《Life Sciences》：Emodin retards renal cyst progression in ADPKD by inhibiting cell proliferation and decreasing oxidative stress
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ADPKD治疗研究中，大黄素显著抑制肾囊肿进展，通过RNA测序和网络药理学发现其机制涉及Wnt/β-catenin信号通路抑制及Nrf2/GPX4抗氧化通路激活，双重调控细胞增殖与氧化应激。
苏玉琪|胡洪涛|徐子帆|陈婷|孔菊|张盼|傅克全|刘洪丽|王一楠|苏立民
中国江苏省徐州市徐州医科大学新药研究与临床药学重点实验室，221004
摘要
常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是一种常见的单基因遗传性疾病，其特征是双侧肾脏出现囊肿并逐渐增大。本研究旨在探讨大黄素（传统中药大黄的主要活性成分）对ADPKD的治疗效果及其作用机制。研究发现，大黄素显著抑制了ADPKD中的囊肿进展。RNA测序分析和网络药理学分析表明，大黄素可能通过调节细胞增殖和氧化应激来发挥治疗效果，其中Wnt和Nrf2相关信号通路可能起到了重要作用。这些发现得到了进一步验证。大黄素能够下调细胞增殖和氧化应激水平，抑制与增殖相关的Wnt/β-连环蛋白信号通路，并激活抗氧化Nrf2/GPX4信号通路。此外，研究发现Wnt通路在上游对Nrf2/GPX4轴具有抑制作用。通过抑制Wnt通路，大黄素可能缓解其对Nrf2/GPX4轴的抑制，从而实现对增殖和氧化应激的双重调节。RNA测序分析还显示，大黄素处理后Wnt7a是变化最显著的Wnt通路相关基因。我们证实大黄素降低了Wnt7a的mRNA和蛋白质水平。大黄素也可能直接与大黄素结合，这可能是其调节Wnt通路的上游机制。总体而言，本研究提示大黄素可能成为治疗ADPKD的潜在候选化合物。
引言
常染色体显性多囊肾病（ADPKD）是最常见的单基因遗传性肾脏疾病[1]。其主要病理表现为双侧肾脏出现多个逐渐增大的充满液体的囊肿。这些不断扩大的囊肿会压迫并取代健康的肾实质，导致肾脏结构破坏和肾功能逐渐下降。因此，大多数患者在50至60岁之前会发展为终末期肾病（ESRD）。ADPKD是全球第四大ESRD的常见原因[2][3]。目前ADPKD的治疗选择非常有限。托伐帕坦（Tolvaptan）是唯一获得FDA批准的改善疾病进程的药物，虽然能减缓囊肿生长，但具有显著的不良反应，包括肝毒性和电解质失衡，这限制了其应用范围，并因毒性和成本问题影响了其长期使用[4][5]。其他管理策略仅限于缓解症状，如治疗高血压、囊肿感染或出血[6]。因此，大多数患者仍会发展为ESRD，需要透析或移植，给患者带来巨大的个人和社会经济负担。因此，寻找疗效更好、安全性更高的新型治疗化合物至关重要。
ADPKD主要由Pkd1或/和Pkd2基因突变引起。Pkd1基因突变占ADPKD病例的绝大多数（约85-90%[1]）。Pkd1和/或Pkd2基因的突变导致细胞内钙水平降低和细胞内环磷酸腺苷（cAMP）异常升高。这种失调进而导致细胞过度增殖和异常液体分泌，这是肾脏囊肿形成和进展的公认机制[1][7]。然而，ADPKD的发病机制非常复杂。Pkd1基因的产物多囊蛋白-1（PC1）已被证明可以直接调节多种信号通路，包括JAK-STAT、mTOR、TGF-β以及经典和非经典的Wnt信号通路。这些通路影响细胞增殖、凋亡、肾小管分化、细胞外基质沉积和纤维化等过程。PC1的功能障碍会导致肾小管上皮稳态紊乱，进而引发过度增殖、凋亡受损和去分化。这些变化加上囊肿的逐渐扩大和肾纤维化，最终导致肾功能不可逆地丧失[8][9]。
