急性腎損傷與脂質代謝的研究進展

許由珺，周芳芳，羅群

急性腎損傷（AKI）是臨床常見的急危重癥，發病率高，預后差[1]。近年來研究發現AKI患者可伴有腎臟脂質代謝異常改變，脂質代謝異常也通過多種機制參與AKI的發生發展過程，目前已發現幾種靶向調控脂質代謝藥物可減輕腎臟損傷[2]。本文對AKI與脂質代謝的研究進展進行綜述。

1 正常狀態下的腎臟脂質代謝

腎臟總脂質含量約為腎臟濕重的3%。脂肪酸氧化（FAO）是腎臟首要的能量來源。腎小管細胞攝取脂肪酸的途徑包括三條：一為細胞外攝取，主要是與白蛋白結合的脂肪酸通過受體介導的內吞作用進入細胞，從循環血中攝取脂肪酸的主要轉運體包括脂肪酸轉位酶細胞分化抗原36（CD36），脂 肪 酸 轉 運 蛋 白（FATP）-1，2，4以及脂肪酸結合蛋白（FABP）等。二為細胞質內通過脂肪酸合成酶原位合成。三為在細胞內通過磷脂酶A2（PLA2）對磷脂水解生成[3]。當FAO發生時，細胞內的脂肪酸在輔酶A（CoA）及脂酰CoA合成酶的作用下生成活化的脂肪酰輔酶A（FA-CoA），然后除中、短鏈脂肪酸可直接進入線粒體基質外，長鏈脂肪酸（LCFAs）通過肉堿棕櫚酰轉移酶（CPT）系統轉運至線粒體基質，經脂肪酸 氧化產生能量[4]。LCFAs及超長鏈脂肪酸（VLCFAs）也可在近端小管的過氧化物酶體中進行氧化生成中、短鏈脂肪酸，氧化產物隨后轉運到線粒體中氧化為乙酰CoA及三磷酸腺苷（ATP），其中乙酰CoA進入三羧酸（TCA）循環進行氧化還原反應，生成的還原產物經線粒體電子傳遞鏈（ETC）為ATP的產生提供電化學梯度。在這個過程中酰基輔酶A氧化酶（ACOX）是過氧化物酶體中脂質代謝的限速酶[5]。腎臟細胞內多余的游離脂肪酸也可以合成為三酰甘油在脂質小滴中貯存，在一定條件下經脂肪酶脂解，重新生成游離脂肪酸，經上述代謝途徑產生能量供細胞利用[6]。

2 AKI時的腎臟脂質代謝

AKI發生時，因腎小管細胞缺血缺氧，線粒體出現結構和功能的異常，導致脂肪酸 氧化途徑受到抑制，過量的脂肪酸在腎臟中沉積[7]。在缺血再灌注AKI以及順鉑誘導的AKI中觀察到FAO相關的代謝酶，如CPT及中鏈特異性酰基輔酶A脫氫酶（MCAD）的減少和近端小管細胞內脂質積聚的增加[8]。代謝組學已經證實，缺血再灌注AKI早期甘油水平升高，這表明三酰甘油的酯解為游離脂肪酸的來源之一[9]。脂質組學通過分析AKI發生時相應的脂質代謝譜，可以直觀發現腎臟脂質代謝異常。一項動物實驗通過運用脂質組學觀察到，在缺血再灌注AKI發生6h后，小鼠腎組織中磷脂酰膽堿和磷脂酰乙醇胺含量增加[10]。另一項動物實驗中經脂質組學分析發現，順鉑誘導的AKI造成大鼠腎皮質中56種脂質含量發生改變，在腎髓質中有63種脂質含量發生改變，其中膽固醇酯及神經酰胺含量在皮質和髓質中均有顯著增加[11]。最近一項研究表明，在葉酸誘導的小鼠AKI模型中，脂質組學發現腎臟中磷脂酰肌醇的含量增加[12]。

3 脂質代謝異常參與AKI發生發展的可能機制

脂質代謝異常參與AKI發生發展的可能機制尚不明確。目前認為可能的機制主要為線粒體功能障礙導致的能量生成不足以及過量脂肪酸在腎小管沉積產生的腎臟脂質毒性。

線粒體是腎臟進行FAO的重要場所。線粒體功能障礙時FAO受到抑制導致腎臟能量供應不足。參與調控腎臟線粒體FAO的關鍵因子包括過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR），PPAR共激活因子1（PGC-1），沉默信息調節因子（SIRT），以及腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）等。PPAR通過上調CD36及CTP酶增加脂肪酸的攝取及轉運，并誘導線粒體乙酰CoA脫氫酶的表達，從而加強FAO。PGC-1可調控線粒體生物合成促進脂肪酸 氧化。作為一類煙酰胺嘌呤二核苷酸依賴的去乙酰化酶，SIRT3定位于線粒體基質中，通過脫乙酰作用促進FAO，SIRT5通過抑制過氧化物酶體的ACOX活性進而發揮抑制FAO的作用。AMPK通過磷酸化PGC-1促進線粒體FAO[13]。近來在順鉑誘導的AKI中發現親環素D（CypD）和PPAR在腎近端小管細胞的線粒體中相互作用調節FAO，具體機制為PPAR與CypD的結合導致細胞線粒體易位，繼而引起細胞核易位，導致PPAR調節的下游靶基因轉錄受到抑制，最終引起FAO水平降低[14]。另有研究證實，在順鉑誘導的AKI中，SIRT3還通過去乙酰化肝激酶B1（LKB1)和激活AMPK信號通路進一步調節線粒體FAO[15]。在一項動物實驗中發現，在缺血誘導的AKI和順鉑誘導的AKI中，SIRT5缺陷小鼠與野生型小鼠相比過氧化物酶體中FAO水平增加，腎臟組織損傷較少[16]。AKI發生時腎小管細胞中PPAR及PGC-1表達下調，SIRT活性抑制，線粒體ETC功能障礙，膜電位喪失，活性氧（ROS）釋放增加，導致線粒體FAO水平下降，引起腎臟ATP缺乏[17]。

