FUNDC1在腎臟疾病中的研究進展

安菲，王麗妍，劉文虎

(首都醫科大學附屬北京友誼醫院腎內科，北京 100050)

腎臟作為機體的重要器官，高度依賴三羧酸循環生成的大量ATP來滿足細胞的代謝所需。線粒體作為細胞的能量中心，其功能障礙可導致腎臟疾病的發生。腎臟疾病早期多具有隱匿性，未經發現及診治可發展至慢性腎臟疾病，給家庭和社會帶來巨大的經濟和醫療負擔。根據世界衛生組織統計，2012年有864 226例死亡病例(占全世界死亡人口的1.5%)歸因于腎臟疾病[1]。隨著人口老齡化的加劇，慢性腎臟疾病的死亡率仍會持續上升，預計2030年將達到14/10萬[1]。目前尋找針對腎臟疾病的新型診斷和治療方法是迫切需要解決的問題。FUN14結構域蛋白1(FUN14 domain containing 1，FUNDC1)最初作為一種新型的線粒體受體蛋白，因其能介導缺氧誘導的線粒體自噬而被發現[2]。隨后，大量研究證明FUNDC1在心血管疾病、神經系統疾病及其他系統腫瘤中均發揮重要作用[3-5]。近年來發現，FUNDC1與腎臟疾病也有密切關聯，可通過調控FUNDC1來改善線粒體功能障礙，其可能成為治療腎臟疾病的分子靶點。現就FUNDC1在腎臟疾病中的研究進展予以綜述，以期為腎臟疾病的相關研究提供理論基礎。

1 FUNDC1的基本結構和功能

1.1FUNDC1的基本結構 FUNDC1包含155個氨基酸，含有3個α螺旋跨膜結構域，其中C端插入線粒體膜間隙內，N端暴露于細胞質中。N端氨基酸序列中包含Y(18)xxL(21)基序，這是一段特征性的微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,LC3)相互作用區，FUNDC1通過LC3相互作用區與LC3相互作用發揮生理功能。通過分餾實驗和針對FUNDC1的特異性抗體免疫染色顯示，內源性FUNDC1只定位于線粒體，該受體在高等真核生物中高度保守，并且在大多數組織中高表達[2]。

1.2FUNDC1參與線粒體-內質網之間的相互作用 細胞器間存在著復雜的信號網絡，通過這些網絡使各個獨立的細胞器建立聯系，最終完成細胞整體的生物學功能。Wu等[6]發現FUNDC1是一種新的線粒體相關內質網膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane,MAM)結構偶聯蛋白，在缺氧條件下通過與內質網鈣聯蛋白相互作用在MAM中富集。MAM是線粒體外膜和內質網膜間的一種緊密接觸，是兩者發生鈣信號轉導、線粒體自噬、脂質代謝、炎癥、氧化應激和細胞凋亡等功能的交互平臺[7]。有研究證實，FUNDC1是MAM形成的必要條件，FUNDC1的消融導致MAM蛋白豐度降低以及線粒體和內質網之間的分離，而FUNDC1與內質網肌醇1，4，5-三磷酸2型受體相互作用構成了蛋白-蛋白橋，連接內質網和線粒體，同時通過內質網肌醇1，4，5-三磷酸2型受體調控MAM相關的鈣分布[8]。因此，FUNDC1通過MAM功能平臺實現了調節線粒體與內質網相互作用的功能。

1.3FUNDC1參與線粒體的質量控制 線粒體質量控制機制是多層次的，包括線粒體蛋白質、細胞器和細胞水平。這類機制由兩種相反的作用調節，即線粒體的生物發生和受損線粒體的消除，兩者共同維持線粒體數量及質量的相對穩定。線粒體消除包括線粒體融合/分裂和線粒體自噬，線粒體融合/分裂可以分離受損線粒體，并維持線粒體成分(如DNA、蛋白質和代謝物)的平衡，線粒體自噬過程負責受損線粒體的降解及再循環[9]。

