《International Immunopharmacology》：N-acetylglucosamine ameliorates the transition from acute kidney injury to chronic kidney disease by reducing the accumulation of lipid droplets
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N-乙酰氨基葡萄糖（NAG）通过保护肾小管上皮细胞溶酶体功能，抑制线粒体功能障碍和脂滴堆积，有效改善缺血再灌注损伤（BIRI）小鼠的急性肾损伤（AKI）向慢性肾病（CKD）的转化。研究证实NAG在体内外均能减轻肾损伤标志物，为AKI-CKD治疗提供新策略。
Ziyu Tang|Zhongyue Ou|Heng Wan|Mengyuan Tao|Xiaoyang Li|Yefeng Huang|Qing Tan|Qifeng Peng|Lijun Dong|Jianbo Zhao
南方医科大学南方医院普通外科血管与介入放射科，中国广东省广州市510515
摘要
急性肾损伤（AKI）可能发展为慢性肾病（CKD），最终导致肾纤维化。肾小管上皮细胞（TECs）在损伤后修复不足是纤维化的主要驱动因素。N-乙酰葡萄糖胺（NAG）是一种参与代谢和糖蛋白合成的天然生物活性单糖，具有抗炎和抗氧化特性。在本研究中，我们发现NAG是AKI向CKD转化过程中的关键调节因子。在BIRI小鼠模型中，NAG的给药可以减轻肾损伤和纤维化。研究表明，NAG能够维持溶酶体的完整性，从而防止线粒体功能障碍和脂滴积聚。综上所述，NAG补充剂可能是管理AKI向CKD转化及其他与肾功能障碍相关疾病的治疗选择。
引言
据估计，约有10%的普通人群患有慢性肾病（CKD）[1]。急性肾损伤（AKI）在住院患者中较为常见，约29%的AKI患者会发展为CKD，这一转化与发病率和死亡率的增加有关[2]。因此，防止AKI进展为CKD对于降低尿毒症的发病率和不良后果至关重要[3]，这突显了开发有效策略以阻止这一转化的必要性。AKI向CKD的转化过程是多因素的，涉及持续的炎症、表观遗传改变和其他机制[4]、[5]。然而，目前针对这些途径的疗法尚未充分延缓CKD的发生，说明还有其他致病机制需要进一步研究。肾小管上皮细胞（TECs）是AKI的主要靶标，在疾病状态下，其线粒体受到严重损害，导致氧化磷酸化紊乱和能量代谢失调。因此，TECs会改变对代谢底物（包括葡萄糖、氨基酸、脂肪酸、酮体、柠檬酸和乳酸）的利用方式以适应AKI的环境[6]。缺血或毒性损伤会损害肾细胞（尤其是肾小管上皮细胞RTECs）的线粒体氧化磷酸化[7]。由于RTECs具有较高的能量需求，它们主要依赖脂肪酸β-氧化（FAO）而非糖酵解，因此特别容易受到AKI的影响[8]。由于TECs负责大部分的肾重吸收和分泌功能，它们的能量需求很高[9]、[10]，并且主要依赖FAO而非糖酵解。在AKI或CKD期间，TECs会发生代谢重编程，表现为线粒体数量减少、糖酵解增强和FAO受到抑制[11]、[12]。抑制FAO还会促进细胞内脂滴（LD）的积聚，减少游离脂肪酸的储备并加剧细胞能量失衡。
越来越多的证据表明，溶酶体稳态是肾细胞存活和损伤反应的关键决定因素。在急性肾损伤中，自噬通过选择性隔离受损的溶酶体和调节溶酶体生物发生来减轻肾损伤，从而保持细胞的降解能力[13]。TFEB驱动的溶酶体生物发生对于PGC1α依赖的肾应激抵抗至关重要[14]，而镉等肾毒性物质会破坏TFEB活性，从而损害自噬-溶酶体功能并加重急性肾损伤[15]。此外，αKlotho等膜相关调节因子的紊乱会进一步加剧脂质代谢失衡，通过持续的脂质毒性应激推动急性肾损伤向慢性肾病的转化。除了整体自噬外，脂质吞噬和线粒体吞噬的协调调节也越来越被认为是肾细胞命运的关键决定因素，将溶酶体功能与线粒体完整性、能量代谢和炎症信号传导联系起来[16]。机制研究表明，脂滴的脂质吞噬处理缺陷会促进肾脂毒性[13]。除了急性损伤外，持续的溶酶体功能障碍还会导致适应不良的修复过程，并促进慢性肾病的发展。在慢性肾小球疾病中，足细胞中的溶酶体功能障碍是导致持续肾小球损伤的关键病理特征[17]，而在糖尿病肾病中，溶酶体稳态的破坏与疾病进展密切相关[18]。重要的是，恢复溶酶体功能已被证明可以重新激活足细胞自噬并改善糖尿病肾病，这表明溶酶体是一个有前景的治疗靶点[19]。
