探讨大脑与肾脏之间的相互作用： CYP2C19基因敲除小鼠作为研究肾脏疾病中认知障碍的临床前工具？

《Behavioural Brain Research》：Tackling the interplay between the brain and kidneys: CYP2C19 mice as a preclinical tool for studying cognitive impairment in kidney disease?

CYP2C19转基因小鼠的认知和行为障碍与肾功能无关，通过行为学测试和生化/组织学分析证实其肾脏功能正常，为研究认知衰退与CKD的交互作用提供了可靠模型。

　　

斯塔尼奇·杜尚卡（Stani? Du?anka）|彼得罗维奇·耶莱娜（Petrovi? Jelena）|伊利奇·米洛什（Ili? Milo?）|涅德尔科维奇·耶莱娜（Nedeljkovi? Jelena）|伊万诺维奇·安娜（Ivanovi? Ana）|米林科维奇·内达（Milinkovi? Neda）|尤基奇·M·马林（Juki? M. Marin）|费尔利科特·索菲（Ferlicot Sophie）|哈菲兹·盖伊（Hafez Gaye）|马西·齐亚德（Massy Ziad）|佩希奇·维斯娜（Pe?i? Vesna）

贝尔格莱德大学药学院生理学系

摘要

慢性肾脏病（CKD）是一个全球性的健康问题，常伴随认知和行为障碍。细胞色素P450酶CYP2C19此前已被发现与神经行为变化有关。人源化转基因CYP2C19小鼠表现出情绪变化，以及运动能力和参与记忆及应激反应的大脑区域异常。本研究旨在探讨CYP2C19转基因小鼠的认知障碍是否与肾功能或结构受损有关。研究共纳入了41只成年野生型和CYP2C19转基因小鼠（雄性和雌性）。通过新物体识别测试（NORT）评估短期记忆能力，通过社交识别测试（SRT）评估社交互动行为。24小时后收集尿液，处死动物，并采集血液样本和肾脏用于生化分析和组织学检查。结果发现，与野生型对照组相比，CYP2C19小鼠在认知能力及社交焦虑方面存在差异；但在与新物体或不熟悉动物互动的时间上两者无显著差异。生化分析显示，实验组间总蛋白、白蛋白、尿素、肌酐和尿酸水平无显著差异。组织学评估证实CYP2C19小鼠肾脏结构未受损。研究结果表明，CYP2C19小鼠的认知和行为变化与肾功能障碍无关。因此，CYP2C19小鼠模型是研究无并发肾脏疾病的认知障碍的理想工具，也可作为探讨认知衰退与CKD相互作用的合适对照模型。

引言

近年来，慢性肾脏病（CKD）被公认为一个重大的公共卫生问题[1]，据估计全球有超过8.5亿人患有某种形式的肾脏功能障碍[2]。文献数据显示，大约每10人中就有1人受CKD影响[3]，且女性患病风险高于男性[4]。CKD的特征是肾脏结构改变和肾功能下降，持续时间需超过三个月[5]。诊断CKD的关键指标是肾小球滤过率（GFR）：当GFR低于60 ml/min/1.73 m2时即可确诊CKD[6]，这反映了约50%的肾功能丧失[6]。蛋白尿也是肾脏损伤的重要诊断标志[5]，通常伴有血浆和尿液中肌酐、尿素及磷酸盐水平升高[7]。尿液中出现少量白蛋白是肾脏损伤的早期征兆，可能预示疾病的进一步进展[8]。

CYP2C19酶属于细胞色素P450超家族，位于10号染色体10q23.33区域[9]。由于该酶在药物代谢中起关键作用，研究人员开发了用于药理学和毒理学研究的转基因小鼠模型——将人类CYP2C19基因引入小鼠基因组[10]。这些转基因小鼠的CYP2C19酶主要在肝脏表达，但在胎儿期也在大脑中存在[11]。随着个体发育，大脑中的CYP2C19 mRNA表达逐渐减少（与人类情况相似），而肝脏中的表达增加。因此，携带人类CYP2C19基因的转基因小鼠能够真实模拟该酶在人体中的作用[11]。先前研究表明，CYP2C19转基因小鼠表现出焦虑增加、压力反应增强、运动障碍及类似抑郁的症状[11]，同时大脑某些区域也出现结构变化（如海马体体积减小，参与记忆调节、应激反应和社交行为的神经组成改变）[11]。CKD患者比普通人群更容易出现认知障碍和抑郁[12][13]，研究显示CKD患者的认知障碍发生率在10%至40%之间[12]。目前尚无针对CYP2C19转基因小鼠模型的肾功能研究。鉴于CKD患者常伴有行为和认知障碍，本研究旨在探讨这些行为变化是否由肾功能改变引起。该模型有助于评估新型治疗策略对CKD患者神经和认知功能的潜在影响。

实验设计与分组

实验动物与分组

本初步研究中，共纳入41只4个月大的野生型和CYP2C19转基因小鼠（雄性和雌性）。根据性别和基因型将实验动物分为四组：TG（转基因）雄性（7只）、TG（转基因）雌性（9只），以及它们的野生型对照组（WT雄性15只、WT雌性10只）。CYP2C19转基因小鼠为半合子携带者，估计携带12个拷贝的人类CYP2C19基因。

行为测试

研究中，我们比较了小鼠在五分钟测试期间探索新物体（NORT，图1）或熟悉/不熟悉动物（SRT，图2）所花费的时间。

正如预期，野生型小鼠在NORT测试中花费更多时间探索新物体（图1A，p<0.05）。

讨论

本研究旨在探讨基因改造的CYP2C19小鼠的肾功能。首次对该小鼠模型的血浆和尿液生化指标以及肾脏组织进行了分析。结果显示，CYP2C19转基因小鼠的肾功能和结构均未发生改变，生化和组织学检查均未发现异常。

资助

本研究由塞尔维亚共和国科学、技术发展与创新部资助，通过两份合作协议支持：贝尔格莱德大学药学院（项目编号451-03-136/2025-03/200161和451-03-137/2025-03/200161），以及COST项目“Cognitive decline in nephron-neurology: European cooperative target (CONNECT)”（CA19127）。

作者贡献声明

彼得罗维奇·耶莱娜（Petrovi? Jelena）：撰写、审稿与编辑、方法学设计、数据管理、概念构思。米林科维奇·内达（Milinkovi? Neda）：方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。伊万诺维奇·安娜（Ivanovi? Ana）：方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。涅德尔科维奇·耶莱娜（Nedeljkovi? Jelena）：方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。伊利奇·米洛什（Ili? Milo?）：撰写初稿、方法学设计、实验实施、数据分析、数据管理。马西·齐亚德（Massy Ziad）：撰写、审稿与编辑、项目监督。

利益冲突声明

作者声明不存在可能影响本研究结果的财务利益或个人关系。

致谢

图形摘要中的图片由Servier Medical Art提供（许可协议：CC BY 4.0，链接：https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/）。