Cell Metabolism：脂质介导急性肾损伤：神经酰胺诱发线粒体功能障碍新机制

神经酰胺骨架的治疗性重塑可预防肾损伤

2025年11月，美国犹他大学健康学院等单位的相关研究人员在《Cell Metabolism》（IF: 30.9）上发表了题为 “Therapeutic remodeling of the ceramide backbone prevents kidney injury”的研究论文，揭示了神经酰胺在急性肾损伤（AKI）中的作用机制，并强调抑制二氢神经酰胺脱饱和酶1（DES1）是AKI的潜在治疗方法。

亮点概述：

急性肾损伤诱导小鼠和人类肾小管细胞中神经酰胺合成。
神经酰胺改变肾小管细胞线粒体中的呼吸超复合体和线粒体内膜复合体。
抑制DES1可保护急性肾损伤中的线粒体和肾功能。
新型DES1抑制剂有望成为预防急性肾损伤的治疗手段。

研究背景：

急性肾损伤（AKI）是一种常见且严重的临床病症，会增加患者罹患慢性肾病（CKD）、发病率及死亡率的风险。该病症由多种损伤因素引发，包括药物毒性、脓毒症、休克、心力衰竭及既往肾脏疾病。越来越多的证据表明，近端肾小管（PT）上皮细胞（PTECs）脂质代谢紊乱是多种AKI病因共有的病理特征。在人类及临床前研究中，PT脂质积累与紧密相关的线粒体缺陷是AKI的早期特征，其发生时间早于肾脏组织病理学改变和功能障碍。此外，在肾小管损伤的临床前模型中，促进PT脂质利用可改善肾脏预后，反之，脂质代谢功能障碍则会加剧肾脏病理损伤。然而，脂质如何驱动AKI期间线粒体功能障碍（或反之）的机制尚未阐明，逆转这些缺陷的有效治疗手段仍有待探索。

为了探究肾损伤如何改变细胞脂质组，研究人员对接受假手术或双侧肾缺血28min后再灌注长达24h的小鼠肾皮质（富含PTs）进行了非靶向脂质组学分析。在408种定量脂质中，观察到心磷脂、泛醇及膜磷脂（如PC、PE、PI和PG）水平快速下降，同时胆固醇酯出现急剧升高。与先前报道一致，缺血再灌注还增加了酰基肉碱和甘油三酯，表明氧化缺陷和脂质底物过量储存。值得注意的是，脂质本体论（LION）分析将鞘脂，特别是神经酰胺，识别为最富集的脂质类别。

接着为深入探究双侧缺血再灌注损伤（B-IRI）对鞘脂组的影响，研究人员对术后24h内采集的肾皮质组织及尿液样本进行靶向脂质组学分析。结果显示，再灌注后6h内尿液和肾皮质中的神经酰胺含量显著升高，其中C16和C18亚型增幅最为显著。此外，皮尔逊相关分析显示长链（C16-C18）神经酰胺（而非超长链C20-C24）与肾损伤严重性标志物呈正相关。通过分子成像平台对B-IRI 24h后小鼠肾组织切片中的神经酰胺空间分布特征进行分析，结果显示肾皮质存在显著的C16神经酰胺积累，尤其集中于皮髓交界处的肾小管区域，但肾小球未见异常。

双侧缺血再灌注损伤上调小鼠神经酰胺的合成

为了确定肾脏神经酰胺积累是否为缺血再灌注后肾小管损伤的必要条件，研究人员采用可诱导性全身敲除Degs1基因的Degs1^iGKO小鼠模型（该基因编码二氢神经酰胺去饱和酶（DES1），该酶在神经酰胺从头合成的最后一步负责向鞘氨醇骨架引入Δ4,5-反式双键）。与Degs1^fl/fl同窝对照组相比，Degs1^iGKO小鼠肾皮质Degs1基因表达降低，肾皮质神经酰胺及含18:1;O2的鞘脂含量减少，同时肾皮质二氢神经酰胺及含18:0;O2的鞘脂含量升高。在假手术条件下，敲除小鼠未表现肾脏表型异常，但能抵御B-IRI诱导的肾小管损伤、血尿素氮（BUN）和肌酐升高，并阻断Havcr1/KIM1和Lcn2/NGAL基因表达激活。

敲除Degs1可抑制神经酰胺的积累并预防缺血再灌注后的肾功能障碍

接下来，为鉴定可能导致PT功能障碍的潜在神经酰胺效应因子，研究人员采用了蛋白质组整体溶解度改变（PISA）检测技术。该技术提供了一种无标记、全蛋白质组范围的高通量筛选手段，可识别因配体结合而发生热稳定性改变的蛋白质，或用于检测蛋白质与小分子或代谢物的相互作用。研究人员对筛选结果中定位于线粒体内膜及线粒体组织通路的相关蛋白进行研究，其中多数蛋白定位于线粒体嵴连接处，包括线粒体接触位点和嵴组织系统（MICOS）7个亚基中的6个，且这些亚基均未受二氢神经酰胺影响。通过原代PTECs的蓝色天然聚丙烯酰胺凝胶电泳（BN-PAGE），发现经C2神经酰胺处理2h后，MICOS亚基丰度显著增加并促进其组装形成约700 kDa的MICOS复合物。为评估神经酰胺对线粒体嵴形态的影响，研究人员分析了经C2神经酰胺或C2二氢神经酰胺处理6h的原代PTECs透射电镜图像。对照组及C2二氢神经酰胺处理组细胞的线粒体均呈现有序的层状嵴结构，与之相反的是C2神经酰胺诱导线粒体嵴形态异常，更多线粒体出现桥接嵴、同心环状嵴或完全缺失嵴结构。除嵴结构异常外，研究人员还观察到线粒体形态和功能的变化，发现仅神经酰胺（而非二氢神经酰胺）会驱动线粒体碎裂、损害呼吸功能并促进活性氧生成。此外，这些发现提示PTs中脂肪酸诱导的线粒体损伤由神经酰胺所介导的。

神经酰胺影响线粒体内膜MICOS的组装及线粒体嵴结构

鉴于研究表明神经酰胺（而非其前体二氢神经酰胺）是肾小管损伤的病理驱动因子，研究人员测试了通过药理学抑制DES1治疗急性肾损伤的潜力。CNT2198是一种新型口服生物可利用度高的DES1小分子抑制剂。对照组小鼠在B-IRI损伤后出现明显痛苦特征（如弓背、颤抖、眯眼），而CNT2198治疗组动物的行为表现与假手术对照组无异。DES1抑制可预防肾小管损伤，并降低B-IRI后BUN、血浆肌酐水平及肾皮质Havcr1和Lcn2基因表达。更重要的是，CNT2198治疗能维持线粒体形态，并防止B-IRI后线粒体嵴结构破坏。综合而言，这些数据表明通过药物抑制DES1降低肾脏神经酰胺水平，可能是预防急性肾损伤的有效治疗策略。