目前的研究證實，線粒體自噬主要分為兩條經典途徑：磷酸酶及張力蛋白同源物誘導的激酶1/Parkin介導的泛素依賴途徑和線粒體受體蛋白介導的非泛素依賴途徑，FUNDC1即是不依賴泛素介導的線粒體自噬受體蛋白之一[10]。缺氧刺激時FUNDC1的N端LC3相互作用區去磷酸化，LC3相互作用區與LC3相互作用增強，使線粒體選擇性地結合到LC3結構的隔離膜中，隨后通過溶酶體去除線粒體[2]。動力相關蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)、視神經萎縮蛋白1分別是介導線粒體分裂和線粒體融合的主要蛋白，應激條件下，FUNDC1通過去磷酸化促使與視神經萎縮蛋白1的解離以及與Drp1的結合，打破線粒體分裂及融合的平衡，使線粒體分裂成碎片[11]。有研究證明，在缺氧條件下，FUNDC1通過與鈣聯蛋白的作用在MAM中富集，隨著線粒體自噬的進行，FUNDC1/鈣聯蛋白的關聯性減弱，暴露的細胞質環與Drp1相互作用，Drp1因此被招募到MAM中，進而驅動線粒體分裂以響應缺氧應激[12]。在缺氧細胞中敲除FUNDC1、Drp1或鈣聯蛋白可觀察到伸長的線粒體數量增加，自噬體和線粒體的共定位減少，線粒體自噬受阻。線粒體分裂為碎片是發生線粒體自噬的前提條件，FUNDC1被證實是一個整合線粒體融合/分裂和線粒體自噬作用的分子中樞，且在MAM界面完成這一耦合工作。

1.4FUNDC1參與腫瘤的生長 近年來FUNDC1還被證實可以作為一種線粒體蛋白酶的抑制調節因子，控制癌細胞增殖和細胞運動狀態之間的平衡[13]。在體內，E3泛素連接酶Parkin依賴的線粒體自噬是一種公認的腫瘤抑制因子，但FUNDC1在腫瘤疾病中的作用與之不同。事實上，FUNDC1在宮頸癌細胞中的表達高于相鄰的正常組織，FUNDC1高表達與宮頸癌患者的預后呈負相關[14]。在乳腺癌中，FUNDC1被證實可以刺激乳腺癌細胞增殖、遷移和侵襲[15]。因此，在許多研究中FUNDC1可促進體內腫瘤的生長。

2 FUNDC1與腎臟疾病的關系

FUNDC1的多種功能使其與腎臟疾病的關系呈現兩面性。目前研究表明，FUNDC1與腎臟疾病的發生發展取決于腎臟疾病的具體類型、病變部位和發展階段等因素。深入了解FUNDC1與具體腎臟疾病之間的分子機制可能為腎臟疾病的治療提供新思路。

2.1FUNDC1與急性腎損傷(acute kidney injury,AKI) AKI是缺血再灌注損傷(ischemia-reperfusion injury,IRI)、膿毒癥、腎毒性物質等因素在短時間內引起的腎功能快速減退的臨床綜合征，表現為腎小球濾過率快速下降，伴有多種代謝物質的潴留，以及水、電解質和酸堿平衡紊亂，嚴重者出現多系統并發癥。AKI是常見的全球性公共衛生問題，以高患病率和高死亡率為主要特征，在多種致病因素中IRI是臨床導致AKI的最主要原因。線粒體對缺血缺氧極為不耐受，IRI的缺血階段促使腎臟線粒體功能障礙及由此引起細胞和組織壞死。再灌注階段引起腎臟的活性氧產生、細胞內鈣超載等一系列損傷性級聯反應，更進一步加重了腎臟損傷[16]。

