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武汉枢密脑科学技术有限公司
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【客户文章-AAV在肾脏疾病中的研究应用】东南大学刘必成/王彬教授团队揭示27-HC代谢失调增强缺血性AKI中近端肾小管上皮细胞铁死亡敏感性
27 人阅读发布时间：2026-06-16 10:17
急性肾损伤（AKI）是临床常见的危重症，肾小管上皮细胞的缺血性损伤被广泛认为是AKI的主要起始事件。在缺血性AKI过程中，肾小管细胞死亡是关键的早期事件，且伴随大量能量需求。尤其是位于皮髓质区的近端肾小管细胞，因其高代谢需求和有限的氧供，对缺氧特别敏感，易于发生广泛的细胞死亡。近年来，铁死亡（ferroptosis）——一种铁依赖性的、以脂质过氧化和细胞膜破裂为特征的调节性细胞死亡方式——已被证实在缺血性AKI中发挥重要作用。然而，连接肾小管脂质代谢失调与铁死亡之间的确切机制仍不明确，这构成了当前AKI发病机制理解中的关键空白。
近端小管（PT）细胞中的胆固醇失调与肾脂毒性有关。研究表明，AKI后血清胆固醇和甘油三酯升高，其氧化产物可加剧局部炎症反应并导致细胞损伤。值得注意的是，氧化甾醇作为胆固醇的早期氧化中间产物，在非肾脏组织中被发现具有免疫调节或细胞毒性作用，但氧化甾醇在肾脏铁死亡中的具体贡献，尤其是缺血性损伤背景下，尚待充分阐明。
来自东南大学附属中大医院刘必成教授和王彬教授团队在Journal of the American Society of Nephrology（JASN）期刊上发表了题为“Metabolic Dysregulation of 27-Hydroxycholesterol Sensitizes Proximal Tubular Epithelial Cells to Ferroptosis in Ischemic Acute Kidney Injury”的研究成果，创新性地采用单细胞RNA测序、空间转录组学与靶向代谢组学等多组学整合策略，系统解析了近端直小管（PST）细胞在肾脏缺血再灌注损伤（IRI）早期的时空动态代谢重塑规律。研究团队发现，缺血导致降解27-羟基胆固醇（27-HC）的关键酶CYP7B1显著下调，致使27-HC在PST中特异性蓄积。在分子层面上，蓄积的27-HC作为内源性配体直接激活雌激素受体α（ERα），引发下游促铁死亡蛋白血红素加氧酶1（HMOX1）的异常激活，进而增加肾PST细胞对铁死亡的敏感性，阻碍其正常修复。利用腺相关病毒（AAV）在小鼠肾脏过表达Cyp7b1可有效促进27-HC降解，全面减轻缺血性AKI的进展。该发现首次揭示了CYP7B1/27-HC代谢轴在调节肾脏铁死亡中的关键作用，为阻断AKI向慢性肾脏病（CKD）转变提供了全新的转化医学靶点。
1、外髓外带的PST对肾缺血损伤最为敏感
为明确AKI向CKD进展的空间异质性特征，研究团队对小鼠单侧缺血再灌注（UIR）模型不同时间点的肾脏组织开展空间转录组分析，并结合既往单细胞测序数据解析肾脏分区。无监督聚类将肾脏划分为皮质、外髓外带、外髓内带、内髓四个区域，其中基于炎症和纤维化相关基因表达计算的损伤评分显示，外髓外带在UIR后所有时间点的损伤程度均最高，肾损伤标志基因Havcr1在此区域特异性高表达，与该区域的缺血易感性完全匹配。空间转录组进一步证实，外髓外带主要由PST细胞构成，损伤后该细胞特征性标志基因Slc27a2的表达显著降低，提示细胞发生去分化损伤。
研究同时纳入健康人、AKI及CKD患者的肾活检样本进行免疫荧光验证，结果显示SLC27A2在AKI早期与肾损伤标志物VCAM1共定位，在CKD晚期则与纤维化标志物COL1A1共定位。上述结果明确了AKI向CKD进展的区域动态变化，证实外髓外带的PST细胞是缺血性肾损伤的核心易感细胞群体，为后续机制研究锁定了靶细胞类型。
图1. UIR后近端肾小管细胞损伤的时空动态变化
2、损伤后的PST细胞在UIR后对铁死亡高度敏感
研究团队进一步对20余万PT细胞进行聚类，并从中聚焦PST细胞，将其进一步划分为9个亚群。其中PST-5亚群在UIR后第1天占比从5%急剧升至17%，随后持续下降，符合“修复失败型PT”的表型特征，且持续高表达Havcr1、Vcam1等损伤标志基因。细胞死亡通路评分显示，铁死亡是AKI向CKD进展中PT细胞最主要的死亡方式，而PST-5的铁死亡评分显著高于其他亚群。与之相印证，铁死亡关键调控蛋白ACSL4在PST-5中呈特异性高表达。