ADPKD也被描述为“伪装成肿瘤的疾病”。ADPKD与实体瘤有许多共同点，包括基因突变、炎症反应增强、血管生成增加、细胞过度增殖且分化减少、氧化应激升高以及线粒体能量产生增加[10]。某些抗肿瘤药物，尤其是天然化合物，已显示出对ADPKD的治疗效果[11][12][13][14]。在抗肿瘤天然化合物中进行筛选可能会发现有希望的ADPKD治疗候选药物，这为该领域的药物发现提供了重要方向。
大黄素是传统中药大黄的主要活性成分。多项研究证实，大黄素通过调节mTOR和Akt信号通路，促进凋亡或抑制肿瘤细胞的增殖、迁移和侵袭，从而表现出显著的抑制作用[15][16][17]。值得注意的是，大黄素调节的细胞过程（如增殖和凋亡）也与ADPKD的发病机制密切相关。大黄素在癌症和ADPKD共有的这些通路中的干预作用表明其具有治疗潜力。此外，一项基于ADPKD发病机制的高通量筛选研究也将大黄素确定为可能对ADPKD有效的候选药物[18]。然而，大黄素对ADPKD的具体作用机制尚未明确。因此，我们假设大黄素可能抑制ADPKD的进展。本研究旨在探讨大黄素对ADPKD的治疗效果及其作用机制。
化学物质和试剂
本研究中使用的化学物质和试剂详见表1。所用抗体的稀释比例详见表2。
体外MDCK囊肿模型
I型Madin-Darby犬肾（MDCK）细胞被嵌入含有I型胶原蛋白的MEM培养基和pH 7.2–7.4的HEPES中。将细胞-胶原蛋白悬浮液接种到24孔板的每个孔中，每孔加入1.5 mL添加了10% FBS和10 μM佛斯高林（FSK）的DMEM/F12培养基以诱导MDCK囊肿形成。
大黄素在MDCK囊肿模型和胚胎肾囊肿模型中抑制囊肿进展
为了研究大黄素对肾脏囊肿发育和生长的抑制作用，首先使用MDCK囊肿模型在体外评估其效果。从第5天到第12天，MDCK囊肿分别未经处理或用1、3、10 μM的大黄素处理。结果表明，大黄素显著抑制了MDCK囊肿的生长，且这种抑制作用具有剂量依赖性，即在测试浓度范围内，大黄素剂量越高，囊肿抑制效果越明显（图1A-D）。
讨论
在本研究中，我们首先使用多种体外和体内模型来探讨大黄素治疗ADPKD的潜力。我们发现大黄素显著抑制了肾脏囊肿的形成和增大，从而延缓了ADPKD的进展。通过机制研究，我们证实大黄素主要通过抑制Wnt/β-连环蛋白信号通路并解除其对Nrf2/GPX4轴的抑制作用来实现这一效果。
作者贡献声明
苏玉琪：撰写初稿、数据可视化、实验设计、数据分析。胡洪涛：数据可视化、方法学设计、实验设计、数据分析。徐子帆：数据可视化、方法学设计、实验设计、数据管理。陈婷：数据验证、资源获取、方法学设计、资金申请。孔菊：数据可视化、软件使用、数据分析。张盼：软件使用、项目管理、方法学设计。傅克全：软件使用、资源获取、方法学设计。刘洪丽：数据可视化、软件使用
利益冲突声明
作者声明以下可能构成潜在利益冲突的财务利益和个人关系：苏立民表示获得了国家自然科学基金的支持；陈婷表示获得了江苏省卫生委员会的支持；如果还有其他作者，他们声明没有已知的利益冲突。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：81803609，资助对象：L.S.）、江苏省卫生委员会医学研究指导项目（编号：Z2023055，资助对象：L.S.）以及江苏省研究生研究与实践创新计划（编号：SJCX23_1410，资助对象：T.C.）的资助。
