CYP4A14对肾脏髓质间质细胞脂滴发生及高渗状态下细胞存活的作用和机制

The renal medulla is a unique tissue in which cells are exposed to a hostile environment characterized by extremely high concentrations of sodium chloride and urea and low oxygen tension. The mechanism by which renal medullary interstitial cells (RMICs) can survive and function normally in hypertonic condition of renal medulla remain largely unknown. One of the undisputed morphological features of RMICs is the presence of numerous intracellular lipid droplets (LDs). To date, however, there is few reports about the property and function of LDs in RMICs. Our previous study indicated that there are about 200 LDs associated protein detected from the LDs in primary cultured rat RMICs. We also identified a CYP4A14 precursor protein from the LDs of rat renal medulla tissue, which is known involved in ω oxidation of Arachidonic acid. It is interesting to note the number of intracellular LDs increased when RMICs were exposed to hypertonic condition in our previous study. Our present study will target CYP4A14 to define the effect and molecular mechanisms by which (1) CYP4A14 regulates the formation of LDs in RMICs; (2) CYP4A14 regulates RMICs survive in hypertonic condition. The completion of this project will improve our understanding of the biological function of LDs in RMICs. It may also help clarify the survival mechanism of RMICs in hypertonic condition.

肾脏通过调控尿液的生成及排泄维持机体内环境的稳态。尿液进行浓缩和稀释依赖于肾脏髓质高渗梯度的建立及髓质细胞功能的正常。肾脏髓质细胞如何在高渗状态下存活并发挥功能目前尚未完全阐明。肾髓质管腔结构周围中分布着大量的富含脂滴的肾髓间质细胞（RMICs），大量证据表明RMICs中的脂滴具有重要的功能，可能对维持RMICs在高渗状态下的生存具有重要作用。我们的前期工作利用蛋白质组学方法从体外培养的大鼠RMICs脂滴中鉴定了200多个脂滴相关蛋白，并在大鼠肾脏髓质的脂滴中初步验证了一个介导花生四烯酸ω氧化代谢的CYP4A14蛋白。本课题将以CYP4A14为靶点，研究(1) CYP4A14对RMICs中脂滴发生的作用和机制；(2) CYP4A14调节高渗状态下RMICs存活的作用和机制。上述研究的开展不仅为探讨RMICs中脂滴的生物学功能提供思路，也可能为阐明高渗状态下RMICs存活的机制提实验依据。

慢性肾病又称慢性肾功能不全或慢性肾衰（CKD）已成为严重危害公共健康的卫生问题。CKD若未及时治疗会发展成为终末期肾病（ESRD）并伴随严重的心血管并发症。目前认为血管紧张素2（AngII）在高血压以及相关的肾脏损伤中具有重要的病理生理学意义。AngII可通过增加血管张力、刺激醛固酮合成以及促进肾脏水钠重吸收导致循环血压升高，同时可在肾脏局部通过诱导TGF-β的合成促进肾脏纤维化的发生。在细胞内AngII通过激活胞浆磷脂酶A2介导花生四烯酸（AA）及其代谢产物的生成。最近的研究表明AA氧化通路中细胞色素P450 第四家族（Cyp4）ω-羟化酶及其代谢产物20-HETE，与AngII诱导的高血压以及外周血管病变密切相关。我们的前期研究结果显示，给与小鼠AngII处理，可以显著诱导CYP4A14基因在肾脏的表达并伴随血压升高和蛋白尿；与野生型小鼠相比， CYP4A14基因敲除小鼠血压和肾脏代谢产物20HETE含量显著降低，蛋白尿以及肾小管纤维化的病变明显减轻。以上结果均提示CYP4A/20-HETE信号通路在AngII诱导的高血压及肾脏损伤中具有重要作用。本课题旨在通过体内、体外实验深入探讨相关机制。研究结果：1）给予小鼠慢性全身灌注AngII处理，肾脏近端小管CYP4A14的mRNA和蛋白表达水平以及20-HETE含量显著增高，CYP4A14基因敲除小鼠无此变化；2）与野生型小鼠相比， CYP4A14基因敲除小鼠可以抵抗AngII介导的血管和肾脏损伤，表现为血压和肾脏代谢产物20HETE含量显著降低，蛋白尿以及肾小管纤维化的病变明显减轻，并伴随肾脏的促纤维化和促炎因子表达降低；3）在体外培养的肾脏近端小管细胞中AngII可以剂量和时间依赖性地诱导CYP4A14的活性以及促纤维化因子collagen 和TGF-β的表达，TS-011可以通过抑制CYP4A的活性减少20-HETE的生成，抑制collagen 和TGF-β的表达；4）AngII通过MAPK信号通路调节CYP4A14的表达和活性。结论：1）AngII通过调节肾脏近端小管细胞内CYP4A14的表达和活性介导了肾脏纤维化病变引发的肾脏功能障碍；2）CYP4A14/20-HETE信号通路可能作为治疗AngII相关肾病的新型治疗靶点。