免疫荧光证实，在AKI患者及小鼠肾脏中，VCAM1、SLC27A2与ACSL4共定位于PST细胞，且三者表达水平与血清肌酐呈正相关。动物实验显示，单侧及双侧缺血再灌注（uIRI、bIRI）小鼠肾脏中，肾小管损伤标志物VCAM1、KIM1上调，铁死亡抑制蛋白GPX4下调，且这些变化具有肾小管细胞特异性。以上结果证实，修复失败型PST细胞在缺血损伤后对铁死亡高度敏感。
图2. UIR后PST细胞对铁死亡的高敏感性
3、受损的PST细胞在AKI后下调CYP7B1表达以富集27-HC
团队进一步探究了修复失败型PST细胞形成的代谢驱动因素。RNA速率分析显示PST-4是PST-5的前体细胞，基因本体（GO）富集分析表明PST-4亚群的胆固醇代谢通路显著活化。靶向代谢组学发现，小鼠肾脏中27-HC在缺血后第1天急剧升高，第3天逐渐下降，慢性期恢复正常，这一趋势与PST细胞的动态变化相吻合。
在胆固醇代谢通路中，CYP27A1催化胆固醇生成27-HC，而CYP7B1负责将27-HC进一步代谢清除。单细胞测序显示，缺血早期Cyp27a1表达无显著变化，而Cyp7b1表达显著下调，且CYP7B1是PST-4亚群的特异性标志物。空间转录组、蛋白质印迹及免疫荧光实验进一步验证，CYP7B1在uIRI、bIRI小鼠AKI早期肾脏组织及缺氧处理的HK2细胞(人近端肾小管上皮细胞系)中均显著降低，AKI后慢性晚期Cyp7b1表达持续处于低水平，而Vcam1表达升高。以上结果表明，PST细胞通过下调Cyp7b1促进27-HC异常蓄积，该过程在缺血性AKI早期尤为关键。
图3. PST细胞中CYP7B1缺失导致27-HC蓄积
4、27-HC增强PST细胞对铁死亡的敏感性
体外实验表明，27-HC处理HK2细胞可剂量依赖性降低细胞活力，下调GPX4和CYP7B1蛋白水平，同时上调促铁死亡酶HMOX1及27-HC的天然配体ERα，并诱导脂质过氧化和胞内脂质蓄积，证实27-HC可直接增强细胞对铁死亡的敏感性。进一步构建稳定过表达CYP7B1的HK2细胞系，结果显示CYP7B1基因过表达可显著降低细胞27-HC水平，减少ACSL4表达和脂质过氧化，恢复GPX4水平，表明CYP7B1过表达可抑制铁死亡。
机制研究显示，27-HC与雌二醇（E2）同为ERα配体，但二者结合ERα后对下游HMOX1的调控效应截然相反：27-HC上调HMOX1表达，而E2则抑制HMOX1。蛋白互作分析和免疫共沉淀证实ERα与HMOX1存在直接相互作用。此外，转录因子Atf3可结合Cyp7b1启动子并抑制其转录；敲低Atf3可恢复Cyp7b1水平，下调Acsl4和Hmox1，减轻缺氧复氧诱导的铁死亡。综上，27-HC是强效的铁死亡诱导剂，其胞内丰度受CYP7B1调控，并通过ERα-HMOX1通路决定缺血后PST细胞的铁死亡敏感性。
图4. 27-HC增强PST细胞对铁死亡的敏感性
5、体内过表达Cyp7b1通过下调27-HC减轻肾脏IRI损伤
为验证CYP7B1/27-HC轴的体内治疗潜力，研究团队通过肾实质原位注射AAV载体，在小鼠肾脏实现Cyp7b1特异性过表达。结果显示，Cyp7b1过表达可显著降低肾脏组织27-HC水平，有效改善IRI小鼠的肾功能（血清肌酐、血尿素氮水平显著降低），同时减轻了肾组织病理损伤和纤维化程度。透射电镜及分子检测证实，Cyp7b1过表达可显著抑制肾组织中的铁死亡，表现为胞内脂质蓄积减少、Acsl4和Hmox1下调、Gpx4上调。上述动物实验结果证实，体内过表达Cyp7b1可通过降解27-HC、抑制铁死亡，发挥显著的肾保护作用，提示CYP7B1/27-HC轴可作为缺血性AKI的潜在干预靶点。
图5. 体内过表达Cyp7b1减轻IRI损伤
✦ 总结
该研究依托多组学联合体内外功能实验，首次阐明CYP7B1/27-HC/ERα/HMOX1信号轴调控缺血性AKI PST铁死亡的新机制：缺血损伤造成PST细胞Cyp7b1表达下调，促使27-HC大量蓄积；27-HC作为内源性配体结合ERα并上调Hmox1，通过扰乱铁稳态、加重脂质过氧化增强细胞铁死亡敏感性，造成肾小管修复障碍，驱动AKI向CKD演进。研究首次建立了胆固醇代谢紊乱与肾铁死亡的直接因果关联，拓宽了缺血肾损伤的研究思路。当然研究也存在一定局限：尚未利用基因敲除模型验证内源Cyp7b1生理作用，AAV在肾脏不同细胞类型中的转染模式需细化。后续可围绕该通路开发CYP7B1激动剂、27-HC或HMOX1靶向药物，助力缺血性AKI新药研发。
图6. CYP7B1/27-HC轴调控PST细胞铁死亡敏感性模式图
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