KLF4在肾小管上皮和成纤维细胞中对纤维化肾病的细胞类型特异性作用

《Cellular Signalling》：Cell-type specific contribution of KLF4 to fibrotic nephropathy in tubular epithelium and fibroblast

KLF4通过激活Hippo/YAP通路促进肾纤维化，基因敲除和药理学抑制证实其在肾小管细胞和成纤维细胞中的双重作用，且肾小管细胞中的KLF4作用更显著，为肾纤维化治疗提供新靶点。

　　

Juanjuan Jiang|Ruihua Shen|Feng Xu|Lishan Liu|Fangxu Chen|Kang Liu|Jingfeng Zhu|Simeng Liu|Lin Wu|Zhimin Huang|Yanggang Yuan|Huijuan Mao|Jiafa Ren

南京医科大学第一附属医院肾脏病学系，南京，中国

摘要

肾小管间质疾病最终会导致肾纤维化，这是随后发生终末期肾病的关键因素。Krüppel样因子4（KLF4）是一种Yamanaka转录因子，控制着多种重要的细胞功能，并与肾脏疾病有关。然而，关于KLF4在肾小管上皮细胞和成纤维细胞中具体作用的证据仍然有限。在我们的研究中，我们观察到在小鼠和人类纤维化肾脏的肾小管及间质肌成纤维细胞中KLF4蛋白显著上调。在特定敲除KLF4的上皮细胞或成纤维细胞的小鼠模型中，细胞外基质（ECM）沉积减少，Hippo信号通路相关成分的表达也下调。功能获得和丧失实验表明，KLF4信号通路在肾小管细胞和成纤维细胞中均参与了TGF-β1诱导的ECM生成。从机制上看，KLF4蛋白可以与YAP蛋白相互作用，促进YAP的激活并驱动下游信号蛋白的表达；而抑制Hippo信号通路则能抑制KLF4介导的ECM沉积，无论是在上皮细胞还是成纤维细胞中。有趣的是，KLF4在肾小管细胞中的作用可能比在成纤维细胞中的作用更为显著。最后，使用Kenpaullone抑制KLF4信号通路显著改善了纤维化肾病的ECM沉积情况。这表明针对这一信号通路可能为治疗慢性肾病患者中的肾纤维化提供新的策略。

引言

慢性肾病（CKD）的特点是肾实质逐渐破坏，导致细胞外基质（ECM）沉积和肾功能不可逆地丧失[1]，[2]。目前尚无临床批准的疗法能够有效治疗肾纤维化。治疗肾纤维化的关键限制在于人们对其发病机制的细胞和分子机制理解不足[3]，[4]。肾纤维化过程主要由肌成纤维细胞、肾小管上皮细胞、免疫细胞和周细胞等共同驱动，这些细胞共同促进了病理性的ECM沉积[5]，[6]。已知肾小管细胞（约占肾实质细胞的70%）的激活是纤维化肾病进展中的关键细胞事件[7]，[8]，[9]。先前的研究表明，局部驻留的成纤维细胞贡献了约50%的ECM生成[5]，[6]。激活后的肾小管细胞和成纤维细胞被认为是ECM生成的主要细胞类型，它们会在间质空间中积聚。因此，阐明这些细胞在肾间质纤维化中的作用机制对于探索有效的治疗策略至关重要。

