《Microchemical Journal》：SIRT1 macromolecular mechanism and signal pathway dysregulation in kidney aging: Dataset integration based on electrochemical sensors and bioinformatics
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本研究通过整合转录组和蛋白质组数据，系统筛选出与SIRT1通路密切相关的肾衰老关键分子，发现SIRT1及其下游效应物（如TP53、IL-6、TFAM、SOD2等）在衰老模型中呈现显著失调，涉及炎症激活、氧化应激增强及线粒体功能障碍等多维度病理特征。其中IL-6、NAD+、乳酸等代谢物及效应蛋白可被现有电化学传感技术有效检测，纳米材料、酶电极及免疫传感策略已实现体液样本中超灵敏定量分析。该成果不仅阐明SIRT1通路在肾衰老中的核心作用，更为开发多参数集成电化学检测芯片提供理论依据，推动从机制研究到临床转化的连接。
孙汉|孔科|袁铮|罗晓燕|杨杰|纪凌宇|高明鑫|吴淑华
中国苏州215000，苏州大学第二附属医院老年医学科、普通内科。
摘要
随着人口老龄化问题的加剧，与年龄相关的肾功能下降已成为一个重大的公共卫生问题，而传统的生化指标难以实现早期和动态监测。电化学传感器适用于实时、无创或微创检测与慢性疾病相关的生物标志物。本研究通过整合公共数据库中的转录组和蛋白质组数据，并结合生物信息学方法（包括差异表达分析、蛋白质相互作用网络构建、通路富集和核心节点识别），系统地筛选了与SIRT1通路密切相关的肾衰老关键分子。结果表明，在衰老模型中，SIRT1及其下游效应因子（如TP53、IL6、TFAM、SOD2等）表现出显著的失调，涉及炎症激活、氧化应激增强和线粒体功能障碍等多个病理维度。在这些分子中，IL-6、NAD+、乳酸、H?O?等都是可以通过现有电化学传感技术有效检测的目标物质，基于纳米材料、酶电极或免疫传感策略的成熟平台已在体液样本中实现了超灵敏的定量检测。因此，本研究不仅揭示了SIRT1通路在肾衰老中的核心作用，还确定了一组与电化学传感器开发高度兼容的候选标志物。未来，这些成果可用于设计多参数集成电化学检测芯片，用于床边实时评估肾衰老风险或干预效果，促进从机制研究到临床应用的转化。
引言
肾脏衰老是一个复杂的生物过程，其特征是肾功能逐渐下降、结构恶化以及急性 and 慢性肾脏疾病的风险增加 [1]。随着全球人口老龄化速度的加快，与年龄相关的肾脏功能障碍已成为一个重要的公共卫生问题，对全球慢性肾脏疾病（CKD）的负担做出了重大贡献。衰老的肾脏表现出独特的病理特征，包括肾小球硬化、肾小管间质纤维化、血管硬化和肾单位丢失 [2]、[3]、[4]。这些结构变化与功能下降相关，表现为肾小球滤过率降低、肾小管功能受损和浓缩能力减弱 [5]、[6]、[7]。在细胞层面，肾脏衰老涉及多个相互关联的过程，包括细胞衰老、线粒体功能障碍、氧化应激积累和慢性低度炎症。
Sirtuins是一类依赖NAD+的蛋白质去乙酰化酶，在不同物种中作为衰老和长寿的关键调节因子而受到广泛关注 [8]。在七种哺乳动物Sirtuins（SIRT1–7）中，SIRT1被研究得最为深入，被认为是一种重要的代谢调节因子，对细胞应激反应、能量代谢和长寿通路有深远影响 [9]、[10]、[11]。SIRT1通过去乙酰化多种组蛋白和非组蛋白底物来发挥其生物学功能，从而调节基因表达和蛋白质活性。
在肾脏生物学领域，SIRT1已被证明可以通过多种机制保护肾脏免受各种形式的损伤。SIRT1通过激活抗氧化防御系统（包括FOXO转录因子和NRF2-KEAP1通路）来减轻氧化应激。此外，SIRT1通过去乙酰化和失活NF-κB（炎症基因表达的中心介质）来抑制炎症反应 [12]、[13]。SIRT1还促进自噬，这是维持衰老过程中细胞稳态的重要自我清洁过程。
