GSTK1通过抑制异位脂肪沉积来发挥保护作用，从而防止糖尿病引起的肾小管间质损伤

《Life Sciences》：GSTK1 alleviates ectopic fat deposition as a protective mechanism against diabetic renal tubulointerstitial lesions

　　

洪晨|刘艳|赵明格|吴学勤|戴爱明|王宇|杨叶仪|李爱梅|张伟|王俊普|周志娇|提晨|张浩|杨世坤

中国中南大学第三湘雅医院肾脏病科，慢性肾脏病研究中心

摘要

目的

谷胱甘肽S-转移酶1（GSTK1）的κ类是一种在代谢疾病中起关键调节作用的因子。本研究旨在探讨GSTK1对糖尿病肾病（DN）中肾异位脂肪沉积（EFD）和脂毒性损伤的调节作用。

结果

本研究使用了高葡萄糖（HG）/高脂肪酸（HFA）刺激下的HK-2细胞、糖尿病小鼠以及人类肾活检组织。在体外实验中应用了GSTK1质粒、GSTK1 siRNA和OSBPL8 siRNA。分析了2型DN患者、糖尿病小鼠以及HG/HFA刺激下的HK-2细胞中的脂质积累情况。在HG/HFA条件下，糖尿病小鼠和HK-2细胞中的GSTK1、DGAT1、ACAT1、CPT-1、BECLIN1、LC3II、ATG5和RAB7的表达显著下降。二甲双胍治疗恢复了糖尿病小鼠中GSTK1的表达。此外，GSTK1的 Pharmacological 模拟剂二甲双胍缓解了脂质吞噬功能障碍，并促进了脂肪酸（FA）β-氧化酶CPT-1的活性。体外实验表明，GSTK1质粒减少了脂质积累、纤维化及炎症，并上调了HK-2细胞中CPT1的表达，但对脂质代谢酶（ACAT1、DGAT1）没有影响。GSTK1质粒还能显著恢复脂质吞噬作用。然而，预先用AMPK抑制剂Compound C、GSTK1 siRNA或OSBPL8 siRNA处理HK-2细胞会抵消GSTK1对脂质吞噬的激活作用。

结论

本研究表明，GSTK1通过增加FA β-氧化酶CPT-1的表达并经由AMPK-OSBPL8途径恢复脂质吞噬作用，有助于缓解DN肾小管细胞中的EFD。

引言

糖尿病肾病（DN）是糖尿病患者面临的一个严重健康问题，大约20%至40%的糖尿病患者会患上此病，它是慢性肾功能衰竭的主要原因[1]。传统观点认为DN主要由肾小球病变引起。然而，大量证据表明，糖尿病肾小管间质损伤是DN的主要病理过程[2]。不幸的是，一些传统的降糖疗法（包括口服药物或胰岛素）无法有效阻止或延缓DN的进展。最近的研究显示，在高葡萄糖（HG）条件下，培养的肾小管细胞中脂肪酸（FA）的沉积显著增加[3]。异位脂肪沉积（EFD）是指非脂肪组织（如肝脏、肾脏和胰腺）中的脂质积累。更重要的是，最新研究表明，EFD和肾小管细胞中的脂毒性在DN早期就参与了其进展[4]。脂质吞噬是一种新型的脂质代谢方式，属于自噬的一种形式，能够选择性降解脂质[5]。脂质吞噬在代谢紊乱中的作用已被证实[6]，但其调节机制及其对DN中EFD的影响尚未完全阐明。

谷胱甘肽S-转移酶1的κ类（GSTK1）最初是在大鼠肝脏组织中发现的[7]。后续研究证实GSTK主要表达在线粒体中[8]。GSTK1也被称为二硫键形成氧化还原酶A样蛋白（DsbA-L），属于谷胱甘肽S-转移酶（GST）家族，是抵御氧化应激和活性氧（ROS）的重要因子[9]。先前的研究表明，GSTK1可以缓解肥胖引起的胰岛素抵抗和炎症[10]，改善线粒体功能障碍[11]，并在保护肾脏免受氧化应激损伤方面发挥作用[12]。此外，GSTK1在糖尿病相关的肾小管损伤中也具有重要的保护作用[11]。然而，GSTK1对DN中肾脂肪沉积和肾小管脂毒性损伤的详细调节机制仍不清楚。基于GSTK1在肥胖和糖尿病中的代谢调节作用，我们推测GSTK1在DN的脂质代谢中起着关键作用。因此，在本研究中，我们探讨了GSTK1在EFD调节中的作用及其对DN肾小管间质损伤的影响。

