靶向内质网应激：基于转录组与小鼠模型发现4-苯基丁酸通过调节C1q、Ncf4、Ccl28延缓糖尿病肾病的共同调控基因与机制

《International Journal of Molecular Sciences》：Identification of Common Genes Regulated by ER Stress During the Development of Diabetic Nephropathy Based on Human Transcriptome Datasets and an In Vivo Mouse Model Jacques Karekezi, Ashimwe Yves Roger, Harry Jang, Jong-Won Kim, Seung Pil Yun, Hye Jung Kim, Ji Miao, Sang Won Park and Hwajin Kim

本文探讨了内质网应激在糖尿病肾病中的核心作用。研究发现，内质网应激抑制剂4-苯基丁酸能通过抑制经典补体途径（C1q）、NADPH氧化酶复合体（Ncf4）及趋化因子Ccl28，减轻氧化损伤、炎症与纤维化，从而改善肾功能。该研究为靶向内质网应激治疗糖尿病肾病提供了新的潜在靶点和理论依据。

糖尿病肾病是一种严重的糖尿病微血管并发症，是导致慢性肾病和终末期肾病的主要原因。尽管有多种药物已被开发，但由于其复杂且多方面的发病机制，治疗糖尿病肾病仍然充满挑战。其中，内质网应激在糖尿病肾病的病理过程中扮演着关键角色，但其具体的分子机制尚不完全清楚。本研究旨在探讨内质网应激抑制剂4-苯基丁酸对糖尿病肾病的保护作用及其相关的调控分子。

研究采用单侧肾切除、高脂饮食联合链脲佐菌素诱导的C57BL/6小鼠糖尿病肾病模型，并通过腹腔注射4-PBA治疗6周。结果表明，4-PBA治疗有效改善了糖尿病肾病诱导的肾脏结构和功能异常。具体表现为，4-PBA降低了白蛋白尿，减少了足细胞丢失，缓解了肾小球和肾小管损伤，并抑制了肾脏炎症和细胞死亡。这些有益变化与肾脏中内质网应激标志物表达的降低以及自噬活性的增强密切相关。

在分子机制层面，4-PBA显著降低了内质网应激标志物ATF6、CHOP和磷酸化IRE1α的表达。同时，它增加了自噬标志物ATG5的水平，并改善了自噬流，表现为LC3B-II的增加和p62的减少。此外，4-PBA还增强了与线粒体生物发生相关的辅因子PGC-1α的表达，提示抑制内质网应激可能有助于恢复线粒体更新和细胞能量代谢。

研究进一步发现，4-PBA能有效减轻肾脏炎症、细胞凋亡和氧化应激。它减少了肾脏中CD68⁺巨噬细胞的浸润，降低了促炎细胞因子TNF-α和IL-6的表达，同时增加了抗炎细胞因子IL-10的水平。在凋亡方面，4-PBA处理显著降低了caspase-3和PARP1的剪切。氧化应激标志物4-羟基壬烯醛（4-HNE）在糖尿病肾病小鼠中表达上调，而4-PBA治疗使其显著降低。

为了从人类疾病角度寻找关键调控基因，研究者对两个人类糖尿病肾病转录组数据集进行了整合分析，鉴定出76个在疾病中共同上调的基因。通过功能富集分析，这些基因主要涉及细胞外基质组织、炎症、纤维化、补体激活和趋化因子信号等通路2 fold-change (log₂FC) values obtained from DGE analyses of these 2 datasets. Each point represents a single gene. Red dots indicate genes that are significantly upregulated (FDR < 0.05) in both datasets. Blue dots represent genes that are significantly upregulated only in GSE142025, while green dots represent genes significantly upregulated only in GSE166239. The plot highlights shared and dataset-specific transcriptional responses across the two studies. (C) PEA comparison by Reactome; pathway enrichment overlap and normalized enrichment score comparison between GSE142025and GSE166239. ((Left) panel) Venn diagram showing the number of significantly enriched pathways identified in each dataset using GSEA based on DGE log₂fold changes and the Reactome pathway database. An FDR < 0.05 threshold was applied to define significantly enriched pathways. A total of 113 commonly enriched pathways were identified as upregulated in both datasets. ((Right) panel) A scatter plot comparing normalized enrichment scores (NES) for pathways enriched in GSE142025 and GSE166239. Each point represents a Reactome pathway. Red dots denote pathways that are significantly upregulated (FDR < 0.05) in both datasets, while purple dots highlight pathways that are significantly downregulated in both datasets. Green dot is a pathway that is significantly upregulated in GSE166239 but downregulated in GSE142025. This visualization illustrates shared and divergent pathway-level perturbations across the two transcriptomic datasets.">。通过构建基因调控网络和WikiPathways富集分析，研究聚焦于补体激活、氧化损伤响应和前列腺素信号等关键生物学过程。

在动物模型中验证发现，在糖尿病肾病小鼠肾脏中上调的76个候选基因中，有20个基因的表达得到确认，其中部分基因的表达被4-PBA显著抑制。特别值得注意的是三个关键基因：补体C1q、中性粒细胞胞质因子4（Ncf4，是NOX2 NADPH氧化酶复合体的组分）和C-C基序趋化因子配体28（Ccl28）。这些基因分别代表了经典补体途径的激活、活性氧（ROS）的生成以及趋化因子驱动的炎症/纤维化反应。4-PBA能有效逆转这些基因的上调表达。这提示4-PBA的保护作用可能是通过抑制内质网应激，进而调节C1q、Ncf4和Ccl28等基因及其相关通路来实现的。

综合计算分析和通路映射结果，研究者提出了一个模型：氧化应激（通过NOX2/Ncf4）刺激补体级联反应的启动（C1q），进而放大炎症并与细胞凋亡过程相互联系。同时，Ccl28将氧化应激与促纤维化信号联系起来。内质网应激抑制剂4-PBA能够逆转这些调控基因的表达，从而延缓糖尿病肾病的进展。

总之，本研究证实了抑制内质网应激是治疗糖尿病肾病的一个有前景的药理学靶点。4-PBA通过减轻内质网应激，增强自噬，并下调补体C1q、NADPH氧化酶组分Ncf4和趋化因子Ccl28的表达，从而在多方面改善糖尿病肾病的肾脏损伤。这些发现不仅揭示了内质网应激在糖尿病肾病中的核心调控网络，也为开发针对特定分子靶点（如C1q及其上游调控因子CD33、FGD2）的疗法提供了新的思路。尽管内质网应激反应具有保护与损害的双重特性，但将4-PBA等内质网应激抑制剂与针对本研究鉴定的关键调控因子的选择性调节剂联合应用，可能为糖尿病肾病患者带来一种有前景的治疗策略。基于人类转录组数据的分析进一步推进了治疗靶点的发现，为未来精准医疗奠定了基础。