p53肿瘤抑制蛋白是另一个关键的SIRT1底物，对细胞衰老具有重要的影响。SIRT1介导的p53去乙酰化降低了其转录活性，从而减少了包括p21（CDKN1A）在内的衰老相关基因的表达。因此，SIRT1-p53-p21轴构成了调节细胞衰老的核心通路，其失调可能导致包括肾脏在内的多种组织加速衰老 [14]、[15]、[16]。
尽管有越来越多的证据支持SIRT1在肾脏健康中的保护作用，但对人类肾脏衰老过程中SIRT1信号通路改变的全面表征仍然有限。以往的研究主要集中在SIRT1通路的个别组成部分或使用动物模型，导致我们对人类衰老肾脏中SIRT1通路失调的全球转录组图谱理解存在不足。
电化学传感器在医学检测领域展现了显著的技术优势和临床转化潜力。然而，基于纳米材料、分子印迹技术或生物识别元件（如适配体、酶和抗体）构建的电化学传感平台已经实现了对氧化应激标志物（如H?O?、8-OHdG）、炎症因子（如IL-6、TNF-α）和与衰老相关的代谢物（如NAD+、乳酸）的超灵敏检测。这些分子正是SIRT1信号通路调节网络中的关键效应因子或调节因子。因此，将电化学传感技术与生物信息学发现相结合，有望建立针对SIRT1通路核心节点的新的分子诊断系统。通过实时、无创或微创地监测循环系统中SIRT1活性相关代谢物或下游效应蛋白的浓度变化，可以提供肾脏衰老过程的动态和定量分子表征，弥补现有成像和传统生化检测在机制解释方面的不足。本研究通过对尿毒症和慢性肾脏疾病患者的两个独立基因表达数据集进行综合生物信息学分析，旨在阐明SIRT1通路失调的分子特征。此外，我们使用D-半乳糖诱导的细胞衰老模型对关键发现进行了体外验证。
数据获取和预处理
从NCBI的公共存储库GEO获取了两个基因表达数据集。GEO用于存储和共享分析的功能基因组数据。选择GSE37171和GSE66494数据集是因为它们与肾脏病理学相关且数据质量较高。GSE37171使用GPL570平台，包含超过54,000个探针集，包括尿毒症患者和健康对照组的PBMC基因表达谱，并附有详细的人口统计信息以进行统计调整。GSE66494使用GPL6480–9577平台，
肾脏疾病中差异表达基因的鉴定
对GSE37171（尿毒症与健康对照组）的分析从总共21,655个基因中鉴定出3916个差异表达基因，其中1891个上调基因和2025个下调基因（图1A）。对GSE66494（慢性肾脏疾病与正常肾脏）的分析从19,595个基因中鉴定出6088个差异表达基因，其中3120个上调基因和2968个下调基因（图1B）。维恩图分析显示两个数据集之间有1748个共同的差异表达基因，表明它们具有共同的分子机制
讨论
在衰老及相关退行性疾病的研究中，电化学传感器的应用正从单一生物标志物的检测发展到多组分集成分析系统。对于复杂的肾脏衰老病理过程，现有研究利用镀金纳米颗粒的电极来检测尿液中的微量白蛋白和NGAL（中性粒细胞明胶酶相关脂钙素），实现了对肾小管损伤的早期预警。此外，灵活的电化学
结论
本研究强调SIRT1通路的失调是肾脏衰老的核心机制，并提出其作为诊断生物标志物的潜力。电化学传感器技术的发展为SIRT1相关分子网络的临床应用提供了可行的途径。基于本研究中发现的SIRT1-IL6之间的负相关关系，可以开发一种双通道电化学芯片，同时检测血清中的IL-6和NAD+水平，
作者贡献声明
孙汉：撰写——原始草案，正式分析。孔科：撰写——审阅与编辑，方法学。袁铮：可视化，软件。罗晓燕：软件，资金获取。杨杰：验证，资金获取。纪凌宇：研究，概念化。高明鑫：软件，正式分析。吴淑华：撰写——原始草案，项目管理。
资助
本研究得到了江苏省老年健康研究项目（NO.LKZ2023007）、江苏省科技计划专项基金（关键研发项目：社会发展）（NO.BE2023704）以及由国家和江苏省共同建设的放射医学与防护国家重点实验室开放项目（苏州大学）（NO.GZK12023018）和苏州大学第二附属医院预研基金（NO.SDFEYGZ2219）的支持。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文所述工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
我们感谢将GSE37171和GSE66494数据集存入基因表达数据库的研究人员，使得这项分析成为可能。
