Klotho DNA甲基化在急性肾损伤向慢性肾脏病转化过程中的作用及机制的研究

Acute kidney injury (AKI), a major kidney disease with high mortality, is now recognized as a critical risk factor for the development of chronic kidney disease (CKD). However, the mechanism of AKI-to-CKD transition is not very clear, and there are no effective intervention strategies. Renal fibrosis caused by maladaptive repair after AKI has been considered to be the main pathological feature of AKI-to-CKD transition. Recent studies have shown that DNA methylation, as a key epigenetic modification mechanism, plays an important role in the development of renal fibrosis. Our previous study found that in an animal model of AKI-to-CKD transition, DNA methyltransferases (DNMT1 and DNMT3a) were highly expressed and the levels of DNA methylation were significantly increased; further, we found that the promoter of Klotho (a renoprotective gene) was hypermethylated. In this project, we aim to investigate the role of DNA methylation in proximal tubular cells during AKI-to-CKD transition by using proximal tubule-specific DNMT1/3a double knockout mouse model. Furthermore, we will determine whether the promoter hypermethylation of Klotho is one of the key factors contributing to AKI-to-CKD transition. This project would lead to new therapies for the intervention of AKI-to-CKD transition.

急性肾损伤（AKI）是临床上很常见的高死亡率的危重症，同时也是发展成为慢性肾脏病（CKD）的危险因素。目前，AKI向CKD的转化机制尚不十分清楚，也无有效的治疗干预方案。肾小管上皮细胞异常修复导致的肾脏纤维化被认为是AKI进展至CKD的主要病理特点。最近研究表明，DNA甲基化在肾脏纤维化发展中起着重要的作用。我们前期研究发现在AKI向CKD转化的动物模型中，DNA甲基化转移酶（DNMT1和DNMT3a）高表达，且DNA甲基化的水平明显升高；其中，肾脏保护蛋白Klotho的启动子甲基化也明显升高。本项目拟利用DNMT1/3a近端肾小管条件性双敲小鼠模型探索近端肾小管上皮细胞的DNA甲基化在AKI向CKD转化中的作用，并进一步确定Klotho启动子甲基化异常是否是AKI向CKD转化的关键因素，从而为临床干预AKI向CKD转化提供理论和实验基础。

急性肾损伤（AKI）是一种临床上常见的高发病率和高死亡率的肾脏疾病。目前并没有针对AKI的有效治疗方法，且AKI的预后并不乐观，有极高的风险发展成为慢性肾脏病（CKD）。而AKI向CKD的转化机制尚不完善，缺乏有效的治疗干预方案。本课题探讨了近端肾小管上皮细胞的DNA甲基化在AKI向CKD转化中的作用及其机制。我们的研究发现在AKI向CKD转化的小鼠模型中，DNA甲基化转移酶DNMT1和DNMT3a高表达，且DNA甲基化的水平明显升高。利用DNMT1/3a近端肾小管条件性双敲小鼠模型，我们发现近端肾小管DNMT1和DNMT3a的缺失不影响肾缺血再灌注引起的AKI，但可抑制AKI向CKD转化过程中的DNA高甲基化、促进肾脏适应性修复、抑制肾成纤维细胞活化和肾纤维化。机制上，在AKI向CKD转化过程中，具有抗纤维化活性的Klotho在近端肾小管上皮细胞中呈DNA高甲基化，伴随着Klotho表达的显著降低；而近端肾小管上皮细胞DNMT1和DNMT3a的缺失可以抑制Klotho启动子的DNA高甲基化，促进Klotho的表达。研究结果表明，近端小管上皮细胞中DNMT1和DNMT3a依赖的DNA甲基化在AKI向CKD转化中起着重要作用，Klotho的DNA甲基化变化导致其基因表达异常，从而抑制肾脏适应性修复和促进适应不良修复，最终促进AKI向CKD转化。另外，AKI向CKD转化小鼠模型的全基因组DNA甲基化测序结果发现在AKI向CKD转化过程中，DNA甲基化在各基因组功能元件上的平均甲基化水平都升高；联合分析DMR锚定启动子区域相关基因和AKI向CKD转化小鼠模型的RNA-sequencing结果发现差异基因主要富集在免疫细胞趋化和Hippo信号通路，为今后继续深入研究DNA甲基化在AKI向CKD转化中的调控机制提供潜在靶点。本项目为临床干预AKI向CKD转化提供理论和实验基础。