钙三醇通过JUN/ATF3通路减轻肾小管上皮细胞中的铁死亡（ferroptosis），从而预防糖尿病肾病

作者：曹全、刘连、丁琳、陶米、陈文、李振妮、张明霞、高平

中国武汉大学中南医院肾脏病科

摘要

铁死亡诱导的肾小管上皮细胞（RTECs）通过诱导上皮-间充质转化（EMT）促进肾纤维化（RF），从而加重糖尿病肾病（DKD）的进展。研究表明，钙三醇可以改善新生儿缺氧-缺血性脑病中的铁死亡，但对DKD无效。因此，我们假设钙三醇通过抑制RTECs中的铁死亡来缓解RF并减轻DKD，并旨在揭示其潜在的分子机制。为了验证这一假设，我们将钙三醇给予DKD小鼠，同时在模拟DKD的HK-2细胞中同时使用钙三醇和ATF3或TLR4的诱导剂。最新的生物信息学分析表明，激活转录因子3（ATF3）、Toll样受体4（TLR4）、γ-氨基丁酸受体相关蛋白样1（GABARAPL1）和吲哚胺2,3-双加氧酶1（IDO1）是与炎症反应、铁死亡、RF和DKD相关的枢纽基因。钙三醇和维生素D受体（VDR）与这些枢纽基因密切相关，Jun原癌基因（JUN）作为关键节点参与其中。钙三醇有效缓解了RTECs中的炎症、铁死亡和EMT，并改善了DKD和模拟DKD中的RF。钙三醇显著下调了JUN、ATF3和TLR4的表达，但对DKD和模拟DKD中的GABARAPL1表达没有显著影响。补充ATF3诱导剂可抵消钙三醇对炎症、铁死亡和EMT的改善作用。然而，脂多糖诱导的TLR4并未显著影响钙三醇在模拟DKD中对炎症、铁死亡和EMT的改善效果。钙三醇通过JUN/ATF3通路抑制DKD和模拟DKD中的炎症和铁死亡，从而缓解RF并减轻DKD。

引言

糖尿病，尤其是2型糖尿病的患病率不断上升，使糖尿病肾病（DKD）成为全球重要的公共卫生挑战[1]、[2]。DKD是终末期肾病（ESKD）的主要病因，近年来给全球约7亿人带来了沉重的负担[3]。DKD患者面临更高的死亡风险和生活质量下降，DKD的进展进一步加剧了这些后果[3]、[4]。有效的干预不仅能够减缓DKD的进展，还能提高患者的生活质量。因此，研究DKD的有效治疗方法并理解其潜在的治疗机制至关重要。

铁死亡是一种受调控的细胞死亡形式，其特征是铁过载[4]、[5]、[6]。铁死亡诱导的肾小管上皮细胞（RTECs）通过诱导上皮-间充质转化（EMT）促进肾纤维化（RF），从而加重DKD的进展[7]、[8]。在DKD背景下，由于慢性高血糖和相关的代谢紊乱，RTECs会引发炎症反应[9]。促炎因子，如肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白细胞介素-6（IL-6），通过促进RTECs的铁死亡加速RF并加重DKD[10]。能够抑制炎症反应的药物有望通过抑制RTECs中的铁死亡和EMT来减缓DKD的进展[11]。

维生素D受体（VDR）属于核受体超家族的转录因子。在与配体结合后，VDR介导维生素D（VD）的多种生物学功能[12]、[13]。根据经典机制模型，VDR通过改变相应基因启动子的转录活性，正向或负向调节这些基因的转录[14]。最近的研究表明，VD/VDR信号通路在多种肾脏疾病的发病机制中起重要作用，包括DKD[12]。越来越多的证据表明，VDR在皮质细胞群体中广泛分布，尤其是在RTECs中表达量较高[15]。VDR的激活已被证明对DKD中的RTECs具有保护作用[16]。然而，其潜在机制尚未完全阐明。

在人类中，VD主要通过饮食摄入或皮肤内源性产生[17]。VD缺乏是全球最常见的营养不足形式[18]。VD浓度升高与DKD风险降低相关，表明VD可能对DKD具有保护作用[19]。钙三醇，也称为1α,25-二羟基维生素D₃，是维生素D的生物活性代谢物[20]。由于其安全性和有效性，钙三醇被广泛用于治疗多种疾病，如绝经后骨质疏松症和乳腺癌[21]、[22]。最近的研究表明，钙三醇可以改善新生儿缺氧-缺血性脑病中的炎症反应和铁死亡[23]。这些发现表明，钙三醇可能通过结合VDR来抑制RTECs中的炎症反应和铁死亡，从而预防DKD。因此，我们设计了本研究以验证这一假设，旨在为DKD患者提供临床益处。

章节摘录

生物信息学分析

根据KIT数据库（Human DKD snRNA + scATAC-seq，Wilson和Muto等人，Nat Commun 2022）和GEO数据库（GSE104954、GSE30529、GSE30122和GSE142153）的数据，按照制造商的说明比较了DKD患者和健康对照组肾脏皮质中的VDR和JUN表达。从GeneCards数据库中提取了与炎症反应相关的基因，而从Ferrdb数据库中获取了与铁死亡相关的基因

DKD与正常情况下的VDR表达比较

根据KIT的数据集，VDR在DKD和健康对照组的肾脏皮质细胞类型中均有表达，具体包括：近端小管（PT）、血管细胞粘附分子1（PTVCAM1）、近端上皮细胞（PEC）、升支细段（ATL）、升支粗段1（TAL1）、升支粗段2（TAL2）、远端弯曲小管1（DCT1）、远端弯曲小管2（DCT2）、主细胞（PC）、插入细胞A（ICA）、插入细胞B（ICB）和足细胞（PODO）

钙三醇作为治疗DKD的有希望的选择

基于KIT数据集的生物信息学分析表明，VDR在肾脏皮质的多种细胞类型中广泛表达，尤其是在RTECs中。此外，GEO的管间质转录组显示，DKD患者的VDR表达低于健康个体。一项横断面研究的单变量逻辑回归分析也显示，血清VD水平升高与保护作用相关

所有作者都参与了研究的构思和设计。材料准备、数据收集和分析主要由曹全、刘连、陶米和丁琳完成。手稿的第一稿由曹全和刘连撰写。所有作者都对手稿的早期版本进行了评论。所有作者都阅读并批准了提交给《Biochemical Pharmacology》的最终稿件。

曹全：写作 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、软件、资源、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。刘连：写作 – 审稿与编辑、撰写 – 原稿、可视化、验证、监督、软件、资源、方法学、研究、资金获取、正式分析、数据管理、概念化。丁琳：写作 – 审稿与编辑、写作 –

资助

本研究得到了湖北省自然科学基金（项目编号2022BCE065、2024AFB229和2024AFD048）、湖北省卫生健康委员会科研项目（项目编号WJ2025M012）、国家自然科学基金（项目编号82402557）以及武汉大学中南医院（项目编号2023CGZH-MS003、ZNXKPY2022051、ZNYB2021028、CXPY2023002）的支持。

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的财务利益或个人关系。