揭秘急性肾损伤 “帮凶” CD44：从发病机制到潜在治疗新靶点

为解决急性肾损伤（AKI）机制不明及治疗策略缺乏的问题，南方医科大学研究人员探究 CD44 在 AKI 中的作用。结果发现 CD44 可加重 AKI，抑制它或成治疗新策略。推荐科研读者阅读，以了解 AKI 新机制与潜在疗法。

　　

在当今社会，急性肾损伤（AKI）就像一个隐藏在暗处的 “健康杀手”，正以惊人的速度在人群中蔓延。它以肾功能迅速下降为主要特征，逐渐成为全球范围内的重大公共卫生问题。你知道吗，肾毒性物质、败血症，尤其是缺血 - 再灌注损伤（IRI），都是引发 AKI 的 “罪魁祸首”。而且，严重的 AKI 可不是个小麻烦，它与心血管疾病紧密相连，还会大大增加慢性肾脏病（CKD）的患病风险，患者的死亡率也居高不下。更让人头疼的是，目前除了肾脏替代疗法，针对 AKI 竟然没有其他有效的治疗策略，这不仅让患者承受着巨大的痛苦，也给医疗系统带来了沉重的负担。

为了揭开 AKI 的神秘面纱，找到更有效的治疗方法，南方医科大学的研究人员展开了深入探索。他们的研究成果发表在了《Cell Death and Disease》期刊上，论文题目是 “CD44 promotes acute kidney injury via disrupting mitochondrial function and lipid metabolism”。经过一系列严谨的研究，他们发现了一个关键角色 ——CD44（一种细胞表面糖蛋白），它在 AKI 的发病过程中起着重要作用。研究表明，抑制 CD44 有望成为抵抗 AKI 的一种有前景的治疗策略。这一发现，就像在黑暗中点亮了一盏明灯，为 AKI 的治疗带来了新的希望。

在这项研究中，研究人员运用了多种技术方法。他们构建了多种 AKI 动物模型，如 IRI、顺铂和横纹肌溶解诱导的 AKI 模型，以此来模拟不同病因导致的 AKI 情况。同时，利用单细胞 RNA 测序、转录组测序等技术，从基因层面深入分析相关机制。此外，蛋白质免疫印迹、免疫组化、免疫荧光等实验技术，帮助他们检测各种蛋白的表达和定位情况。还有透射电镜、尼罗红染色、油红 O 染色等方法，用于观察线粒体形态、脂质积累等微观变化。这些技术就像研究人员手中的 “魔法工具”，帮助他们一步步揭开 AKI 的奥秘。

