Renal epithelium regulates erythropoiesis via HIF-dependent suppression of erythropoietin

腎臟上皮細(xì)胞通過HIF依賴性抑制促紅細(xì)胞生成素調(diào)節(jié)紅細(xì)胞生成

來源：The Journal of Clinical Investigation, Volume 126, Issue 4, 2016, Pages 1425-1437

《臨床研究》，第126卷第4期，2016年，第1425-1437頁

 

摘要

論文摘要指出腎臟在成人紅細(xì)胞生成中起核心作用，是促紅細(xì)胞生成素（EPO）的主要來源。EPO是一種氧敏感性糖蛋白，對紅細(xì)胞生產(chǎn)至關(guān)重要。研究使用小鼠遺傳方法，調(diào)查腎臟上皮缺氧誘導(dǎo)因子（HIF）在紅細(xì)胞生成中的作用。發(fā)現(xiàn)通過誘導(dǎo)近端腎單位von Hippel-Lindau腫瘤抑制因子失活激活HIF，導(dǎo)致快速發(fā)展的低增殖性貧血，這與EPO產(chǎn)生腎間質(zhì)細(xì)胞減少相關(guān)。EPO產(chǎn)生抑制與葡萄糖攝取增加、糖酵解增強(qiáng)、線粒體質(zhì)量減少、O2消耗減少和腎組織pO2升高相關(guān)。遺傳分析表明，腎小管間質(zhì)細(xì)胞串?dāng)_在腎臟上皮HIF激活條件下調(diào)節(jié)EPO產(chǎn)生。

 

研究目的

研究目的是調(diào)查腎臟上皮HIF信號是否參與調(diào)節(jié)EPO產(chǎn)生，特別是在非EPO合成細(xì)胞類型中，以闡明腎臟細(xì)胞間串?dāng)_在紅細(xì)胞生成中的作用。具體目標(biāo)包括評估上皮HIF激活對EPO產(chǎn)生、紅細(xì)胞生成和腎代謝的影響。

 

研究思路

研究思路采用遺傳學(xué)方法，在小鼠中利用四環(huán)素誘導(dǎo)的Pax8-rtTA系統(tǒng)特異性失活腎臟上皮細(xì)胞VHL基因，從而穩(wěn)定HIF-α亞基。比較不同基因型小鼠（如Vhl缺陷、Epo缺陷組合），分析血液參數(shù)、EPO表達(dá)、腎組織pO2、代謝基因表達(dá)和線粒體功能。通過體外和體內(nèi)實(shí)驗(yàn)，包括組織學(xué)、分子生物學(xué)和生理學(xué)測量，驗(yàn)證HIF激活對EPO產(chǎn)生的抑制機(jī)制。

 

測量的數(shù)據(jù)及研究意義

1 測量了血液學(xué)參數(shù)，如血細(xì)胞比容（Hct）、血紅蛋白（Hb）、紅細(xì)胞計數(shù)（rbc）和網(wǎng)織紅細(xì)胞計數(shù)。數(shù)據(jù)來自圖2和圖6。研究意義是直接證明上皮HIF激活導(dǎo)致貧血，表明紅細(xì)胞生成受損，支持HIF在調(diào)節(jié)紅細(xì)胞生成中的新角色。

 

 

2 測量了EPO mRNA水平和血清EPO濃度。數(shù)據(jù)來自圖1、圖2、圖3和圖6。研究意義是顯示腎臟EPO產(chǎn)生被抑制，而肝臟EPO可能補(bǔ)償，但雙敲除小鼠仍貧血，突顯腎臟特異性調(diào)節(jié)。

 

 

3 測量了腎皮質(zhì)組織氧分壓（PtO2），使用丹麥Unisense電極（Clark型微傳感器）。數(shù)據(jù)來自圖3。研究意義是驗(yàn)證HIF激活導(dǎo)致腎pO2升高，盡管貧血，表明代謝改變減少了O2消耗，從而影響EPO產(chǎn)生。

4 測量了代謝基因表達(dá)，通過微陣列和qPCR分析糖酵解、脂肪酸代謝和轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白基因。數(shù)據(jù)來自圖4和圖6。研究意義是揭示HIF激活促進(jìn)糖酵解，抑制氧化磷酸化，解釋O2消耗減少和pO2升高。

 

5 測量了線粒體功能，包括O2消耗速率和線粒體質(zhì)量（通過檸檬酸合酶活性和mtDNA）。數(shù)據(jù)來自圖5。研究意義是證明線粒體質(zhì)量減少和呼吸活性降低，直接關(guān)聯(lián)HIF介導(dǎo)的代謝重編程。

 

6 測量了腎功能參數(shù)，如血尿素氮（BUN）、腎小球?yàn)V過率（GFR）和腎血流量（RBF）。研究意義是排除腎功能衰竭作為貧血原因，強(qiáng)調(diào)貧血是EPO特異性抑制所致。

7 測量了EPO產(chǎn)生細(xì)胞（REPCs）數(shù)量，通過原位雜交。數(shù)據(jù)來自圖3。研究意義是顯示REPCs減少，表明上皮HIF激活間接影響間質(zhì)細(xì)胞可塑性。

 

結(jié)論

1 腎臟上皮HIF激活通過抑制EPO產(chǎn)生導(dǎo)致貧血，不依賴于腎功能損害。

2 HIF介導(dǎo)的代謝重編程（如糖酵解增強(qiáng)、線粒體減少）降低腎O2消耗，升高組織pO2，從而減少REPCs數(shù)量。

3 腎小管間質(zhì)串?dāng)_調(diào)節(jié)EPO產(chǎn)生，近端腎小管HIF信號是關(guān)鍵。

4 HIF-1和HIF-2均參與貧血發(fā)展，但單獨(dú)失活不足以恢復(fù)紅細(xì)胞生成，需完整HIF信號。

 

使用丹麥Unisense電極測量數(shù)據(jù)的研究意義

丹麥Unisense電極用于測量腎皮質(zhì)組織氧分壓（PtO2），具體型號為OX25微傳感器。測量數(shù)據(jù)顯示，在Vhl缺陷小鼠中，盡管貧血導(dǎo)致動脈氧含量降低，腎皮質(zhì)PtO2反而顯著升高（約39 mmHg vs 對照30 mmHg）。研究意義在于直接量化腎組織氧環(huán)境變化，驗(yàn)證了HIF激活引起的代謝適應(yīng)：上皮HIF促進(jìn)糖酵解，減少線粒體O2消耗，從而升高局部pO2。這解釋了EPO產(chǎn)生抑制的機(jī)制，因?yàn)镽EPCs對pO2敏感，pO2升高會減少其數(shù)量。該測量排除了動脈氧變化的影響，強(qiáng)化了腎內(nèi)代謝調(diào)節(jié)的主導(dǎo)作用，為理解缺氧響應(yīng)和貧血病理提供了關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)證據(jù)。