TIMP-2调控肾小管上皮细胞分裂周期在脓毒症急性肾损伤中的作用

Sepsis complicated with acute kidney injury (AKI) is a common problem with high mortality in Critical Care Medicine. The exact pathophysiology of septic AKI is unknown. Recently, our team first found that the urine levels of tissue inhibitor of metalloproteinase 2(TIMP-2) were increased from patients with AKI, but it is unclear how the TIMP-2 plays a role on the mechanism of AKI. Our study demonstrated that TIMP-2 induced the cell cycle arrest. TIMP-2 was associated with prognosis in rats. We speculate that sepsis increases TIMP-2 expression and induces cell cycle arrest; and subsequently affect renal function and outcome. This might be the new mechanism of septic AKI and potential intervention target. Therefore, this project is to explore the relationship among tubular TIMP-2 expression, cell cycle and kidney injury in sepsis. We will observe the TIMP-2 level changes with time in septic mice. The effects of regulating TIMP-2 levels on renal function and outcome in septic mice will be carried out by injecting lentivirus into kidney to knock down TIMP-2 or using TIMP-2 knock-out mice. This study helps to understand the mechanism of septic AKI, and provides a new theoretical basis for prognosis and target therapy.

脓毒症急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是重症医学中常见的问题，死亡率高，其机制不甚清楚。本课题组首次发现尿金属蛋白酶组织抑制因子2（tissue inhibitor of metalloproteinase 2，TIMP-2）在脓毒症AKI患者增高，但与脓毒症AKI发生发展的关系尚无报道。我们研究表明调控TIMP-2引起细胞周期改变，大鼠模型中发现TIMP-2与预后相关。我们推测脓毒症AKI诱导TIMP-2表达，导致细胞周期停滞，从而影响肾功能及预后，这可能是该疾病的新机制及潜在的干预靶点。本课题拟探讨脓毒症小管细胞中TIMP-2与细胞周期、肾损伤的关系；观察脓毒症小鼠尿TIMP-2的浓度时间变化；通过注射沉默TIMP-2慢病毒和基因敲除小鼠研究调控TIMP-2对肾功能变化和预后的影响。该研究有助于理解脓毒症AKI机制，为判断预后、靶向治疗提供新的理论依据。

急性肾损伤(AKI)是脓毒症的常见并发症，会增加脓毒症的死亡率。尿金属蛋白酶组织抑制剂-2 (TIMP-2)是预测危重患者AKI的早期生物标志物。然而，TIMP-2在脓毒症性AKI发生发展中的作用机制尚不明确。在本项目中，我们研究了TIMP-2在脓毒症性AKI中的作用和机制。通过小鼠盲肠结扎穿孔(CLP)和脂多糖(LPS)刺激人肾2 (HK-2)细胞，构建脓毒症模型动物和细胞，发现TIMP-2表达显著上调。LPS诱导HK-2细胞释放细胞因子，而重组炎症细胞因子进一步促进肾小管细胞TIMP-2高表达和细胞凋亡。敲除TIMP-2基因可以下调LPS诱导的细胞因子释放、凋亡和细胞损伤。将敲低TIMP-2慢病毒通过显微注射的方法注射到肾实质，构建肾脏特异性TIMP-2敲低小鼠。敲低TIMP-2可通过抑制NF-κb信号通路，下调CLP导致的促炎细胞因子释放，降低血清肌酐水平，改善肾脏病理。因而证明了TIMP-2通过调控NF-κB在脓毒症性AKI中发挥重要作用。我们进一步的研究证实敲除TIMP-2在缓解脓毒症导致的肾功能下降的同时，内质网应激也有所缓解。同样，在HK-2中，过表达TIMP-2会诱发内质网应激，而敲低TIMP-2可以减轻LPS导致的内质网应激及细胞凋亡。此外，我们观察到在小鼠肾脏中条件性敲低TIMP-2可以保护线粒体免受CLP的损伤。体外试验表明TIMP-2敲低可以减轻LPS诱导的线粒体动态紊乱和细胞凋亡。而且我们的研究证实TIMP-2影响线粒体动态平衡的机制是通过细胞外信号调节激酶1/2（ERK1/2）激活Dynamin相关蛋白1（Drp1），进而促进线粒体裂变的发生。经过开展前瞻性观察性的临床研究，我们证实在接受体外循环心脏手术的患者（AKI高风险人群）中，TIMP-2能够早期预测心脏术后患者AKI的发生，并且TIMP-2水平与AKI的严重程度成正比。总的来说，我们的研究证实TIMP-2通过上调NF-κB，促进炎症的发生发展，及介导线粒体功能紊乱和过度的内质网应激等机制，促进脓毒症性AKI的发生发展。因此TIMP-2可能成为脓毒症性AKI的新治疗靶点。