章节摘录

DN患者中的肾小管间质损伤和EFD

如图1所示，本研究共纳入了9名DN患者和9名轻度变化肾病（MCD）患者。MCD患者与DN患者在体重、24小时尿白蛋白水平和血清胆固醇水平方面没有显著差异（图1A、C、H，P > 0.05）。相比之下，DN患者的血清白蛋白、血糖、血清肌酐（Scr）和血尿素氮（BUN）水平显著升高（图1D、E、F、G，P < 0.05）。

讨论

本研究表明，GSTK1可以减轻糖尿病肾小管细胞中的脂质毒性。GSTK1的 Pharmacological 调节可能成为治疗DN的一种新型有效方法。GSTK1是一种高度保守的线粒体谷胱甘肽S-转移酶，参与氧化还原反应和线粒体功能的调节[14]。由于其蛋白质与细菌二硫键A氧化还原酶具有高度序列和二级结构同源性，GSTK1被重新命名为DsbA-L[9]。先前的研究

抗体和试剂

兔多克隆GSTK1抗体（14535–1-AP）、二酰甘油O-酰基转移酶同源物1（DGAT-1）多克隆抗体（11561–1-AP）、乙酰辅酶A乙酰转移酶1（ACAT-1）多克隆抗体（16215–1-AP）、兔肉碱棕榈酰转移酶1（CPT-1）多克隆抗体（12969–1-AP）、ATG5单克隆抗体（66744–1-Ig）、脂肪酸转运蛋白2（FATP2）多克隆抗体（14048–1-AP）、Beclin 1多克隆抗体（11306–1-AP）、兔LC3多克隆抗体（14600–1-AP）

创新

GSTK1可以在DN条件下减轻肾小管细胞的脂质毒性。GSTK1能够增加FA β-氧化关键限速酶CPT-1的表达，并通过AMPK-OSBPL8途径激活脂质吞噬作用。这提示GSTK1的激活可能成为治疗DN肾小管间质病变的新方法。

使用的缩写

AMPK
腺苷5′-单磷酸（AMP）激活的蛋白激酶
Alb
白蛋白
ACAT1
乙酰辅酶A乙酰转移酶1
Atg5
自噬蛋白5
BUN
血尿素氮
CO-IP
共免疫沉淀
CPT1
肉碱棕榈酰转移酶1

Col1

胶原蛋白1型

CKD

慢性肾脏病

DN

糖尿病肾病

DM

糖尿病

DsbA-L

二硫键A氧化还原酶样蛋白

DGAT1

二酰甘油酰基转移酶1

ESRD

终末期肾病

ER

内质网

EFD

异位脂肪沉积

FATP2

脂肪酸转运

数据可用性和伦理委员会

本研究使用的数据可从第一作者和通讯作者处获得。原始Western blot图像作为补充数据上传。实验过程遵循了中南大学第三湘雅医院伦理审查委员会的规定。

CRediT作者贡献声明

洪晨：撰写——初稿、实验设计、数据分析。刘艳：撰写——初稿、方法学设计、实验实施。赵明格：撰写——初稿、实验设计、数据分析。吴学勤：软件支持、资源获取。戴爱明：软件支持、资源获取。王宇：实验实施、数据分析。杨叶仪：方法学设计。李爱梅：监督、方法学指导。张伟：软件支持、方法学指导。王俊普：监督

遵守伦理标准

所有作者均不存在可能构成利益冲突的情况。

未引用的参考文献

[43]

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。作者对论文的内容和撰写负责。

致谢

本研究得到了长沙市自然科学基金（kq2202419）、湖南省自然科学基金（2022JJ70154）和国家自然科学基金（81870498）的支持。此外，还得到了中南大学第三湘雅医院“Co-PI”项目（项目编号：202428）的支持。所有作者均不存在可能构成利益冲突的情况。