GATM通过PDK4介导的肾小管上皮细胞糖酵解重编程作用，缓解败血症引起的急性肾损伤

《Cellular and Molecular Life Sciences》：GATM alleviates sepsis-induced acute kidney injury via PDK4-mediated glycolytic reprogramming in renal tubular epithelial cells

　　

摘要

背景

本研究旨在识别败血症诱发急性肾损伤（S-AKI）中近端肾小管细胞（PTCs）的关键靶基因，并阐明其潜在机制。

方法

我们筛选并分析了GEO数据集，确定了S-AKI中的关键基因GATM。通过腹腔注射脂多糖（LPS）建立了S-AKI小鼠模型，并使用HK-2细胞进行体外实验。通过腺相关病毒（AAV）介导的小鼠过表达及质粒介导的HK-2细胞过表达来评估GATM的作用。为了识别GATM的下游靶基因，进行了转录组测序。病理评价采用苏木精-伊红（HE）和过碘酸-雪夫（PAS）染色法。蛋白质水平通过Western blotting（WB）、免疫组化（IHC）和免疫荧光（IF）检测；凋亡通过TUNEL染色评估；线粒体形态和功能通过透射电子显微镜（TEM）、JC-1和MitoSOX检测进行测定。同时测量了乳酸浓度和细胞内ATP水平。

结果

通过对四个数据集（GSE151658、GSE247727、GSE220812和GSE139061）的分析，发现GATM是S-AKI期间PTCs中的关键基因。在S-AKI小鼠和LPS刺激的HK-2细胞中，GATM的表达均下调。在体内实验中，GATM过表达可改善肾功能、减轻肾小管损伤、降低KIM-1、IL-6、Caspase-3和4-HNE的表达，并减少线粒体损伤。体外实验中，HK-2细胞的存活率提高，TUNEL阳性细胞减少，受损线粒体数量下降。转录组测序显示PDK4介导的糖酵解途径是GATM的下游靶标。GATM过表达会下调PDK4的表达，降低糖酵解酶水平（p-PDHA、HK2、LDHA、GLUT1）和乳酸水平，同时增加ATP的产生。然而，在HK-2细胞中过表达PDK4会消除GATM的保护作用，增强糖酵解，增加乳酸水平并降低ATP产生。

结论

GATM通过抑制PDK4介导的有氧糖酵解，增强ATP的产生，从而在S-AKI中发挥保护作用，并恢复PTCs的能量代谢和线粒体功能。