二甲苯损伤足细胞和肾小管上皮细胞的表观遗传学机制研究

The incidence of patients with nephrotic syndrome induced by organic solvents increased gradually in recent years after exposure to paints, varnishes, lacquers, adhesives, etc. Histopathological analysis of renal biopsies suggested heavy injuries of podocytes and proximal tubular cells. The physiology of kidney makes it vulnerable to organic solvents injuries. However, the mechanism of such injury remains unknown and is lack of systemic research. Xylene, predominant chemical in paints, is used in this study to induced injuries on cultured cells, including human podocytes and proximal tubular cells. Whole genomic epigenetic changes on DNA methylation and histone modification will be explored using reduced representation bisulfite sequencing （RRBS） and CHIP-seq. Change of important gene expression after exposure to xylene will be analyzed on DNA methylation and histone modification. These results will be validated on xylene induced rat models and nephrotic patients induced by organic solvents. The epigenetic mechanism of xylene induced renal injuries will be integrated and elucidated,which will be helpful to the diagnosis, treatment and prognosis of patients with organic solvents induced nephrotic syndrome.

近年来由于接触有机溶剂导致的肾病发病率逐年增加，肾活检病理检查显示肾小球足细胞和肾小管上皮细胞存在严重损伤。肾脏本身特殊的生理结构使其成为有机溶剂损害的敏感靶器官，可引起严重损伤，但对涉及的分子机制不清楚，缺乏系统研究。本项目利用二甲苯诱导足细胞和肾小管上皮细胞的损伤，应用基于酶切消化的重亚硫酸盐测序(RRBS)和CHIP-seq 等技术，从DNA 甲基化和组蛋白修饰的角度研究二甲苯损伤足细胞和肾小管上皮细胞的全基因组表观遗传学改变，发现二甲苯导致DNA甲基化显著改变和组蛋白修饰明显改变的位点和特异性相关基因，用二甲苯诱导的大鼠模型的肾组织和临床接触油漆等有机溶剂导致的肾病患者的肾组织进行验证，发现反应二甲苯肾损伤的表观遗传学标志物，阐明二甲苯导致肾损伤的表观遗传学机制，为有机溶剂肾病的预防、早期诊断和治疗提供新的思路。

研究背景：有机溶剂导致的肾病发病率逐年增加，肾活检病理检查显示肾小球足细胞和肾小管上皮细胞存在严重损伤。肾脏本身特殊的生理结构使其成为有机溶剂损害的敏感靶器官，可引起严重损伤，但对涉及的分子机制不清楚，缺乏系统研究。.主要研究内容与研究成果：（1）通过成功建立二甲苯诱导大鼠肾损伤模型，证实吸入二甲苯能够导致肾脏损伤；通过建立二甲苯诱导肾小管上皮细胞和足细胞损伤的体外模型，进一步研究发现二甲苯在体外可以诱导肾小管上皮细胞和足细胞损伤，细胞凋亡增加，足细胞骨架结构损伤和裂孔隔膜蛋白的表达下降；（2）通过对二甲苯诱导肾小管上皮细胞和足细胞损伤的细胞模型,利用高通量的重亚硫酸测序技术(RRBS)进行分析，建立了二甲苯导致肾小管上皮细胞和足细胞损伤的DNA甲基化图谱，发现二甲苯可显著抑制HK-2细胞中的Bax启动子区甲基化，导致Bax蛋白表达的增加，促进细胞的凋亡；（3）通过对二甲苯导致损伤的大鼠模型的肾组织进行全基因组DNA甲基化分析和ChIP-seq全基因组的组蛋白修饰分析，首次建立了二甲苯导致大鼠肾脏损伤的DNA甲基化图谱和组蛋白甲基化图谱，发现PPARγ基因启动子区的表观遗传学修饰（DNA甲基化改变和组蛋白H3K9、H3K27的修饰）可能参与了有机溶剂肾脏损伤的发病。.结论和科学意义：本研究建立了二甲苯导致肾小管上皮细胞和足细胞损伤的DNA甲基化和组蛋白甲基化修饰的图谱，发现二甲苯可显著抑制HK-2细胞中的Bax启动子区甲基化，促进细胞的凋亡；发现PPARγ基因启动子区的DNA甲基化改变和组蛋白甲基化的改变可能参与了有机溶剂肾脏损伤的发生，初步揭示了有机溶剂导致肾脏损伤的表观遗传学调控机制。