《Frontiers in Molecular Biosciences》：Arsenic trioxide-induced acute kidney injury: OPA1- and Drp1-mediated mitochondrial dynamics imbalance, PINK1/Parkin-dependent mitophagy, and Chuanhuang Fang III
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本文聚焦三氧化二砷（ATO）诱导的急性肾损伤（AI-AKI）机制，揭示其通过破坏线粒体质量调控（MQC）——即下调融合蛋白OPA1、上调裂变蛋白Drp1，激活PINK1/Parkin通路介导的线粒体自噬（mitophagy），导致肾小管上皮细胞凋亡。研究首次证实中药复方川黄方III（CHF）可通过调节OPA1/Drp1平衡与PINK1/Parkin通路，恢复线粒体稳态，显著改善肾功能损伤与组织病理变化，为临床防治AI-AKI提供新靶点与治疗策略。
研究背景
急性肾损伤（AKI）是全球性的健康难题，年影响约1330万人并导致近200万死亡。三氧化二砷（ATO）作为急性早幼粒细胞白血病（APL）的标准治疗药物，其临床应用伴随砷诱导性急性肾损伤（AI-AKI）风险的增加，发病率达4.5%，且与患者预后直接相关。目前AI-AKI的临床防治手段有限，探索其发病机制及新型干预药物至关重要。
研究目的与方法
本研究旨在阐明ATO诱发AI-AKI的分子机制，并评估传统中药复方川黄方III（CHF）的肾脏保护作用。通过构建AI-AKI大鼠模型，给予低、中、高剂量CHF干预，并利用HK-2人肾小管上皮细胞系进行体外验证。检测指标包括肾功能指标（血肌酐Scr、尿素氮BUN）、尿AKI生物标志物（UGGT、UNAG、KIM-1、NGAL）、肾组织病理学（H&E染色、透射电镜）、线粒体膜电位（JC-1染色）、线粒体活性氧（ROS）水平、细胞凋亡（流式细胞术）及关键蛋白表达（Western blot）。同时采用转录组学分析差异表达基因及富集通路。
研究结果
- 1.
CHF改善AI-AKI肾功能与组织损伤
ATO暴露显著升高Scr、BUN、UGGT、UNAG、KIM-1和NGAL水平，诱发肾小管上皮细胞空泡变性、炎性浸润及线粒体肿胀。CHF中、高剂量组可剂量依赖性地逆转上述指标，其中高剂量CHF（8.02 g/kg）效果最优，且优于抗氧化剂N-乙酰半胱氨酸（NAC）。透射电镜显示CHF恢复线粒体嵴结构，减少自噬小体形成。
- 2.
转录组学揭示CHF靶向线粒体功能与凋亡通路
共鉴定1403个差异表达基因，KEGG与GO富集分析表明CHF主要调控线粒体功能、线粒体自噬和细胞凋亡相关通路，如PINK1/Parkin信号轴、BNIP3/NIX介导的线粒体自噬及Bcl-2/BAX凋亡通路。
- 3.
CHF通过调节MQC恢复线粒体稳态
ATO诱导线粒体膜电位（ΔΨm）下降、ROS爆发，并下调融合蛋白OPA1、上调裂变蛋白Drp1，导致线粒体过度分裂。CHF治疗可逆转JC-1红绿荧光比值，降低ROS水平，上调OPA1表达并抑制Drp1活化。Western blot结果进一步证实CHF抑制PINK1、Parkin、BNIP3、NIX、LC3B等线粒体自噬相关蛋白表达，同时调节Bcl-2/BAX比值，抑制线粒体途径凋亡。
- 4.
体外实验验证ATO直接损伤机制
HK-2细胞实验中，ATO处理导致ΔΨm崩溃、ROS积累、凋亡率上升，并重现体内模型中OPA1下调和Drp1上调的蛋白表达趋势，证实ATO直接破坏肾小管上皮细胞MQC。
讨论与结论
AI-AKI的发病机制涉及线粒体动力学失衡（OPA1/Drp1比例失调）与PINK1/Parkin依赖性线粒体自噬过度激活。CHF通过其活性成分（如川芎嗪、大黄酸等）调控OPA1/Drp1平衡，抑制病理性线粒体分裂与自噬流阻塞，恢复线粒体能量代谢与氧化应激平衡。该研究不仅深化了对AI-AKI分子机制的理解，更为CHF的临床转化提供了实验依据，凸显其作为MQC调节剂治疗AI-AKI的潜力。
