劉必成教授團隊揭示MSC細胞外囊泡保護缺血性腎損傷的全新機制

近日，東南大學附屬中大醫院腎臟內科主任醫師，東南大學首席教授、腎臟病研究所所長劉必成教授團隊在國際權威期刊《Journal of Nanobiotechnology》（IF 12.6）上發表了一項重要研究成果。該研究首次系統揭示了MSC-EVs通過調控膽固醇代謝關鍵通路，抑制腎小管細胞發生“鐵死亡”的新型保護機制，為急性腎損傷的精準治療提供了重要理論依據。該論文共同第一作者為楊琴博士和張奕琳博士，共同通訊作者為劉必成教授和湯濤濤副研究員。該工作獲得了國家自然科學基金重點項目及科技部重點研發計劃等資助。

急性腎損傷（AKI）是臨床上一種常見且危險的急危重癥，具有發病率高、病情進展快的特點。目前，臨床上仍缺乏能夠精準靶向治療AKI的有效手段。近年來，間充質干細胞來源的細胞外囊泡（MSC-EVs）作為一種無細胞新型治療策略，在腎臟保護方面展現出良好前景。然而，其具體作用機制一直未被闡明。該研究團隊在經典的缺血再灌注（IRI）誘導的AKI小鼠模型中發現，MSC-EVs能夠優先富集于受損的腎組織，顯著降低反映腎損傷的關鍵指標Scr和BUN水平，并有效減輕腎小管結構的損傷（圖1）。

圖1 MSC-EVs顯著減輕腎損傷和改善腎功能

MSC-EVs顯著改善AKI后的血肌酐和尿素氮水平，PAS染色提示治療后腎小管上皮細胞腫脹、空泡樣變、壞死及管型形成等病理改變減輕，腎損傷評分降低，同時MSC-EVs治療使小管細胞完整性得到改善，完整LTL+小管數量增加。

為進一步揭示其作用機制，團隊進行了轉錄組分析，發現AKI發生后，腎臟內的脂質及類固醇代謝通路出現嚴重紊亂。值得注意的是，一種名為“膽固醇25-羥化酶（CH25H）”的酶及其代謝產物“25-羥基膽固醇（25HC）”在受損腎臟中顯著積累。而MSC-EVs治療可有效抑制CH25H的表達，降低25HC水平，使代謝紊亂狀態得以恢復。體外細胞實驗進一步證實，在缺氧/復氧（H/R）條件下，腎小管上皮細胞（HK-2）中25HC水平在早期即顯著升高，提示CH25H/25HC軸在缺血性損傷的早期階段即被激活，可能扮演關鍵角色（圖2）。

圖2 MSC-EVs調節IRI后腎臟類固醇代謝

GO富集分析顯示MSC-EVs調控代謝相關通路，類固醇代謝途徑在 IRI后發生明顯改變，MSC-EVs 可通過抑制CH25H表達并減少其代謝產物 25HC 的積累，從而調控類固醇代謝通路。

該研究團隊通過GO富集分析確認，MSC-EVs主要調控代謝相關通路，尤其是類固醇代謝通路。為明確25HC對腎小管細胞的具體損傷機制，團隊用不同濃度的25HC處理HK-2細胞。結果顯示，25HC顯著降低細胞活力，且其毒性作用主要通過“鐵死亡”途徑實現。具體表現為：鐵死亡關鍵分子ACSL4與HMOX1顯著上調，而抑制鐵死亡的核心蛋白GPX4下調，同時伴隨活性氧（ROS）和脂質過氧化水平升高，以及典型的線粒體超微結構損傷。在動物模型中，MSC-EVs治療不僅改善了腎功能，還逆轉了CH25H/25HC的異常積累及鐵死亡相關分子的異常表達。而額外補充25HC，則可部分抵消MSC-EVs的保護作用，進一步證實CH25H/25HC軸是MSC-EVs發揮腎臟保護作用的關鍵靶點（圖3）。

圖3 MSC-EVs通過靶向CH25H/25HC軸減輕缺血再灌注誘導的鐵死亡

在體內缺血再灌注損傷模型中，MSC-EVs顯著改善小鼠生存狀況和腎功能，減輕腎小管結構損傷。MSC-EVs可有效抑制鐵死亡相關分子異常表達，降低脂質過氧化水平及氧化應激反應，從而緩解腎組織損傷，25HC聯合干預消弱MSC-EVs保護作用，加重腎損傷和鐵死亡。

為闡明MSC-EVs如何抑制CH25H表達，該研究團隊對MSC-EVs內的miRNA進行了測序分析，篩選出高豐度的候選miRNA，并結合靶基因預測，鎖定了一個可調控CH25H的關鍵miRNA—miR-26b-5p。通過雙熒光素酶報告基因實驗，證實miR-26b-5p能夠直接結合CH25H基因的3′UTR區域，從而抑制其表達。進一步的功能實驗表明，當抑制MSC-EVs中的miR-26b-5p后，MSC-EVs對CH25H/25HC軸的調控作用以及對鐵死亡的抑制能力均顯著減弱。這一結果明確揭示：miR-26b-5p是MSC-EVs介導代謝調控與腎小管保護效應的核心功能性分子（圖4）。

圖4 外泌體來源的miR-26b-5p通過調控 CH25H/25HC 軸抑制腎缺血再灌注損傷誘導的鐵死亡。在體內IRI小鼠模型中，陰性對照的NC-EVs顯著改善腎功能、減輕腎小管損傷并降低腎損傷標志物表達，而miR-26b-5p敲除的inhi-EVs未表現出明顯保護作用。同時NC-EVs可有效抑制鐵死亡相關變化，包括降低脂質過氧化水平、減少脂滴積聚并恢復鐵死亡相關蛋白ACSL4/GPX4表達，而inhi-EVs則未能發揮上述作用。

該研究從“代謝調控”與“鐵死亡”兩個前沿角度，系統闡明了CH25H/25HC軸在缺血性急性腎損傷中的關鍵致病作用，首次揭示了MSC-EVs通過遞送miR-26b-5p精準抑制該代謝軸、從而保護腎臟的全新機制（圖5）。

圖5 MSC-EVs通過miR-26b-5p調控膽固醇代謝抑制腎臟鐵死亡的作用機

該研究團隊的這一發現不僅深化了對MSC-EVs治療機制的理解，更提出了一種以“代謝干預”為核心的鐵死亡抑制策略。它為缺血性急性腎損傷，乃至其他與鐵死亡相關的腎臟疾病的精準治療，提供了新的理論依據和潛在藥物靶點，具有重要的科學價值與臨床轉化前景。（編輯 崔玉艷 校對 劉敏 編審 程守勤）