Wang等[17]首次發現FUNDC1介導的選擇性線粒體自噬在缺血預處理(ischemia preconditioning,IPC)的腎臟中可以被激活，有利于減輕IRI引起的炎癥、腎小管細胞凋亡和腎功能下降。而特異性敲除近端腎小管FUNDC1的小鼠會消除IPC對腎臟的保護，表明FUNDC1介導的線粒體自噬在IPC相關的腎臟保護中起重要作用。在機制上，IPC需要FUNDC1激活的線粒體自噬來降解定位于線粒體的Drp1，從而消除IRI激活的線粒體分裂。敲除Drp1，則可以逆轉FUNDC1缺失導致的線粒體損傷和IPC的無效反應，揭示了腎缺血再灌注中線粒體自噬與線粒體分裂的關系。一項針對Drp1與缺血再灌注損傷性AKI的研究證實，在野生型小鼠中，Drp1近端小管特異性缺失維持了受損腎臟的線粒體正常結構，減少了氧化應激、炎癥、程序性細胞死亡和腎損傷，促進了腎小管上皮修復[18]。這些研究說明，FUNDC1通過介導線粒體自噬降解Drp1來完成IPC對腎臟的保護作用。Wang等[17]的研究也對IPC誘導的FUNDC1相關線粒體自噬的上游信號分子做了深入探討，蛋白質分析顯示IRI抑制unc-51樣激酶 1(unc-51 like kinase 1,ULK1)和絲氨酸17位點磷酸化的FUNDC1的表達，而IPC可以上調其水平。ULK1基因敲除后，IPC誘導的絲氨酸17位點磷酸化的FUNDC1表達受到抑制，IPC介導的腎臟保護作用消失。該研究數據揭示了IPC通過ULK1激活FUNDC1，從而介導線粒體自噬，ULK1是IPC介導的腎臟保護作用的核心組件。Wu等[19]的研究證明，FUNDC1是ULK1在選擇性線粒體自噬中的一個新底物，ULK1與FUNDC1相互作用，使FUNDC1在絲氨酸17位點磷酸化，增強了FUNDC1與LC3的結合，進一步介導線粒體自噬。總之，FUNDC1介導的選擇性線粒體自噬在IPC介導的腎臟保護中起到了關鍵分子信使的作用，而靶向調控IPC-ULK1-FUNDC1-Drp1軸在AKI臨床管理中的潛力值得深入研究。

膿毒癥也是引起AKI的重要原因。在膿毒癥導致器官功能障礙的研究中發現，與假手術組相比，膿毒癥導致肝損傷組小鼠各時間點的血清丙氨酸轉氨酶和天冬氨酸轉氨酶水平升高、肝組織病理學損傷評分升高，FUNDC1的表達下調，LC3Ⅱ的表達上調，表明膿毒癥誘發小鼠肝損傷的機制可能與抑制FUNDC1/LC3Ⅱ信號通路的激活有關[20]。同樣有研究證實，氫氣通過調節FUNDC1介導的線粒體自噬，可能對膿毒癥造成的肝臟損傷起到治療作用[21]。提示在膿毒癥造成的AKI中，進一步深入探索FUNDC1的相關作用機制具有一定臨床意義。

2.2FUNDC1與糖尿病腎病 糖尿病腎病是糖尿病嚴重的微血管并發癥之一，現已成為全球特別是發達國家慢性腎臟疾病的首要病因，造成了極大的社會負擔[22]。高血糖誘導的代謝紊亂，包括能量利用和線粒體功能障礙，在糖尿病腎病中起著關鍵作用。盡管控制血糖可以緩解糖尿病腎病的發展，但目前尚無可靠的治療方法能夠延遲或預防糖尿病腎病的發生。因此，深入研究糖尿病腎病進展的機制，從而尋找有效防治糖尿病腎病的新方法是目前迫切需要解決的問題。

