作者名单：Chitrangda Srivastava、Hong Soon Kang、Matthew L. Edin、Tanushree Mukherjee、Fred B. Lih、Sara A. Grimm、Justin B. Collier、Darryl C. Zeldin、Anton M. Jetten
美国细胞生物学研究小组
摘要
Krüppel样锌指转录因子GLI-similar 3 (GLIS3) 的功能丧失会导致多囊肾病 (PKD)，这表明它在调节正常肾脏功能中起着关键作用。出生后的第一个月伴随着基因表达的显著变化，这一时期对肾脏发育以及PKD的进展至关重要。在本研究中，我们探讨了GLIS3在肾脏发育过程中对二十烷酸类物质基因表达和代谢的调控作用。转录组分析显示，多种二十烷酸代谢基因的表达存在时间上的差异：一些基因的表达减少（如脂氧合酶和环氧化酶相关基因），而另一些基因的表达增加（如细胞色素P450相关基因），这些变化是肾脏正常成熟过程的一部分。在GLIS3缺陷的肾脏中，许多这类基因的表达变化被抑制，这与我们的假设一致，即GLIS3功能的丧失会阻碍肾脏的产后成熟。Cistrome分析表明，这些二十烷酸基因中的部分直接受GLIS3调控，并且与肝细胞核因子1β (HNF1B) 共同发挥作用。此外，基于LC-MS的二十烷酸代谢组学分析显示，在PND28阶段的GLIS3缺陷多囊肾中，PGD2、PGE2、TXB2和LTB4的水平升高，这与Ptgs1/2、Alox5ap和Tbxas1 mRNA表达的增加相吻合。GLIS3缺陷小鼠尿液中PGE2及其代谢物PGEM的排泄增加，这与肾脏中PGE2的产生和代谢增加以及Slco2a1和Hpgd mRNA表达升高有关。这些二十烷酸代谢物的水平升高可能促进GLIS3缺陷肾脏中的囊肿形成、渗透调节异常、炎症和纤维化。
引言
Krüppel样锌指转录因子GLIS3在许多组织的基因表达和生物功能调节中起着关键作用[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。人类和小鼠中GLIS3功能的丧失会导致多种系统疾病，包括新生儿糖尿病、先天性甲状腺功能减退症和多囊肾病 (PKD)[1]、[2]、[4]、[8]、[10]、[11]、[12]、[13]、[14]、[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。PKD是最常见的遗传性疾病之一，其特征是形成多个充满液体的肾囊肿并导致肾脏增大，最终引发肾功能衰竭[20]、[21]、[22]、[23]。常染色体显性多囊肾病 (ADPKD) 是导致终末期肾病的最常见原因，而常染色体隐性多囊肾病 (ARPKD) 是一种较为罕见且更严重的囊性肾病，通常在围产期或儿童早期显现[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。GLIS3功能的丧失会导致ARPKD的发生[1]、[10]、[11]、[12]。
PKD与多种生物化学和生理过程的变化相关，包括各种代谢途径、能量稳态（代谢重编程）、细胞增殖以及液体和离子转运[22]、[27]、[28]、[29]、[30]、[31]。此外，炎症和纤维化在人类患者和小鼠模型中是PKD进展的重要因素[12]、[32]、[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]。上皮细胞、免疫细胞和间充质细胞通过释放多种细胞因子/趋化因子和生长因子（如CCL2、TGFβ）在肾脏炎症和纤维化的发生中起着关键作用。二十烷酸类物质也被认为在多种肾脏功能调节及慢性肾病中发挥作用。在PKD中，它们在调节囊肿形成、纤维化、炎症和渗透调节方面起着重要作用[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]、[47]、[48]、[49]。本研究分析了正常产后早期肾脏发育过程中多种二十烷酸代谢基因的表达情况，以及它们受GLIS3的转录调控情况，并研究了GLIS3缺陷肾脏中这些基因表达和二十烷酸代谢的变化。转录组分析表明，在正常产后肾脏发育的第一个月内，这些二十烷酸代谢基因的表达存在时间上的差异：一些基因表达减少，而另一些基因表达增加。在Glis3缺陷的肾脏中，这些基因表达变化表现出相反的模式。