脂質在非脂肪組織中的過度積累，引起非脂肪細胞的損傷，稱為脂毒性[18]。細胞內游離脂肪酸可能是導致腎臟脂質毒性的主要決定因素[19]。研究發現，在缺血再灌注AKI中是否發生脂毒性取決于脂質沉積的持續時間和程度。在AKI初期，膽固醇和三酰甘油的沉積可能起到穩定細胞膜和抗游離脂肪酸蓄積的保護作用，且三酰甘油本身并無細胞毒性。隨著AKI的進展，腎小管上皮細胞游離脂肪酸含量上升，且腎皮質中膽固醇和三酰甘油含量急劇增加[20]。研究認為，脂毒性參與AKI發生發展的可能途徑為脂質過氧化水平升高。過量的游離脂肪酸可能氧化為脂質過氧化物，引起相關毒性產物脂酰CoA、二酰甘油、神經酰胺的蓄積，進而導致細胞氧化應激水平增加[2]。非酯化脂肪酸（NEFA）可通過解偶聯作用干擾線粒體ETC，也可通過開放線粒體通透性轉換孔，破壞線粒體結構[21]。脂質過氧化還與AKI中的細胞鐵死亡有關，鐵死亡是一種特異性依賴鐵的調節性細胞死亡，細胞脂質過氧化增加為特征之一，大量脂質自由基可破壞含有豐富多不飽和脂肪酸（PUFAs）的細胞膜的結構和功能[22]。

4 靶向調節脂質代謝藥物在AKI治療中的應用

鑒于脂質代謝異常在AKI的發生發展中起著重要作用；因此，針對脂質代謝的靶向治療藥物可能為AKI患者帶來腎臟獲益。目前，針對脂質代謝的靶向藥物包括PPAR激動劑、PGC-1激動劑、AMPK激動劑、丙酰左旋肉堿及CPT-1激動劑等。

PPAR在腎近端小管細胞中表達，不僅可以激活脂肪酸分解代謝，還具有顯著的抗氧化應激，減輕炎癥反應，抑制細胞凋亡的作用。經典的PPAR激動劑為具有降脂作用的貝特類藥物[23]。近來發現褪黑激素可上調PPAR的表達，通過增強FAO水平，減少脂質過氧化發揮腎臟保護作用[24]。

PGC-1也在腎小管細胞中大量表達，一項動物實驗發現，新型PGC-1激動劑ZLN005通過調節下游CPT活性，促進線粒體FAO，降低因缺血再灌注AKI造成的脂毒性[25]。

激活AMPK是恢復線粒體FAO的另一條有效路徑。AMPK的下游靶點包括乙酰輔酶A羧化酶（ACC），ACC誘導乙酰CoA羧化，生成丙二酰CoA，后者是CPT系統的抑制劑。AMPK激動劑使ACC磷酸化，抑制ACC活性，恢復CPT系統活性，并減少細胞凋亡及去分化[26]。新近的研究發現，AKI中的脂質蓄積程度與位于線粒體內膜的解偶聯蛋白-1（UCP-1）高度相關，通過上調UCP-1，可以激活AMPK/ULK1通路，繼而引起細胞自噬增加，顯著延緩AKI進展，UCP-1激動劑是否能成為治療AKI的輔助用藥未來仍需進一步研究[27]。

丙酰左旋肉堿是游離脂肪酸進入線粒體基質的輔助因子。作為一種候選藥物，丙酰左旋肉堿補充劑可能有助于促進線粒體脂肪酸攝取減輕AKI。其可能原因為丙酰左旋肉堿補充劑不僅提升組織肉堿含量，還為線粒體三羧酸循環提供能量代謝的中間產物[28]。

其他藥物還包括CPT-1激動劑C75，在動物實驗中已經觀察到C75可以改善FAO，減輕因缺血再灌注AKI帶來的腎組織損傷。CPT系統在未來有希望成為AKI治療的新靶點[29]。

綜上，多種致病因素引起的AKI均可伴有脂質代謝異常，脂質代謝異常通過多種途徑參與AKI發生發展。應用靶向調控脂質代謝藥物可能是治療AKI的新方式。脂質組學通過分析AKI患者的早期脂質變化，有助于尋找新型早期診斷AKI的生物標志物。