線粒體Ca2+穩態是維持其功能的基礎，Ca2+超載會造成線粒體功能損害。MAM作為內質網與線粒體溝通的接觸點，可以使內質網中Ca2+流入線粒體，進而調節線粒體的Ca2+平衡。研究表明，多種胰島素信號蛋白，如蛋白激酶B、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)復合物2以及人第10號染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源基因均定位于MAM的接口，提示MAM可能是胰島素信號和活性的重要樞紐[23]。FUNDC1作為一種MAM蛋白，也在MAM這一樞紐結構中發揮重要作用。有研究發現，辣椒素可以激活腎臟足細胞瞬時受體電位通道亞型V1，促進瞬時Ca2+內流[24]。內流的Ca2+作為一種信號分子，通過鈣調素依賴的蛋白激酶β激活AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)。活化的AMPK能夠通過減少足細胞FUNDC1的表達抑制MAM的形成，進一步減少MAM介導的線粒體鈣超載，減輕鈣超載對腎臟的損傷作用，改善糖尿病腎病。FUNDC1過表達則會上調MAM的表達，促進線粒體鈣超載，從而加重線粒體損傷[24]。在這一研究中FUNDC1是糖尿病腎病的一種致病因子，通過作用于AMPK-FUNDC1-MAM軸可以改善糖尿病腎病，這為糖尿病腎病的治療提供了新靶點。同樣，在糖尿病心肌病變中證實高糖驅動AMPK失活增加了FUNDC1的表達，導致異常MAM的形成，線粒體Ca2+增加，誘發線粒體功能障礙和心功能異常。活化AMPK可以通過抑制高糖誘導的MAM形成、線粒體Ca2+超載和線粒體功能障礙逆轉糖尿病心肌病的進展[25]。這一研究再次佐證了AMPK-FUNDC1-MAM軸是糖尿病并發癥的致病通路之一。所以，FUNDC1可能作為糖尿病腎病的治療靶點。

2.3FUNDC1與狼瘡性腎炎 系統性紅斑狼瘡是一種自身免疫性疾病，可以累及全身多器官，通常會損傷腎臟。系統性紅斑狼瘡患者中大約有40%會發生狼瘡性腎炎，大部分在診斷系統性紅斑狼瘡后的5年內發生，終末期腎病發生率為4.3%～10.1%[26-27]。終末期腎病是預測系統性紅斑狼瘡患者死亡率的重要因素[28]。狼瘡性腎炎的病理機制涉及腎臟及腎臟以外的因素，包括異常的T、B淋巴細胞信號轉導，自身抗體產生以及由于遺傳變異和環境因素而導致的細胞因子分泌失調等[29]。

線粒體自噬過程可能限制炎癥因子的分泌，直接調節線粒體抗原呈遞和免疫細胞穩態[30]。線粒體自噬維持線粒體的質量在免疫信號轉導過程中非常重要[31]。越來越多的證據強調了線粒體自噬在調節免疫系統及其參與的炎癥和自身免疫反應中的作用。而自噬調控的關鍵因素之一，mTOR的激活在系統性紅斑狼瘡中的致病作用已得到證實[32]。有研究發現，狼瘡性腎炎患者的腎臟組織中微RNA(microRNA,miRNA/miR)-183水平明顯下調，而miR-183與mTOR信使RNA的含量呈負相關；進一步研究證實，miR-183與雷帕霉素的治療效果一致，可以特異性阻斷mTOR，抑制其下游信號通路，對狼瘡性腎炎起到治療作用[33]。關于mTOR對線粒體自噬的調節機制，有研究證明，mTOR通過與AMPK協同磷酸化調節ULK1的活性來進一步調節線粒體自噬，在葡萄糖饑餓下，AMPK通過Ser317和Ser777的磷酸化直接激活ULK1，促進線粒體自噬；在營養充足的情況下，高mTOR活性通過磷酸化ULK1 Ser757抑制ULK1的激活，并破壞ULK1與AMPK之間的相互作用[34]。有研究報道，缺氧可使ULK1表達上調，引起FUNDC1上Ser17磷酸化，促進線粒體自噬[19]。因此，AMPK/mTOR-ULK1-FUNDC1軸可作為介導線粒體自噬的一條信號通路。另一方面，推測AMPK/mTOR-ULK1-FUNDC1軸介導的線粒體自噬可以作為狼瘡性腎炎治療的靶向信號通路。

3 結 語

線粒體功能障礙與多種腎臟疾病密切相關，因此，減少線粒體損傷、改善線粒體功能障礙是治療腎臟疾病的一種有效手段。但是在不同腎臟疾病的發生和發展過程中，線粒體的詳細調控機制仍不清楚。現有研究發現，線粒體外膜新型受體蛋白FUNDC1與多種腎臟疾病有顯著相關性，需進一步深入探索其在各類腎臟疾病中參與的信號通路及其分子生物學機制，從而為腎臟疾病的臨床治療提供新思路。