MUTYH在急性肾小管损伤中的作用及机制研究

Renal tubular epithelial cells (RTEC) are the major damaged cells of AKI. Mitochondrial dysfunction is the initial event of renal tubular epithelial cell injury, but the specific mechanism is not clear. Human MutY DNA glycosylation enzyme (MUTYH) is one of the key glycosylation enzymes to repair 8-oxoG. MUTYH is highly expressed in kidney and functions for the repair of damaged DNA. Between two types of MUTYH, type-1 MUTYH has a mitochondrial targeting sequence (MTS), which leads to its location in mitochondria and protection of mitochondrial DNA. Our preliminary data showed that MUTYH was significantly reduced in AKI mice model and kidney tissues of clinical AKI children. Meanwhile, overexpression of MUTYH can inhibit apoptosis and mitochondrial dysfunction in renal tubular epithelial cells following cisplatin treatment. In addition, promoter analysis showed multiple binding sites of transcription factor MEIS1 in MUTYH promoter region. Overexpression of MEIS1 promoted MUTYH transcription. Moreover, both MEIS1 and MUTYH were downregulated in AKI mouse models. Together, we hypothesized that the various insults of AKI, such as toxins, ischemia and hypoxia, reduced MEIS1 expression to inhibit MUTYH transcription, which could induce mitochondrial dysfunction and renal tubular epithelial cell injury. In the present study, employing the models of animal, cell and molecule, we will fully investigate the role of this pathway in acute renal tubular injury, which will provide new insights into the prevention and treatment of AKI.

肾小管上皮细胞（RTEC）是AKI的主要受损细胞。线粒体功能障碍参与了RTEC损伤的发生，但具体机制尚不明确。人类MutY DNA糖基化酶（MUTYH）是一种修复8-oxoG的关键酶，可修复受损mtDNA。其I型蛋白产物有线粒体靶信号，定位于线粒体，维持线粒体基因组的稳定，在肾组织有较高表达。预实验发现AKI小鼠及临床AKI患者肾组织MUTYH表达下调，过表达MUTYH可抑制顺铂诱导的RTEC凋亡和线粒体功能障碍；生物信息学分析显示转录因子MEIS1在MUTYH启动子区有结合位点，过表达MEIS1促进了MUTYH转录，且两者在AKI小鼠肾脏的表达调控方向一致。由此推测：在毒素、缺血缺氧等因素作用下，MEIS1的下调抑制了MUTYH转录，引发线粒体功能障碍，诱导了RTEC损伤及AKI的发生。本课题将在动物、细胞和分子水平深入研究这一通路在急性肾小管损伤中的作用，为临床防治AKI提供新视点。

MUTYH是一种参与DNA修复的糖基化酶，在人体细胞中存在两种类型的蛋白变体，I型MUTYH定位于线粒体并参与线粒体DNA的修复；II型MUTYH定位于细胞核，在碱基错配切除修复（BER）中起关键作用。但是MUTYH在急性肾损伤（AKI）中的作用尚不清楚。我们的研究发现顺铂或者缺氧诱导的AKI细胞、动物模型中以及AKI患者的肾脏中，MUTYH的蛋白水平显著下调。在体外肾小管上皮细胞中敲低MUTYH，加重了顺铂诱导的细胞凋亡、氧化应激及线粒体功能障碍。过表达I型MUTYH，对顺铂诱导的细胞损伤几乎没有保护作用，而过表达II型MUTYH可显著减轻顺铂诱导的细胞凋亡及氧化应激。在体内使用MUTYH基因敲除小鼠，制备顺铂模型。结果发现，MUTYH敲除加重了顺铂诱导的肾功能不全，与野生型小鼠相比，MUTYH敲除小鼠血清肌酐和血尿素氮水平更高，KIM-1和NGAL等肾小管损伤标记物表达进一步增加，细胞凋亡数量显著增多。此外，MUTYH缺失导致进一步8-oxoG的累积（表明更严重的氧化性DNA损伤）和线粒体功能障碍的加重。另外，通过尾静脉高通量注射I型和II型MUTYH过表达质粒，发现过表达II型MUTYH显著改善了顺铂诱导的细胞凋亡和氧化应激，而I型MUTYH几乎没有作用，与体外细胞实验一致。在机制上，我们预测到Meis1为MUTYH调控的靶基因，所以我们开展了Meis1在AKI中的部分研究，通过尾静脉高通量注射Meis1质粒过表达Meis1，制备顺铂及缺血再灌注损伤模型，结果发现过表达Meis1在顺铂及缺血再灌注损伤诱导的AKI中没有作用。由此推测，Meis1可能不是MUTYH的上游。综上所述，我们的结果证明AKI后MUTYH的降低显著加重了DNA损伤和线粒体功能障碍，导致AKI的进展；而Meis1可能不是其上游机制，AKI后MUTYH下调的机制需进一步研究。

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