下面我们来详细看看研究人员都有哪些重要发现。

1. CD44 在肾小管上皮细胞（TECs）中上调，与线粒体功能障碍和细胞凋亡相关：研究人员首先利用单细胞 RNA 测序数据集，对假手术和 AKI 小鼠体内 CD44 的表达进行评估。他们发现，CD44 主要在未成功修复的近端肾小管细胞（PT - FR）中表达，且在多种 AKI 动物模型的肾小管中均上调。通过基因本体（GO）富集分析，发现 CD44 与调节 MAPK 信号通路、细胞凋亡、脂质反应、细胞成分生物合成以及线粒体等相关。进一步的共染色实验表明，CD44 可能触发肾小管细胞凋亡，并且与线粒体功能抑制有关。这就像是发现了一个 “导火索”，CD44 的变化可能引发一系列不良后果。
2. CD44 基因敲除减轻 IRI 诱导的肾小管细胞凋亡和肾损伤：为了进一步验证 CD44 的作用，研究人员构建了野生型小鼠（WT）和 CD44 基因敲除（KO）小鼠的 IRI 模型。实验结果显示，CD44 基因敲除显著抑制了 IRI 小鼠血清肌酐（Scr）和血尿素氮（BUN）水平的升高，这意味着肾脏功能得到了保护。转录组测序分析发现，CD44 基因敲除后，线粒体生物合成和脂肪酸氧化（FAO）活动被激活，而细胞凋亡、MAPK 信号和 NF - κB p65 信号则下调。在检测肾小管细胞凋亡相关蛋白时，也发现 CD44 基因敲除抑制了促凋亡蛋白的表达，促进了抗凋亡蛋白的表达。TUNEL 检测和中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）检测也证实，CD44 基因敲除有效抑制了肾小管细胞凋亡和肾损伤。这表明 CD44 就像一个 “破坏者”，而敲除它则能起到保护肾脏的作用。
3. CD44 基因敲除改善 IRI 小鼠的线粒体功能障碍和 FAO 缺陷：研究人员接着评估了线粒体功能和脂质代谢。GSEA 分析显示，CD44 基因敲除有效恢复了线粒体呼吸、三羧酸循环（TCA）和 FAO 功能。检测发现，CD44 基因敲除后，PGC - 1α（一种调节线粒体生物发生和 FAO 功能的关键转录因子）的 mRNA 水平和 ATP 产量都得到了恢复，线粒体生物合成的标志物 PGC - 1α 和 TOMM20 的表达也增加了。同时，CD44 基因敲除抑制了 IRI 诱导的线粒体损伤和线粒体 ROS 生成。在评估 FAO 和脂质代谢时，发现 CD44 基因敲除恢复了 FAO 关键酶的 mRNA 表达，抑制了脂质积累。这些结果表明，CD44 在肾小管细胞的线粒体功能和脂质代谢异常中起着重要作用，敲除它能让线粒体和脂质代谢恢复正常。
4. CD44 通过诱导 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路促进 AKI 进展：从转录组测序分析中，研究人员发现 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路与 CD44 信号有关。在培养的 HKC - 8 细胞中转染 CD44 表达质粒后，发现过表达 CD44 诱导了 ERK1/2 和 p38 信号通路，激活了 NF - κB p65。在 IRI 小鼠中也发现，CD44 基因敲除抑制了 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路。这说明 CD44 就像一个 “开关”，打开了促进 AKI 进展的信号通路。
5. 异位表达 CD44 加重 IRI 小鼠的肾小管细胞凋亡和肾损伤：为了进一步确定 CD44 在 IRI 中的作用，研究人员通过水动力法将 CD44 表达质粒导入 IRI 小鼠体内。结果发现，异位表达 CD44 进一步升高了 Scr 和 BUN 水平，加重了肾小管细胞凋亡和肾损伤，促进了凋亡相关蛋白的变化，增加了肾小管损伤标志物的表达。这再次证明了 CD44 对肾脏的 “破坏” 作用，过多的 CD44 会让肾脏损伤雪上加霜。
6. CD44 异位表达通过激活 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路损害线粒体功能和 FAO：研究人员评估了线粒体功能和脂质代谢，发现异位表达 CD44 激活了 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路，导致 PGC - 1α 丢失，线粒体生物合成标志物和 FAO 关键调节因子的表达下调，促进了脂质积累。这表明 CD44 通过干扰信号通路，破坏了线粒体功能和脂质代谢，进而加重了 AKI。
7. CD44 在体外通过 MAPK - NF - κB p65 信号通路加重线粒体和 FAO 功能障碍，驱动细胞凋亡：在体外实验中，研究人员在缺氧 / 复氧（H/R）条件下，用 shRNA 干扰 HKC - 8 细胞中的 CD44 表达。结果发现，干扰 CD44 抑制了 H/R 诱导的 ERK1/2、p38 和 p65 的激活，减少了线粒体 ROS 生成，恢复了线粒体生物合成和 FAO 相关蛋白的表达，抑制了脂质积累和细胞凋亡。而过表达 CD44 则加重了这些不良影响。这进一步验证了 CD44 在细胞凋亡和线粒体、FAO 功能障碍中的作用机制。
8. CD44 通过 MAPK - NF - κB p65 - 沉默 PGC - 1α 信号通路诱导肾小管细胞损伤：研究人员发现，过表达 NF - κB p65 抑制了 PGC - 1α 的表达，生物信息学分析和染色质免疫沉淀（ChIP）实验证实 NF - κB p65 与 PGC - 1α 基因启动子结合。用 MAPK 和 NF - κB 信号通路抑制剂处理细胞后发现，CD44 通过 ERK1/2/NF - κB p65 途径抑制 PGC - 1α 表达。脂质 omics 测序还发现，CD44 影响脂质代谢的多个方面，敲低 CD44 可恢复多种脂质的含量。这揭示了 CD44 影响肾小管细胞损伤的具体信号通路和对脂质代谢的影响。
9. CD44 通过铁死亡促进肾小管细胞损伤和 AKI：由于 CD44 对铁死亡相关脂质代谢物有影响，研究人员探究了其在肾小管细胞铁死亡中的作用。实验发现，干扰 CD44 抑制了铁摄取，调节了铁死亡相关蛋白的表达，减少了丙二醛（MDA）含量，而过表达 CD44 则加重了铁积累和铁死亡相关变化。在体内实验中也得到了类似结果。此外，研究还发现 CD44 对铜死亡相关基因影响不明显。这表明 CD44 在铁死亡中发挥作用，对 AKI 的发展有一定影响。

综合以上研究结果，研究人员得出结论：CD44 在 AKI 的发病机制中起着重要作用。它通过激活 MAPK 和 NF - κB p65 信号通路，抑制 PGC - 1α 转录，导致线粒体 ROS 生成和脂质积累，引起线粒体功能障碍，进而触发细胞凋亡。此外，CD44 还促进铁摄取，通过铁死亡进一步加重 AKI。

在讨论部分，研究人员指出，细胞凋亡是 AKI 常见的病理特征，线粒体功能障碍在肾小管细胞损伤中起关键作用，但相关机制此前并不清楚。他们的研究首次发现 CD44 在肾小管细胞中高表达，并且它会加重线粒体功能障碍和 FAO 缺陷，影响脂质代谢和铁死亡。虽然 CD44 对铜死亡影响不大，但它通过多种途径促进细胞凋亡和加重 AKI 的作用不可忽视。同时，研究还揭示了 NF - κB p65 对 PGC - 1α 的调控机制，以及 MAPK 信号通路与 CD44 的关系。

这项研究的意义重大。它为 AKI 的发病机制提供了新的见解，让我们对 AKI 有了更深入的认识。发现 CD44 在 AKI 中的关键作用，为开发新的治疗策略提供了潜在的靶点。靶向抑制 CD44 有望成为治疗 AKI 的有效方法，这将为众多 AKI 患者带来新的希望，也为未来的医学研究和临床治疗指明了方向，推动了 AKI 相关领域的发展。