N-乙酰葡萄糖胺（NAG）是一种常见的单糖，通过β-(1,4)键聚合。它是几丁质的单体构建块，几丁质是仅次于纤维素的第二大碳水化合物，同时也是细胞表面透明质酸和角蛋白硫酸盐的基本成分。在DSS诱导的结肠炎小鼠模型中，NAG补充剂通过增强肠道屏障完整性和维持肠道微生物群稳态来减轻炎症[20]。虽然格拉替拉梅酸醋酸盐可以降低TH1、TH17和B细胞活性以及sNfL的水平，但口服GlcNAc可以剂量依赖性地降低血清中的IFNγ、IL-17、IL-6和NfL；口服GlcNAc还可以剂量依赖性地降低多发性硬化症患者大脑中升高的抗炎细胞因子IL-10[21]。N-乙酰葡萄糖胺与多种神经退行性疾病有关，包括阿尔茨海默病、帕金森病、肌萎缩侧索硬化症、亨廷顿病和巨轴索神经病。O-糖基化作为葡萄糖代谢传感器，调节突触活动，参与氧化应激反应和信号转导，并直接或间接调节标志性病理蛋白的毒性，从而影响疾病进展[22]。口服N-乙酰葡萄糖胺可以增强N-糖基化，减弱炎症性T细胞反应，并改善EAE小鼠的行为缺陷[23]。NAG诱导的皮肤成纤维细胞性质改变可能有助于防止与年龄相关的结构和功能变化[24]。N-乙酰葡萄糖胺已被证明是一种有效的肾保护剂，在实验性肾病中表现出优于其他葡萄糖胺衍生物的效果，能够改善膜性肾病并改善啮齿动物模型中的肾功能。在急性肾损伤和肾衰竭中，GlcNAc通过减轻肾小管损伤和炎症反应提供剂量依赖性的保护作用，这种效果与抗氧化剂槲皮素联合使用时更为显著[25]、[26]。然而，这些保护作用的细胞和分子机制仍不完全清楚。
在这项研究中，我们探讨了NAG在AKI向CKD转化小鼠模型中的作用。我们发现，在体外和体内条件下，NAG治疗可以抑制脂滴积聚和线粒体功能障碍，这可能源于NAG保护受损TECs免受溶酶体破裂的能力。我们的发现支持NAG补充剂作为AKI向CKD转化及其他以脂滴积聚和溶酶体功能障碍为特征的疾病的治疗方法的潜力。
实验部分片段
动物
从南方医科大学动物研究所获取了8周大的C57BL/6 J雄性小鼠（体重20–23克），并将它们饲养在学校的动物设施中（中国广州）。小鼠在特定的无病原体条件下生活，遵循12小时光照/黑暗周期，自由进食和饮水。每个实验组包含6只小鼠，所有动物实验在相同条件下独立重复三次。所有程序均获得了伦理委员会的批准
NAG减轻BIRI和肾功能障碍的严重程度
为了评估NAG是否影响急性肾损伤，小鼠接受了有或无NAG补充的双侧缺血-再灌注损伤（BIRI）（图1A）。24小时后，NAG显著改善了肾功能，表现为血清肌酐、尿酸和BUN水平下降（图1B）。组织学分析（H&E和PAS染色）也显示，NAG处理显著减少了BIRI期间的肾损伤（图1C）。肾小管损伤标志物KIM-1、NGAL和BAX的水平也较低
讨论
N-乙酰葡萄糖胺是一种简单的糖类，其在肾脏中代谢后会被代谢。本研究报道了NAG通过调节肾小管上皮细胞的脂质代谢来预防AKI向CKD转化的益处。分子和细胞研究表明，NAG可能通过恢复溶酶体功能来促进RTECs的线粒体功能（图形摘要）。
肾小管上皮细胞（RTEC）的存活对于决定AKI向CKD的转化至关重要
CRediT作者贡献声明
Ziyu Tang：撰写——原始草稿、可视化、软件使用、资源获取、方法学设计、数据分析、数据整理。Zhongyue Ou：撰写——原始草稿、可视化、验证、资源获取、方法学设计、数据分析。Heng Wan：撰写——审稿与编辑、可视化、监督、方法学设计、实验研究。Mengyuan Tao：软件使用、资源获取、方法学设计、数据分析、概念构思。Xiaoyang Li：可视化、验证、实验研究、数据分析。Yefeng Huang：
资助
本研究部分得到了国家自然科学基金（编号：82402129、82472079）、广东省科技计划（编号：2024A1515013069）和国家重点研发计划（编号：2023YFC2507500）的支持。
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报告的工作。
