通过线粒体自噬调控肾缺血/再灌注损伤

急性肾损伤（AKI）的特点是肾功能迅速下降，通常由肾缺血/再灌注（I/R）、败血症和肾毒素引起。AKI作为一个日益严重的公共卫生问题，每年影响数百万患者[1]。当AKI患者进展到需要透析时，死亡率可达60%-80%，在幸存的患者中，很大一部分患者将发展为终末期肾病[2]。肾脏是仅次于心脏的富含线粒体的器官。线粒体损伤在很大程度上促进了AKI的发生与发展。线粒体自噬是细胞自身清除受损的线粒体，以维持健康的线粒体群体，这在AKI的发生发展中起着重要作用[3-5]。Pannexin 1（PANX1）跨膜通道蛋白能够在I/R期间促进三磷酸腺苷（ATP）的释放[6]。在氧化环境中，PANX1通过增加细胞外ATP的流出来激活细胞凋亡或自噬信号，这可以激活嘌呤能P2X和P2Y信号通路[7]。

为了探讨PANX1是否参与I/R诱导的AKI，研究团队首先评估了110名接受过心脏体外循环手术的患者。根据AKI的存在与否，将他们分为两组。如图1a所示，AKI患者的血清PANX1水平高于非AKI患者。此外，研究团队发现血清PANX1水平与血清肌酐（P=0.015）和尿素氮（P=0.006，图1b，c）之间存在明显的正相关。这些结果表明，PANX1表达的增加与心脏手术后的AKI有关。

图1 心脏手术患者血清PANX1水平

为了研究PANX1与肾脏I/R损伤的关系，通过对小鼠进行肾动脉阻断一定时间（6h、12h或24h）后再灌注，建立小鼠I/R模型。将HK2细胞进行缺氧/复氧（H/R）一定时间（3h、6h或9h）后复氧1h，建立体外细胞H/R模型。

研究团队首先检测了PANX1的蛋白表达和基因转录情况，证明了I/R和H/R损伤以时间依赖性方式诱导PANX1表达。紧接着，研究团队通过体内模型的血清肌酐和NGAL、KIM1的转录情况证明PANX1敲除能够减轻I/R诱导的肾损伤的，通过HE、TUNEL染色WB等方法证明PANX1敲除能够减少肾小管细胞死亡。在体外模型中，通过流式细胞术以及WB检测凋亡蛋白同样证明了PANX1 KD能够减少H/R诱导的细胞凋亡。之后，研究团队在体内体外模型，通过流式细胞术、免疫荧光和投射电镜证明了PANX1 KD能够通过减少线粒体损伤减轻氧化应激。此外，研究团队通过WB和激光共聚焦等方式证明了线粒体自噬在体内体外模型中的时间梯度变化，通过PANX1的敲低和过表达证明了PANX1在肾缺血再灌注损伤过程中对线粒体自噬的调控现象。最终，研究团队在体外模型中，发现了细胞内外ATP的含量差异，并检测了在正常和H/R条件下，在HK2细胞中添加ATP对mTOR表达和mTOR磷酸化的影响。证明了PANX1通过ATP-P2Y-mTOR途径调节线粒体自噬。

图2 PANX1在调节AKI线粒体自噬中的信号通路

文章结论与讨论，启发与展望

总之，研究团队证明了PANX1通道在I/R损伤后肾脏线粒体自噬中的负面作用。PANX1通道促进ATP释放以激活P2Y受体，从而激活mTOR信号传导，最终抑制线粒体自噬。PANX1通道显然可以在AKI的发展中发挥核心作用。因此，抑制PANX1通道可能是减少肾细胞凋亡和维持健康线粒体群体以对抗AKI发展的一种治疗方法。