Bmi-1基因主要通过抑制氧化应激反应治疗肾小管间质性损伤的作用及其机制研究

Renal tubulointerstitial injury is the common pathway of renal senescence and many other renal diseases developing terninal stage of renal failure. It is very important to develop a new strategy for the therapy of renal tubulointerstitial injury. As previous results suggested renal tubulointerstitial injury was displayed in Bmi-1 gene deficiency mice. To investigate the effect and mechanism of Bmi-1 gene inhibites renal tubulointerstitial injury, we will use Bmi-1 null mice (Bmi-1-/-) and wide type mice (WT) in the same brood to study. We will investigate the renal cells respectively on levels of morphology, genomics，protemics and function among WT team, Bmi-1-/- team, Bmi-1-/-+ anti-oxidant NAC team. We advise that Bmi-1 mainly ameliorates renal tubulointerstitial injury, downregulates p16INK4a, p19ARF/p53 and/or p27KIP1, suppresses atrophy of renal tubule and delays renal senescence through inhibiting oxidative stress and maintaining redox equilibrium. Moreover, Bmi-1 gene promotes reparation of renal adult progenitors or stem cells (RASCs) in Bmi-1 deficiency kidney through inhibiting oxidative stress and promoting the capacity of self-renewal. Thus, This project will provide a reliable strategy for therapy of renal tubulointerstitial injury using anti-oxidant and/or Bmi-1 gene.

肾小管间质性损伤是肾脏衰老及多种肾脏疾病发展至终末期肾功能衰竭的共同通路，研究新的治疗对策为当前的热点。预实验结果显示Bmi-1基因缺失小鼠表现为肾小管间质性损伤。为明确Bmi-1基因抑制肾小管间质性损伤的作用机制，本课题将利用Bmi-1基因敲除（Bmi-1-/-）及同窝野生型小鼠（WT），通过对WT组、Bmi-1-/-组、Bmi-1-/-+ 抗氧化剂NAC组肾脏细胞在形态、基因、蛋白、功能水平的研究，证实Bmi-1主要通过抑制细胞氧化应激反应，维持氧化还原平衡，阻止肾小管间质性损伤且下调p16INK4a、p19AFR/p53、p27KIP1途径中一条或几条，进而起到抑制肾小管萎缩、延缓肾脏衰老的作用；通过降低肾脏成体干细胞/祖细胞(RASCs)的氧化应激水平及提高RASCs自我更新能力，促进RASCs在肾小管间质损伤后的修复作用。故将为临床开展抗氧化和/或基因治疗提供相关理论和实验依据。

氧化应激在肾小管间质性损伤的发病机制中起重要作用，Bmi-1缺失(Bmi-1-/-)细胞的线粒体功能受损、氧化应激增加。为了明确Bmi-1-/-是否通过损伤肾脏细胞线粒体功能，增加氧化应激，而导致肾小管间质性损伤，通过饮水给予3周龄Bmi-1-/-小鼠补充抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸(NAC)，或饮食补充吡咯喹啉醌2周，利用组织病理学、细胞分子生物学方法及血清和尿液生化分析肾脏表型改变。通过siRNA敲低人肾近曲小管上皮(HK2)细胞中Bmi-1，给予NAC处理，比较分析它与对照组细胞向间质细胞转化、活性氧和抗氧化酶水平的差异。5周龄Bmi-1-/-小鼠肾脏表现为肾小管间质性损伤，包括肾皮质变薄、肾小管萎缩、间质胶原纤维明显增加，伴有肾素-血管紧张素-醛固酮系统和TGF-beta/Smad信号活化、细胞外基质合成降解失衡、肾小管间质炎性细胞增加；细胞增殖降低、凋亡和衰老增加；线粒体结构和功能损伤，氧化物和抗氧化酶水平失衡；DNA损伤增加；肾功能降低。抗氧化剂处理使Bmi-1-/-小鼠肾间质损伤的上述各项指标得到明显改善，细胞增殖增加，凋亡和衰老减少，肾功能得到部分恢复。NAC补充能部分矫正Bmi-1低表达HK2细胞中氧化还原失衡和小管上皮向间质转换。因此Bmi-1能通过抑制氧化应激，防止DNA损伤，促进细胞增殖，抑制细胞凋亡和衰老，而发挥防止肾小管间质性损伤，保护肾功能的作用。.为了明确p16敲除是否通过抑制氧化应激改善Bmi-1缺失引起的肾小管间质性损伤，检测了5周龄Bmi-1-/-p16-/-、Bmi-1-/-和野生型小鼠肾脏ROS及抗氧化酶水平。与Bmi-1-/-小鼠相比，Bmi-1-/-p16-/-小鼠肾脏未改善氧化还原失衡。因此Bmi-1-/-小鼠肾脏氧化还原失衡不是通过上调p16衰老通路所引起。.Bmi-1通过调控氧化还原平衡维持肾脏成体干细胞/祖细胞(RSCs)自我更新能力，促进RSCs在肾小管间质性损伤中的动员。.经腹膜腔移植小鼠羊膜间充质干细胞(AMSCs)至Bmi-1-/-小鼠，细胞携带Bmi-1迁移至肾脏，通过分化为肾小管上皮细胞，旁分泌抗氧化酶维持氧化还原平衡，发挥促增殖、抗凋亡作用，延缓肾脏衰老。.本研究结果将为开展以Bmi-1为靶点的肾小管间质性损伤治疗及抗氧化剂和AMSCs在防治肾小管间质性损伤中的应用提供新的理论和实验依据。