腎移植是終末期腎病患者改善生活質量、延長生存期的較優選擇，然而，移植腎的缺血再灌注損傷（IRI）在器官的獲取、儲存和移植過程中是不可避免的，是造成移植腎功能延遲(DGF)和移植失敗的重要原因。鐵死亡加重腎臟缺血再灌注損傷，并驅動延遲移植物功能，但其中涉及的代謝-表觀遺傳調控機制尚未明確。
近期，重慶醫科大學附屬第一醫院李心遠、何衛陽、李杰團隊聯合中山大學孫逸仙紀念醫院林天歆、鐘文龍團隊在Nature Communications（IF 15.7）上發表了題為“Nucleophosmin 1 lactylation in graft kidney induces ferroptotic trigger waves that exacerbate delayed graft function”的文章，研究揭示了一條驅動鐵死亡傳播的代謝-表觀遺傳軸，并提出NPM1乳酸化可作為治療DGF的治療靶點。
· 維真助力 - AAV·
基因信息 Aars：丙氨酰-tRNA合成酶1
Slc16a3：溶質載體家族16成員3
實驗動物 6周齡雄性C57BL/6小鼠
病毒產品 AAV9-KSP1.3-shAars1、 AAV9-KSP1.3-shSlc16a3
注射方式 尾靜脈注射
病毒用量 2.8×1011vg/mouse
研究結果
1、IR-RC分泌的乳酸通過抑制正常RC群的cystine/cysteine/GSH代謝促進鐵死亡傳播
作者對原位腎臟IRI小鼠模型的受損腎臟進行了代謝組學分析，發現糖酵解終末代謝物乳酸在再灌注過程中呈時間依賴性增加。通過分析臨床腎移植受者的尿乳酸濃度，在術后第2天和第7天，發生腎移植受者的尿乳酸濃度顯著高于未發生腎移植的受者。以上證實了乳酸是腎臟IRI和DGF的關鍵介質。鐵死亡會加重腎臟的IRI和DGF，在IRI患者的腎臟中，伴隨著糖酵解和乳酸合成的上調，鐵死亡也增加。草酸鈉抑制糖酵解顯著減少了IRI腎臟的鐵死亡，并恢復了下降的腎功能，而乳酸治療則進一步導致鐵死亡和腎功能惡化。通過鐵死亡抑制劑抑制鐵死亡，可中和乳酸誘導的腎損傷。缺血再灌注損傷的腎小管上皮細胞（IR-RC）通過糖酵解產生大量乳酸，在相鄰的正常RC群體中觸發鐵死亡。抑制乳酸生成和MCT4/MCT1介導的乳酸穿梭有效地阻斷了鐵死亡的增殖，改善了腎臟IRI。機制研究發現，乳酸穿梭觸發的鐵死亡是由于抑制了正常HK-2細胞的cystine/cysteine/GSH代謝所致。
圖1. 乳酸穿梭抑制cystine/cysteine/GSH代謝并誘導鐵死亡傳播
2、乳酸誘導的NPM1賴氨酸257位乳酸化通過抑制SLC7A11的表達誘導正常RC鐵死亡
腎移植過程中的轉錄組學測序分析發現lncRNA IGIP-5在IRI腎臟中以時間依賴的方式上調，實驗表明lncRNA IGIP-5通過競爭相互作用抑制miR-670-3p，從而促進乳酸脫氫酶A（LDHA）的表達。在IRI的腎臟中，整體乳酸化水平呈時間依賴性增加，這與乳酸上調的趨勢一致。IR-RC條件培養液（IR-CM）顯著增強了正常HK-2細胞中的整體乳酸化，進一步乳酸化組學分析鑒定NPM1是一種強乳酸化蛋白，連接cystine/cysteine/GSH代謝和轉錄調控。賴氨酸257(K257)上的突變導致NPM1乳酸化的急劇抑制，提示K257是NPM1上的一個關鍵乳酸化位點。為闡明NPM1-K257乳酸化的轉錄調控功能，作者構建了NPM1敲除的HK-2細胞，隨后用野生型NPM1或K257R突變體進行重建。RNA測序分析差異表達基因在鐵死亡和代謝通路中富集。在鐵死亡相關的差異表達基因中，SLC7A11在重建了野生型NPM1的敲除細胞中表現出顯著的下調。NPM1可結合SLC7A11啟動子，且該結合被乳酸鈉增強，這種結合被乳酸化缺陷的K257R突變顯著降低。以上發現表明乳酸通過誘導NPM1的乳酸化和抑制SLC7A11的表達來觸發鐵死亡的傳播。進一步研究表明，乳酸轉移酶AARS1可以與NPM1相互作用并促進NPM1的乳酸化，下調AARS1主要可通過抑制NPM1乳酸化來阻斷正常RC中的鐵死亡傳播。
圖2. 乳酸誘導的NPM1賴氨酸257位乳酸化通過抑制SLC7A11表達誘導正常RC鐵死亡
3、抑制RC中乳酸轉移誘導的NPM1乳酸化可阻斷鐵死亡并改善移植腎功能
作者進一步研究了條件性敲除AARS1和SLC16A3（MCT4的編碼基因）是否可以改善移植腎模型小鼠腎臟的IRI和DGF。通過草氨酸鈉處理和SLC16A3-CKO來抑制乳酸生成與轉移，對移植腎的形態和功能損傷均顯示出保護作用。利用AAV9-KSP1.3-shRNA在RC中敲低AARS1同樣能減輕IRI并改善腎功能，重要的是，草酸鈉和AAV9-KSP1.3-shRNA對鐵死亡的調節作用與移植腎組織的形態和功能變化基本一致。以上數據表明乳酸代謝受損以及減少腎小管上皮細胞中AARS1介導的乳酸化，能顯著抑制移植腎中的鐵死亡傳播和IRI。進一步體內研究也證實了抑制乳酸來源的NPM1乳酸化可阻斷移植腎組織中的鐵死亡傳播并改善移植腎功能。通過分子對接和人工智能輔助藥物篩選，發現?；蛆Z去氧膽酸（TCDCA）可特異性結合NPM1，通過抑制NPM1 K257乳酸化和阻斷鐵死亡傳播來減輕腎臟IRI并改善腎功能，為進一步的臨床前和臨床驗證提供了一個潛在策略。
圖3. 乳酸穿梭在腎組織微環境中觸發鐵死亡，并通過誘導NPM1乳酸化而加重移植腎IRI
結論
本研究揭示了乳酸穿梭是調節移植腎IRI過程中鐵死亡傳播的關鍵因素。術后早期尿乳酸升高是反映IRI嚴重程度和DGF風險的無創性指標。機制上，AARS1介導的NPM1乳酸化是乳酸穿梭介導鐵死亡傳播的關鍵表觀遺傳事件，TCDCA靶向NPM1乳酸化可改善移植腎功能。這些發現擴大了對腎臟IRI中鐵死亡的理解，并提出了一種早期預測模型和治療策略。