三维培养的肾小管模型揭示FXR-HNF4α-OAT1/3轴是预防核苷酸类似物诱导的肾脏损伤的潜在靶点

《Drug Metabolism and Disposition》：3D-cultured renal tubular model reveals FXR-HNF4α-OAT1/3 axis as a target for preventing nucleotide analog-induced kidney injury

3D培养的肾近端小管上皮细胞（RPTEC）显著上调有机阴离子转运蛋白1/3（OAT1/3）的表达，其机制与肝细胞核因子4α（HNF4α）的激活密切相关。研究发现，HNF4α直接结合OAT1和OAT3的启动子区域调控其表达，而法尼醇X受体（FXR）通过诱导小异源二聚体蛋白（SHP）抑制HNF4α与启动子的结合，从而下调OAT1/3表达。FXR激动剂（如GW4064、奥贝胆酸）可减少替诺福韦和阿德福韦在3D-RPTEC中的细胞内蓄积，降低药物诱导的细胞毒性，为肾毒性防治提供了新策略。

　　
本研究聚焦于药物诱导肾损伤（DIKI）的机制探索与干预策略开发，重点解析了三维（3D）肾近端小管上皮细胞（RPTEC）培养模型中有机阴离子转运蛋白1和3（OAT1/3）的表达调控机制，并揭示了法尼醇X受体（FXR）-小异源二聚体伴侣蛋白（SHP）轴在其中的关键作用。该研究不仅为药物安全性评价提供了创新模型，还提出了一种通过激活FXR来抑制肾毒性药物蓄积的新策略。

### 一、研究背景与问题提出
肾近端小管细胞作为药物代谢的重要场所，其转运蛋白表达状态直接影响药物排泄效率。其中，OAT1和OAT3作为阴离子药物的主要摄取通道，其异常表达是导致抗病毒药物（如替诺福韦、阿德福韦）肾毒性损伤的关键因素。然而，传统二维（2D）细胞模型难以准确模拟生理状态下转运蛋白的表达特性，导致现有研究在机制阐释和药物筛选方面存在局限性。

### 二、3D细胞模型的突破性进展
研究团队开发的3D-RPTEC模型通过模拟体内微环境的三维结构，显著提升了OAT1/3的表达水平（较2D模型提高420倍和18倍）。这种结构优势可能源于：
1. **机械信号传导**：三维培养产生的机械应力可激活表观遗传调控通路
2. **细胞间相互作用**：类器官形成促进细胞通讯与功能协同
3. **营养供给优化**：三维结构更符合天然肾脏的立体分布

该模型成功解决了传统细胞系中转运蛋白表达不足的问题，同时保留了完整的内源性调控网络，为机制研究提供了可靠平台。

### 三、核心发现：FXR-SHP-HNF4α调控轴
1. **HNF4α的激活机制**：
- 3D培养通过改变染色质可及性（H3K4me3标记升高）激活HNF4α转录
- 该转录因子直接结合OAT1（SLC22A6）和OAT3（SLC22A8）基因启动子区域
- 产生协同效应激活下游转运蛋白基因表达

2. **FXR的负向调控作用**：
- FXR激动剂（如GW4064、奥贝胆酸）显著抑制OAT1/3表达
- 机制涉及SHP蛋白对HNF4α的竞争性抑制
- 该通路在胆汁淤积等病理状态中可能通过内源性激活发挥保护作用

3. **临床转化潜力**：
- 非诺贝特（FXR激动剂）已证实可降低肾损伤风险
- 研究建议临床剂量（100nM）即可有效抑制转运蛋白表达
- 提出联用FXR激动剂与肾毒性药物的给药时机优化策略

### 四、技术创新与验证方法
1. **CUT&RUN技术**：
- 首次应用于肾细胞转录因子定位研究
- 精准识别HNF4α在OAT1/3启动子区域的结合位点
- 结合液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）实现药物代谢组学分析

2. **三维培养体系优化**：
- 采用超低粘附96孔板实现稳定类器官生长
- ATP荧光探针结合微孔板 reader 进行高通量细胞活性检测
- 建立涵盖白种、亚洲、非洲人种的跨种族验证体系

3. **药物干预实验设计**：
- 时空双梯度刺激（72h预处理+48-72h共培养）
- 多靶点验证（同时检测OAT1、OAT3、MRP4等转运蛋白）
- 建立药代动力学-毒性效应关联模型

### 五、临床启示与转化路径
1. **现有药物的重构利用**：
- 研究发现阿德福韦肾毒性与其OAT3介导的蓄积直接相关
- FXR激动剂（如巴瑞替尼）在肿瘤治疗中积累的毒理学数据可转化为肾保护策略
- 提出"先保护后治疗"的给药顺序优化方案

2. **新型药物研发方向**：
- 开发FXR-SHP双通路抑制剂（如SHP拮抗剂+FXR激动剂）
- 构建基于3D模型的药物代谢动力学预测平台
- 建立包含OAT1、OAT3、MRP4的联合评价体系

3. **诊疗策略创新**：
- 开发OAT1/3抑制剂（如BCNB001）与FXR激动剂的联用方案
- 建立基于尿液中OAT1/3活性检测的生物标志物体系
- 设计药物递送系统实现靶向肾脏保护

### 六、学术价值与未来展望
本研究在以下方面取得突破：
1. **机制层面**：首次揭示三维培养通过表观遗传重塑（H3K4me3标记）激活HNF4α，进而调控OAT1/3表达的分子路径
2. **模型创新**：建立可扩展的3D-RPTEC标准化培养流程（包括冻存细胞复苏、类器官扩增、高通量检测等）
3. **转化应用**：提出FXR激动剂作为肾毒性药物的解毒剂新概念

未来研究可聚焦：
- 构建人源化器官芯片整合全身药物代谢网络
- 开发基于人工智能的3D模型-临床前转化预测系统
- 探索FXR激动剂与其他肾保护通路（如mTOR抑制）的协同效应

该研究为药物安全性评价提供了新的金标准，其揭示的转录调控机制可拓展至其他肾毒性药物（如抗生素、造影剂）的保护策略开发。三维细胞模型的应用不仅解决了传统模型的生物学局限性，更为类器官药物代谢组学研究建立了标准化操作流程（SOP），对推动精准医疗发展具有重要实践价值。