據(jù)統(tǒng)計，在60歲以上的成年人中，每4個人就有1人患有慢性腎臟�。–KD），它的特點是腎臟功能喪失和纖維化。急性腎損傷通常是可逆的，因為腎小管上皮細胞（TEC）擁有強大的再生能力，不過當腎臟過度損傷時，TEC也無能為力，纖維化和炎癥隨之而來，導(dǎo)致腎臟功能持續(xù)受損。

如何促進腎臟再生，這自然成為一個研究熱點。近日，杜克-新加坡國立大學(xué)醫(yī)學(xué)院等機構(gòu)的研究人員發(fā)現(xiàn)TEC中的IL11信號通路是腎臟再生停滯的一個關(guān)鍵病理因素，并表明IL11是一個潛在的治療靶點，有望恢復(fù)腎臟的內(nèi)源性再生。這項研究成果發(fā)表在《Nature Communications》雜志上。
 

圖片來源：《Nature Communications》

研究材料與方法
在這項研究中，研究人員在葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷小鼠模型上開展了一系列分析，并在單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）小鼠模型上驗證了結(jié)果。研究者還使用了Il11-EGFP小鼠（賽業(yè)生物提供）以及TEC特異性的Il11ra1敲除小鼠。研究者通過western blot分析TEC和腎臟組織內(nèi)多個蛋白的表達水平，還通過羥脯氨酸分析（HPA）檢測了膠原蛋白含量，以此來評估腎臟纖維化水平。

技術(shù)路線
01 腎小管上皮細胞在受損后產(chǎn)生IL11，并在IL11誘導(dǎo)下發(fā)生間質(zhì)轉(zhuǎn)化
02 ll11^−/−小鼠可免受急性腎損傷的影響，而IL11中和抗體可預(yù)防或治療急性腎損傷
03 IL11通過ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信號軸，刺激腎小管上皮細胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化
04 在人類慢性腎臟病模型中，IL11中和抗體逆轉(zhuǎn)了腎臟病變，并促進了腎小管上皮細胞增殖

研究結(jié)果
1.IL11誘導(dǎo)了腎小管上皮細胞的間質(zhì)轉(zhuǎn)化
在腎臟纖維化進程中，TEC經(jīng)歷部分上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（pEMT），失去了上皮細胞的表型，又不具備完全的間質(zhì)細胞表型。當腎臟受傷時，TEC是增殖還是轉(zhuǎn)化，這決定了腎臟是再生還是結(jié)疤。研究人員不久前發(fā)現(xiàn)，白細胞介素11（IL11）是成纖維細胞的促纖維化因子，而且IL11還促進了小鼠急性腎損傷模型中的腎臟纖維化。因此，研究者假設(shè)IL11能激活EMT所需的ERK信號通路，是造成腎臟疾病的病理因素。

為了探索受損腎臟中的IL11來源，研究人員使用了賽業(yè)生物提供的轉(zhuǎn)基因小鼠，在Il11基因座中敲入EGFP基因。在急性腎損傷后，IL11首先在上皮中被檢測到，之后主要在間質(zhì)中表達。在使用pEMT誘導(dǎo)劑TGFβ刺激TEC后，研究者發(fā)現(xiàn)這強烈誘導(dǎo)了IL11的分泌，表明在經(jīng)歷pEMT的TEC中，IL11的活性存在一個自分泌環(huán)。當IL11刺激TEC時，STAT3激活，SNAI1增加，上皮細胞標志物E-Cadherin減少，表明IL11誘導(dǎo)了TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化。

之后，研究人員對受到IL11刺激的TEC進行RNA測序。主成分分析（PCA）顯示了整個時間進程中的基因表達變化。一系列基因標志物有明顯增加，包括TGFβ信號、IL6/JAK/STAT3信號、mTORC1信號、炎癥和IFNγ反應(yīng)等，表明IL11誘導(dǎo)了TEC的促炎和間質(zhì)基因表達。

2.IL11中和抗體可預(yù)防和治療急性腎損傷
接下來，研究人員使用了Il11敲除小鼠（KO）和野生型對照小鼠（WT），通過腹膜內(nèi)注射葉酸來誘導(dǎo)急性腎損傷。結(jié)果表明，WT小鼠腎臟中的Il11 mRNA和IL11蛋白水平增加，但在KO小鼠中沒有檢測到。在葉酸誘導(dǎo)后28天，與KO小鼠相比，WT小鼠的腎臟明顯更小，重量更輕，膠原蛋白含量更高，纖維化程度更高（圖1）。在WT小鼠的腎臟中，間充質(zhì)細胞標志物αSMA和纖連蛋白（FN1）上調(diào)，而KO小鼠中沒有。這些數(shù)據(jù)表明，ll11敲除小鼠可免受急性腎損傷的影響。
 