Cistrome分析显示，这些二十烷酸基因中的部分直接受GLIS3调控，并与另一个重要的肾脏功能调节因子——肝细胞核因子1β (HNF1B) 共同作用[50]。靶向代谢组学分析显示，在PND28阶段的Glis3缺陷肾脏中，前列腺素合成基因Ptgs1和Ptgs2以及次级合成基因Hpgds和Tbxas1的表达增加，分别与前列腺素E2 (PGE2)、前列腺素D2 (PGD2) 和血栓烷B2 (TXB2) 的水平升高相关。脂氧合酶基因Alox5及其激活蛋白Alox5ap以及白三烯水解酶Lta4h的表达增加与白三烯B4 (LTB4) 的水平升高相关，而Cyp2c44和多个Cyp2j基因的表达降低则与环氧二十碳三烯酸 (EET) 水平降低相关。由于已知PGE2能促进细胞增殖和囊肿形成，而PGD2、LTB4、TXA2/TXB2水平的升高以及EET水平的降低会促进炎症和纤维化[40]、[43]、[48]、[51]、[52]、[53]、[54]、[55]，因此这些二十烷酸的变化可能通过促进囊肿形成、炎症和纤维化来加速GLis3缺陷小鼠中PKD表型的进展。
实验小鼠模型
之前已经描述了普遍存在的GLis3缺陷（Glis3-KO）小鼠（C57BL/6-Glis3™tm3(mCherry)Amj），其mCherry编码序列中插入了一个终止密码子，导致GLIS3在DNA结合域之前停止翻译；以及表达GLIS3-EGFP融合蛋白的Glis3-EGFP小鼠（C57BL/6-Glis3™tm3(Glis3-EGFP)Amj）[4]、[5]。通过交叉Glis3fl/fl小鼠，还生成了组织选择性表达Glis3和Pax8的Glis3-Pax8Cre小鼠（B6;129-Glis3™tm2AmjPax8™tm1.1(cre)Mbu）[6]。
WT小鼠和普遍存在的GLis3-KO小鼠肾脏中二十烷酸代谢基因表达的调控
出生后第一个月的肾脏发育过程中，细胞代谢和能量稳态发生动态变化，这是PKD发展的关键时期[27]、[28]、[30]、[63]。由于多项研究表明二十烷酸类物质与PKD的多个方面有关[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]、[46]，我们研究了GLIS3功能丧失是否会对肾脏中的二十烷酸代谢产生影响，以及GLIS3是否在调节二十烷酸相关基因表达中发挥作用。
讨论
在小鼠发育的第一个月内，肾脏经历了全面的基因表达变化，包括与氧化磷酸化（OXPHOS）和溶质转运相关的基因上调[27]、[28]、[30]、[68]。比较PND7和PND28阶段的WT小鼠转录组发现，许多二十烷酸代谢基因的表达也存在时间上的差异（图1、图2）。在分析的48个二十烷酸基因中，有60.4%的基因表达减少。
资金来源
本研究得到了美国国立卫生研究院（NIH）国家环境卫生科学研究所内部研究计划（Z01-ES-100485（AMJ）和Z01-ES-025034（DCZ）的支持。NIH作者的贡献是其作为联邦雇员的官方职责的一部分，符合机构政策要求，属于美国政府的工作成果。然而，本文中的发现和结论仅代表作者个人观点。
作者贡献声明
Chitrangda Srivastava： 撰写、审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、验证、实验设计、数据分析、概念构思。
Hong Soon Kang： 撰写、审稿与编辑、实验设计、数据分析。
Matthew L. Edin： 撰写、审稿与编辑、实验设计。
Tanushree Mukherjee： 撰写、审稿与编辑、验证、实验设计、数据分析。
Fred B. Lih： 撰写、审稿与编辑、实验设计。
Sara A. Grimm： 数据可视化、数据分析。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
致谢
我们感谢NIEHS的Laura Miller DeGraff负责管理小鼠品系。同时感谢NIEHS的比较与分子病理学部门提供的尿液和血清分析支持，以及Jason Watts博士提供的尿液渗透压测量资源和仪器。
关于本文中生成式AI和AI辅助技术的声明
在本文的撰写过程中，作者仅使用ChatGPT生成了图形摘要。
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