硫化氢诱导的Klotho基因去甲基化在肾脏纤维化中的作用及其机制研究

Chronic kidney disease (CKD) is a severe global public health problem. CKD will progress into end-stage renal disease through renal interstitial fibrosis. It has been demonstrated that kidney Klotho methylation plays an important role in the development of renal fibrosis, but there is still a lack of safe and effective interventions. Low dose of hydrogen sulfide can alleviate renal fibrosis.It has been demonstrated that hydrogen sulfide can regulate the expression of ten-eleven translocation (TET) by modulating nuclear factor-Y activity and induce DNA demethylation in T cells. But it is not clear whether there is such regulation in kidney.Our previous study demonstrated that there was kidney Klotho methylation in CKD patients and hydrogen sulfide could reduce the methylation of Klotho induced by tumor growth factor-β1 and up-regulate the expression of Klotho in HK2 cells. We hypothesize that hydrogen sulfide can regulate kidney TET expression by modulating nuclear factor-Y activity and participate in TET-mediated Klotho demethylation to maintain the balance of methylation and demethylation of Klotho in kidney. To test this hypothesis, we will examine the role of TET-mediated Klotho demethylation induced by hydrogen sulfide in HK2 cells and unilateral uretheral obstruction rats, and investigate the molecular mechanisms of DNA demethylation induced by hydrogen sulfide. Altogether, we will explore the molecular mechanism of renal fibrosis at the epigenetical level and hopefully develop new therapeutics targets.

慢性肾脏病(CKD)是全球性健康问题，肾间质纤维化是各种CKD进展的共同途径，肾脏Klotho基因甲基化在其中发挥重要作用，但仍缺乏安全有效的干预措施。硫化氢可减轻肾脏纤维化，但机制不清。已知在T细胞中硫化氢可通过核因子Y调控DNA双加氧酶（TET）表达，诱导DNA去甲基化，但肾脏中是否存在类似调控尚不清楚。我们的前期工作证实CKD患者肾组织存在Klotho甲基化，硫化氢可减轻TGF-β1诱导的Klotho甲基化。因此我们提出假说：硫化氢通过核因子Y调控肾脏TET表达，启动TET依赖的Klotho去甲基化，维持肾脏Klotho基因甲基化-去甲基化平衡，从而减轻肾脏纤维化。拟以单侧输尿管梗阻大鼠和HK2细胞为研究对象，采用焦磷酸测序等技术，阐明TET依赖的Klotho去甲基化在硫化氢减轻肾脏纤维化过程中的作用及机制。本研究将从表观遗传学角度探讨肾脏纤维化机制，为CKD防治提供新策略和新靶点。

慢性肾脏病(CKD)是全球性健康问题，肾间质纤维化是各种CKD进展的共同途径，肾小管上皮细胞Klotho基因启动子甲基化在其中发挥重要作用，但仍缺乏安全有效的干预措施。硫化氢可减轻肾脏纤维化，但机制不清。已知在T细胞中硫化氢可通过调控DNA羟甲基化酶TET表达，诱导DNA去甲基化，但肾脏中是否存在类似调控尚不清楚。在国家自然科学基金青年基金的资助下，我们在硫化氢减轻肾脏纤维化的表观遗传机制研究中取得了一些重要进展，证实硫化氢可通过改善纤维化肾组织缺氧微环境而上调TET活性，诱导肾小管上皮细胞Klotho基因启动子去甲基化而减轻肾脏纤维化。.我们首先采用单侧输尿管结扎建立肾脏纤维化小鼠模型，观察并验证了硫化氢可通过诱导Klotho基因启动子羟甲基化，上调Klotho基因表达，从而减轻单侧输尿管梗阻(UUO)小鼠肾脏纤维化。我们进一步检测了DNMT和TET的表达和酶活性，证实硫化氢并非通过影响TET表达，而是通过提高TET酶活性来诱导Klotho基因启动子羟甲基化。DNA羟甲基化酶TET作为一种Fe2+和α-酮戊二酸依赖的羟化酶，具有低氧感受和调节的能力。我们进一步证实了硫化氢具有改善UUO小鼠肾组织慢性缺氧的作用，所以我们推测硫化氢可能通过改善肾组织慢性缺氧而提高TET活性。我们通过体外细胞实验证实，低氧培养的人肾小管上皮细胞(HK2)TET酶活性下降，并且这种效应具有时间依赖性和浓度依赖性。进而我们分析了缺氧微环境对HK2细胞TET活性影响的具体机制，证实缺氧状态下，一方面由于羟化反应底物O2浓度下降而降低TET酶活性，另一方面缺氧可影响氧化应激状态，进而导致细胞内Fe2+浓度下降而影响TET酶活性。我们的研究结果提示Klotho基因启动子甲基化-去甲基化动态平衡在肾脏纤维化进展中的发挥重要作用，缺氧微环境可通过表观遗传机制影响细胞分化和表型从而促进肾脏纤维化进展，硫化氢可通过改善缺氧减轻其诱导的表观遗传改变而减轻肾脏纤维化。相关研究结果2020年发表于FASEB J杂志。