Il11敲除小鼠免受急性腎損傷的影響^[1]

為了確定IL11中和抗體（X203）是否會在嚴重腎損傷后保護腎臟結(jié)構(gòu)和功能，研究人員在小鼠身上開展試驗，在注射葉酸前一天使用X203。通過生化分析和組織學(xué)分析，研究者發(fā)現(xiàn)這種預(yù)防性的X203治療方案使得小鼠腎臟膠原蛋白減少，而且血尿素氮（BUN）和血清肌酐水平下降，反映了腎臟功能的改善（圖2）。同時，X203還能夠降低炎癥、纖維化和腎小管損傷標志物。另一種市售的抗體MAB218也能發(fā)揮類似作用，但不如X203有效。此外，即使在腎臟損傷后三天施用X203，這種抗體也能治療急性腎損傷。

TGFβ對TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化、腎臟纖維化和腎衰竭也很重要，因此研究人員想比較X203和TGFβ抗體（克隆號1D11）在急性腎損傷模型中的作用。研究者發(fā)現(xiàn)，X203和1D11治療均能夠減少腎臟纖維化，但X203減少纖維化的幅度更大（圖2）。此外，1D11治療雖然能夠減少腎臟纖維化，但會加劇炎癥和腎小管損傷。相比之下，X203不存在這些副作用。
 

X203、MAB218和TGFβ抗體在急性腎損傷后的療效比較^[1]

此后，研究人員還用單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）模型開展了一組單獨的實驗，這個模型與葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷模型完全不同。研究者發(fā)現(xiàn)，IL11在損傷后的TEC中同樣上調(diào)，并在上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和腎臟纖維化中發(fā)揮核心作用。同樣地，IL11中和抗體X203可以逆轉(zhuǎn)腎臟纖維化，并降低炎癥和腎小管損傷。

3.IL11中和抗體可逆轉(zhuǎn)慢性腎臟病
為了探討IL11在TEC中的作用機制，研究人員接下來在人類原代腎臟TEC上開展了一系列實驗。在信號水平上，研究者發(fā)現(xiàn)TGFβ1和IL11均增加了pERK、pp90RSK、pGSK3β、SNAI1、ZEB和αSMA的表達，并下調(diào)了E-Cadherin、Cyclin D1和PCNA。同時，對pEMT和腎臟疾病很重要的多個因子都能夠誘導(dǎo)TEC分泌IL11，并上調(diào)Collagen 1、SNAI1和αSMA。這些數(shù)據(jù)表明，IL11通過ERK/p90RSK/GSK3β/SNAI1信號軸，刺激人類腎臟TEC的間質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而促進腎臟纖維化。

研究人員猜想，抑制TEC中的IL11信號傳導(dǎo)應(yīng)該能防止腎臟損傷，于是研究者構(gòu)建了特異性敲除TEC中Il11ra1的小鼠（CKO），并將這些小鼠用于葉酸誘導(dǎo)的急性腎損傷模型。與對照組相比，CKO小鼠的致病信號減少，間質(zhì)和上皮標志物的變化減弱，并能夠避免損傷誘導(dǎo)的炎癥、腎臟纖維化和腎衰竭（圖3）。
 

腎小管上皮細胞中Il11ra1的敲除避免了急性腎損傷^[1]

最后，研究人員在人類慢性腎臟病模型中測試了IL11抗體療法。研究者發(fā)現(xiàn)，X203促進了TEC的增殖和腎臟實質(zhì)的再生，逆轉(zhuǎn)了腎臟纖維化和pEMT表型，恢復(fù)了腎臟的重量和功能。

研究結(jié)論
總的來說，以上數(shù)據(jù)表明，IL11誘導(dǎo)的腎小管上皮的間質(zhì)轉(zhuǎn)化是一種重要的腎臟病理因素。IL11抗體可預(yù)防、治療和逆轉(zhuǎn)急性腎損傷和慢性腎臟病小鼠模型中的腎臟功能障礙。這表明IL11是一個潛在的治療靶點，有望促進病變腎臟中的內(nèi)源性修復(fù)。

原文檢索：
[1]Widjaja, A.A., Viswanathan, S., Shekeran, S.G. et al. Targeting endogenous kidney regeneration using anti-IL11 therapy in acute and chronic models of kidney disease. Nat Commun 13, 7497 (2022). https://doi.org/10.1038/s41467-022-35306-1