Krüppel样因子（KLF）蛋白家族包含大约17个成员，KLF基因表达的失调已被证实与肾脏肾病的发病机制有关[10]，[11]。本文重点关注Krüppel样因子4（KLF4），这是一种多能性DNA结合转录因子，在细胞命运决定和重编程中起着重要作用[12]，[13]。我们之前的研究表明，浸润性髓系细胞中KLF4的缺乏会促进TNFα的产生，进而引发肾小管上皮细胞坏死并加重肾间质纤维化[14]。然而，KLF4在肾纤维化中的作用尚未完全明确，不同研究的结果相互矛盾，有的认为它具有保护作用，有的则认为其具有致病作用[15]，[16]，[17]，[18]，[19]。尽管有多项研究探讨了KLF4在肾纤维化中的作用，但其功能仍存在争议。造成这些差异的一个主要原因是缺乏特定细胞类型的遗传模型来明确KLF4在纤维化过程中的作用。此外，KLF4信号通路可能具有细胞类型依赖性，这可能导致肾纤维化的不同结果[20]。为了研究KLF4在肾纤维化中的细胞特异性作用，我们首先利用条件性敲除肾小管上皮细胞或成纤维细胞中KLF4的小鼠模型，评估了KLF4对肾纤维化的组织特异性影响。我们的发现表明，KLF4通过激活Hippo/YAP信号通路一致地促进肾上皮细胞和成纤维细胞的纤维化，这在输尿管梗阻和缺血-再灌注诱导的纤维化肾病模型中得到了验证。值得注意的是，KLF4在肾上皮细胞中对肾损伤和纤维化的促进作用比在成纤维细胞中更为显著。通过药物抑制KLF4/YAP信号通路显著改善了纤维化肾病的ECM沉积情况。

研究片段

人类肾活检组织样本

人类肾脏样本来自南京医科大学第一附属医院进行的诊断性肾活检，其中肾癌患者切除后的非肿瘤肾脏组织作为正常对照。使用标准程序制备了人类肾脏活检的石蜡包埋切片，并用KLF4（抗体：A13673，Abclonal）和YAP（抗体：14074，CST）抗体进行染色。所有涉及人类样本的研究均遵循了这一程序。

KLF4在肾小管细胞和肌成纤维细胞中的表达

在对UUO（输尿管梗阻）肾脏的批量RNA测序数据分析中，KLF4是所有KLF家族成员中表达量最高的mRNA之一（图1A）。这一结果在Nephroseq肾脏转录组数据库中的“Nakagawa CKD肾脏”数据集中也得到了验证（图1B）。此外，在CKD患者中，肾组织中的KLF4 mRNA表达与肾小球滤过率呈负相关。

讨论

慢性肾病（CKD）的特征是肾实质逐渐破坏和纤维化，其中肾小管细胞和成纤维细胞的激活在纤维化肾病的发生中起着关键作用。在这项研究中，我们发现KLF4（KLF家族蛋白成员）是CKD进展过程中细胞转化和促纤维化表型的核心调节因子。KLF4在成纤维细胞和肾小管上皮细胞中均显著促进了肾纤维化，尤其是在肾小管细胞中的作用更为显著。

结论

总之，我们的研究表明，在UUO（输尿管梗阻）和IRI（缺血-再灌注）诱导的肾病中，KLF4通过激活YAP通路在上皮细胞和成纤维细胞中均发挥了促进纤维化的作用。随后，我们的数据进一步证实，KLF4在肾上皮细胞中对纤维化的促进作用比在成纤维细胞中更为显著，这突显了其在肾纤维化中的细胞类型特异性贡献。KLF4信号通路可能成为预防和治疗肾纤维化的新策略的目标。

作者贡献声明

Juanjuan Jiang：撰写初稿、方法学设计、数据管理。Ruihua Shen：方法学设计、数据分析。Feng Xu：方法学设计、数据分析。Lishan Liu：数据分析。Fangxu Chen：数据分析。Jingfeng Zhu：数据分析。Simeng Liu：数据分析。Lin Wu：方法学设计。Zhimin Huang：数据管理、方法学设计。Yanggang Yuan：概念提出、项目监督。Huijuan Mao：概念提出。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：82370686/81970639/82151320）、国家重点研发计划（编号：2024YFA1107704）、江苏省科技创新项目、江苏省医院高层次人才培养计划（第一阶段）（编号：CZ0121002010037）、江苏省自然科学基金（编号：BK20240055/JSSCTD202450）以及江苏省人民医院（南京医科大学的附属医院）的支持。