雌激素受体β通过NADPH氧化酶调控草酸钙结石形成的作用及机制研究

Previous animal studies have shown that estrogen could inhibit calcium oxalate (CaOx) stone formation. However, clinical studies data indicated that the estrogen supplement therapy failed to reduce the risk of stone formation in menopause female effectively, suggesting that estrogen receptor (ER) may play an important role in CaOx stone formation. Our preliminary data revealed that the expression of ERβ in renal epithelial tissue was significantly down-regulated in female patients with CaOx stones, and increased crystals were observed in female mice treated with ERβ antagonist compared to that in control group, indicating that ERβ is involved in the regulation of CaOx crystals formation. In addition, we found that silencing the endogenous expression of ERβ could augment oxalate-induced oxidative injury in renal epithelial cells , which is one of the critical mechanisms for CaOx stone formation, via increasing the expressions of NADPH oxidase related genes and releases of reactive oxygen species, but the underlying mechanism remains unclarified. In the present project, we will further investigate and reveal the role and mechanism of ERβ in the regulation of NADPH oxidase and CaOx stone formation via using cells and ERβ knockout mice models, thus providing new experimental evidences for the pathogenesis of CaOx stone formation and new clinical intervention strategies for the prevention and therapy of CaOx stones.

已有的动物研究表明雌激素可抑制草酸钙结石的形成，但临床试验却发现补充雌激素并不能有效降低绝经女性肾结石的发病率，提示雌激素受体（ER）可能在结石形成过程中具有重要调控作用。我们前期研究发现ERβ在女性草酸钙结石患者肾组织的表达显著降低，且ERβ拮抗剂可明显促进小鼠肾脏草酸钙结晶的形成，初步证实ERβ参与了草酸钙结石形成的调控。我们进一步研究发现ERβ可以调控NADPH氧化酶相关基因的表达、活性氧释放以及肾小管上皮细胞的氧化应激损伤，而肾小管上皮细胞的氧化应激损伤恰恰是草酸钙结石形成的关键步骤之一，但ERβ调控NADPH氧化酶以及草酸钙结石形成的具体机制仍不清楚。因此，本项目拟通过细胞模型和ERβ全身敲除、肾脏靶向敲除小鼠模型进一步证实并揭示ERβ调控NADPH氧化酶和草酸钙结石形成的作用及分子机制，从而为深入揭示草酸钙结石的发病机制和临床防治提供新的实验依据和干预策略。

泌尿系结石为泌尿外科最常见的良性疾病之一。草酸钙结石为最常见的肾结石类型，约占肾结石的80%。临床上成年女性草酸钙结石发病率远低于男性，此外女性结石患者其体内雌激素水平远低于无结石的正常女性，提示雌激素/雌激素受体(Estrogen Receptor，ER)信号途径可能具有抑制草酸钙结石形成作用。然而，目前国内外有关雌激素对于肾结石形成的作用研究主要局限于激素本身，而对其受体在肾结石，尤其是草酸钙结石形成过程中的作用，及其相关分子信号通路机制上尚未阐明。本研究系统性地探讨了ERβ介导的信号通路在草酸钙结石形成过程中的作用及其具体的分子机制。课题组分别建立正常人类肾小管上皮细胞、沉默ERα肾小管上皮细胞、沉默ERβ肾小管上皮细胞系，在体外草酸的环境培养以探寻ER对于草酸引起的肾小管上皮细胞氧化应激损伤方面的影响，同时建立全身性ERβ敲除雌性小鼠草酸钙结石模型，通过体内实验验证ERβ信号通路在草酸钙结石形成过程中的具体作用及机制。细胞实验结果显示在草酸培养环境下，肾小管上皮细胞沉默ERβ后，细胞内的氧化应激水平及细胞损伤程度将急剧增加，提示ERβ可以减少草酸引起的肾小管上皮细胞氧化应激损伤，从而减少晶体的粘附。机制研究结果进一步表明ERβ可直接抑制NADPH氧化酶2（NADPH Oxidase 2, NOX2）的表达从而减少细胞内氧化应激水平及细胞损伤程度。动物实验结果表明经过7天腹腔注射乙醛酸诱导小鼠肾脏草酸钙结石形成，ERβ敲除雌性小鼠相比野生型雌性小鼠，肾脏草酸钙晶体数目明显增加，肾脏NOX2表达增加以及肾脏氧化应激水平急剧增高。利用NOX2特异性抑制剂apocynin可以部分逆转ERβ敲除所导致的小鼠肾脏草酸钙晶体形成。因此，本研究结果证实ERβ可通过减少草酸引起的肾脏氧化应激损伤，从而抑制草酸钙结石的形成。该项目拓展了泌尿系结石病因及预防的研究思路，为改进泌尿系结石的治疗方案提供了理论依据及支持。