤小鼠都呈現(xiàn)不同程度的腎損傷和排尿障礙，腹腔注射小分子抑制劑阻斷NK3R活性則有效緩解惡性腫瘤誘發(fā)的腎損傷和排尿障礙。
 

抑制NK3R可減輕荷瘤小鼠腎損傷

總之，研究團(tuán)隊(duì)鑒定ITPF為果蠅中第一例抗利尿素，通過激活受體TkR99D介導(dǎo)腫瘤導(dǎo)致的腎損傷和排水障礙，而小鼠中多種惡性腫瘤也通過NK3R（TkR99D同源物）引起類似的腎小管損傷和排水障礙。相對目前腫瘤相關(guān)腎功能障礙的解讀，如抗腫瘤的藥物腎毒性和全身炎癥反應(yīng)，該研究為腫瘤-腎臟互作和治療癌癥相關(guān)的腎功能障礙提供了新的見解和治療靶點(diǎn)。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06833-8
*本文轉(zhuǎn)載自【iNature】