Sci Transl Med 解密糖皮质激素如何影响 COVID-19 重症患者的肾脏健康

急性肾损伤（AKI）是一种常见且具有挑战性的临床问题，伴随高发病率和死亡率。AKI常由严重感染、缺血、尿路阻塞或肾毒性损伤等多种因素引起，尤其在重症监护病房的患者中更为普遍。近期，AKI也被认定为COVID-19患者的常见并发症。虽然AKI可激活肾脏修复机制，但如果应激反应不适应，可能导致慢性肾病（CKD）的进展。肾小管上皮细胞是AKI中主要受损的部位，具备适应压力的能力。然而，其代谢重塑不足和线粒体功能障碍与肾损伤加重密切相关。

近日，德国马尔堡大学Thomas Worzfeld研究团队在Sci Transl Med发表了题为Glucocorticoids induce a maladaptive epithelial stress response to aggravate acute kidney injury的研究论文，揭示了肌红蛋白导致的肾小管上皮细胞损伤在重症COVID-19患者急性肾损伤中的关键作用，并指出糖皮质激素加重损伤的机制，为改善AKI患者预后提供了新的治疗靶点。

重症COVID-19患者中，急性肾损伤是一种常见且与疾病严重性相关的并发症。尸检分析显示，65%的患者存在肾小管损伤，其中64%出现肌红蛋白铸型，表明肌红蛋白释放与肾损伤有关。数据还显示，80%的重症患者肌酸激酶（CK）水平升高，提示横纹肌溶解症和肌红蛋白尿在重症COVID-19患者中普遍存在。

图 1. 肌红蛋白尿AKI在COVID-19中普遍存在

在AKI中，肾小管上皮细胞（TECs）对肌红蛋白诱导的损伤表现出明显反应。研究表明，肌红蛋白通过内吞作用进入TECs，增加活性氧物质，导致细胞损伤。在使用肾小管上皮类器官模型的实验中，肌红蛋白处理后，TECs上调了氧化应激相关基因和肾小管损伤标记物，并显示出损伤特征。RNA测序结果表明，炎症反应和细胞凋亡信号被激活，部分依赖于NF-κB的作用。此外，肌红蛋白处理显著下调了编码11β-羟类固醇脱氢酶2的Hsd11b2基因，导致生物活性糖皮质激素浓度增加，从而激活TECs中的糖皮质激素受体（GR）。在AKI患者中，GR的核内活性显著增强，说明GR在细胞损伤时发挥了重要作用。

图 2. AKI诱导TEC中GR的激活

在AKI中，尽管糖皮质激素如地塞米松因其强大的抗炎作用而被广泛使用，但其对TECs的直接影响尚不明确。本研究在小鼠模型中探讨了地塞米松对肌红蛋白诱导AKI的作用，结果意外地发现地塞米松不仅未能缓解肾小管损伤，反而加重了损伤并显著恶化了肾功能。此外，地塞米松还促进了肾小管周围纤维连接蛋白的沉积。类似的结果也在其他类型的AKI（如叶酸诱导的AKI）中得到验证。虽然地塞米松减少了损伤引起的单核细胞/巨噬细胞浸润，但其对肾小管损伤的负面影响依然明显。进一步研究表明，在仅由TECs组成的类器官培养中，地塞米松同样加重了肌红蛋白诱导的损伤。这些结果表明，外源性糖皮质激素会加剧TECs的损伤。

图 3. 地塞米松会加重AKI

外源性糖皮质激素对TECs损伤的负面影响促使研究者探讨内源性糖皮质激素在TEC应对损伤中的作用。通过使用药物抑制剂（metyrapone）和特定基因缺失小鼠模型，研究发现，在肌红蛋白诱导的AKI中，抑制糖皮质激素合成显著改善了肾小管损伤和肾功能。此外，TEC中特异性缺失GR同样减轻了肾损伤，并减少了伤害引起的纤维连接蛋白沉积。这些结果表明，内源性糖皮质激素通过激活TECs中的GR来加重细胞损伤。

图 4. 内源性糖皮质激素会促进受伤TEC的适应不良应激反应

为揭示GR激活对TECs造成有害影响的分子机制。通过对肌红蛋白诱导的急性肾损伤小鼠类器官进行RNA测序，发现地塞米松诱导了已知的GR靶基因的表达，但未显示其对TECs的抗炎效果。相反，地塞米松下调了与DNA损伤修复相关的基因，特别是抑制了同源重组修复途径的基因表达。此外，免疫荧光染色显示地塞米松增强了DNA双链断裂的发生，这表明GR信号通路削弱了DNA双链断裂的修复能力，加剧了损伤诱导的DNA损伤。整体结果表明，GR的激活在TECs中不仅抑制了DNA修复，还增加了DNA损伤的积累。

图 5. GR信号转导加剧了TEC中损伤诱导的DNA双链断裂的形成

研究发现，DNA损伤与代谢功能障碍密切相关，而GR信号通路在TECs代谢中发挥重要作用。在肌红蛋白处理的类器官中，地塞米松显著诱导应激反应基因Fkbp51的表达，抑制了mTORC1的活性。实验显示，地塞米松降低了TECs中mTOR活性的标志性蛋白S6磷酸化水平。功能性实验表明，激活mTOR可以抵消地塞米松对TECs损伤的负面影响，而GR缺失则增强了mTOR活性。此外，GR缺失的小鼠TECs在急性肾损伤后表现出更高的蛋白合成。这些数据表明，mTOR抑制是GR介导的TECs适应性应激反应中的一个关键信号枢纽。

图 6. GR信号转导抑制mTOR活性以阻碍TE 的适应性应激反应

研究显示，GR信号通路通过抑制mTOR活性影响肾小管上皮细胞（TECs）的线粒体功能。GR缺失的小鼠在急性肾损伤后，其肾皮质的转录组分析显示与线粒体相关的基因表达上调，且GR缺失的TECs线粒体体积较大，线粒体质量增加。相比之下，地塞米松处理的类器官则表现出线粒体质量的降低，并且抑制了应激条件下的氧气消耗和ATP生产。综上所述，GR的激活抑制了受损TECs的线粒体呼吸和能量生成，突显了GR在AKI中适应性应激反应中的重要性。

总体而言，本研究揭示了GR在AKI中的重要作用，指出内源性糖皮质激素和合成糖皮质激素地塞米松对TECs损伤的加重作用。通过阐明GR信号通路如何导致TECs的适应性失调，抑制DNA修复及降低线粒体功能，本研究为理解COVID-19重症患者AKI的分子机制提供了新视角，并为未来治疗策略的开发提供了潜在靶点。（生物谷Bioon.com）

参考文献：

Zhou L, Pereiro MT, Li Y, et al. Glucocorticoids induce a maladaptive epithelial stress response to aggravate acute kidney injury. Sci Transl Med. 2024;16(767):eadk5005. doi:10.1126/scitranslmed.adk5005