Nature Communications：陈朝威/丁国华揭示神经酰胺代谢与先天性免疫反应的联系
2025年2月，武汉大学人民医院等单位的相关研究人员在《Nature Communications》（IF：14.7）上发表了题为“CerS6 links ceramide metabolism to innate immune responses in diabetic kidney disease”的研究论文，表明神经酰胺合成酶6（CerS6）是串联足细胞脂质积累、线粒体损伤和炎症反应的关键介质，可能是糖尿病肾病的一个有希望的治疗靶点。
糖尿病肾病（DKD）是全球范围内终末期肾脏病（ESRD）的主要原因，约40%的糖尿病患者受到影响并对公共卫生造成巨大负担。目前的干预措施，如降糖药和肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）阻断剂，不能完全阻止DKD进展为ESRD。因此，除了高血糖和血液动力学异常外，其他未知机制可能主导或协调DKD的发展。
神经酰胺合成酶（CerS）是神经酰胺从头合成所需的关键酶。最近的单细胞RNA测序（scRNA-seq）分析和空间代谢组学已经确定CerS6是足细胞特异性必需基因，而其催化生成鞘磷脂（d18:1/16:0）会在肾皮质的肾小球区域特异性积累。然而，CerS6和Cer（d18:1/16:0）是否在DKD中发生改变以及这些改变是否影响足细胞的命运尚不清楚。
研究结果：
研究人员通过蛋白质印迹（WB）发现CerS6存在于肝脏、脾脏和肾脏中，并通过健康成年人类肾脏的scRNA-seq数据表明CerS6主要在足细胞中表达。LC-MS结果显示，在链脲霉素加高脂肪饮食（STZ/HFD）诱导的糖尿病小鼠肾皮质中，4种Cers，即Cer（d18:1/16:0）、Cer（d18:1/18:0）、Cer（d18:1/22:0）和Cer（d18:1/24:1）升高，而阿霉素（ADR）处理小鼠肾皮质中，3种Cers，即Cer（d18:1/16:0）、Cer（d18:1/18:0）和Cer（d18:1/22:0）升高。值得注意的是，在两个模型中，Cer（d18:1/16:0）都是最显著的。
来自两种不同肾小球损伤小鼠模型和肾小球疾病患者的足细胞中CerS6升高
由于环磷酸腺苷-AMP（cGAMP）合成酶（cGAS）干扰素基因刺激因子（STING）通路在足细胞炎症和损伤中发挥重要作用，研究人员进一步探索CerS6是否会影响cGAS-STING通路的激活。结果发现，在糖尿病Cre+/CerS6+/+小鼠肾小球中，cGAS、STING、磷酸化TANK结合激酶1（TBK1）和p65的蛋白水平显著升高，而CerS6缺失减弱了这些变化。体外实验证实，通过敲低CerS6会缓解高糖（HG）诱导的炎症细胞因子mRNA的升高和cGAS-STING通路的激活，表明CerS6可以通过影响cGAS-STING通路来激活炎症反应。
足细胞特异性CerS6缺失减轻糖尿病患者肾小球和足细胞炎症
由于mtDNA渗漏到细胞质中是激活cGAS-STING通路的重要刺激物。研究人员收集了DKD和局灶性节段性肾小球硬化（FSGS）患者的尿液样本来评估尿液mtDNA水平，结果显示，与正常受试者相比，DKD和FSGS患者的mtDNA水平显著升高。重要的是，在所有受试者中，尿mtDNA水平与eGFR呈负相关，与蛋白尿呈正相关。共聚焦显微镜观察显示，HG处理导致足细胞细胞质中mtDNA显著增加，而敲低CerS6则显著减轻这种改变。MitoSOX红色荧光检测表明，敲低CerS6显著减轻了HG诱导的线粒体ROS（mtROS）的产生。此外，CerS6缺失改善HG诱导的足细胞线粒体分裂。最后，CerS6敲低挽救HG诱导的三磷酸腺苷（ATP）的减少，以及线粒体基础呼吸和最大呼吸的减少。
CerS6参与高糖诱导足细胞mtDNA释放和线粒体功能障碍
研究人员从足细胞中分离线粒体并测量神经酰胺水平，LS-MS结果显示，暴露于HG后，足细胞线粒体中的Cer（d18:1/16:0）显著增加。因此有理由推测mito-Cer（d18:1/16:0）与线粒体蛋白相互作用触发mtDNA渗漏。此外，已经确定电压依赖性阴离子通道1（VDAC1）的寡聚化和BAX从细胞质到线粒体的转运介导线粒体外膜通透性（MOMP），这使得通常与炎症有关的蛋白质和mtDNA得以从线粒体中逸出。研究人员使用Autodock Vina将Cer（d18:1/16:0）对接到VDAC1结构域，发现Cer（d18:1/16:0）与VDAC1具有一定的结合作用。通过研究分子间氢键，确定了Cer（d18:1/16:0）与VDAC1相互作用的关键氨基酸残基，包括Thr42、Glu59、Lys61。通过共聚焦显微观察和WB分析，发现mito-Cer（d18:1/16:0）可以结合VDAC1 Glu59残基并诱导其寡聚化，从而引发mtDNA释放。
