线粒体功能障碍与慢性肾脏病
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线粒体功能障碍介导肾小管上皮细胞EMT
线粒体功能 障碍直接介 导小管上皮 细胞EMT
Cntl
Albumin
Alb+MnTBAP
保护线粒体功能，阻断 醛固酮和白蛋白诱导的 肾小管上皮细胞EMT
线粒体功能障碍机制
P66shc与线粒体功能障碍及EMT
醛固酮诱导p66shc磷酸化
Am J Physiol Renal Physiol. 2010;298(5):F1214-21
结论
线粒体 功能障碍
Vicious Circle
NLRP3炎症小体活化
肾组织病理损伤
第四部分
线粒体功能障碍 与CKD分子靶标
科学问题
?
线粒体功能障碍能否成为慢性肾脏病 早期诊断及干预的分子靶标
模式识别受体(PRR)：通过识别PAMPs 和DAMPs，激活下游信号通路，引起炎 症反应及免疫应答
Toll样受体 (TLRs) 视黄酸诱导基因-1 样受体 (RLRs) NOD 样受体 (NLRs)
Pediatric Research. 2012;71:626-632
研究背景
线粒体与NLRP3炎症小体活化
白藜芦醇通过阻断线粒体功能障碍降低醛固酮灌注小鼠蛋白尿和足细胞损伤
结论
SIRT1
Ac
X
Ac
PGC-1
Ac
inactive
PGC-1
active
线粒体功能障碍
第二部分
线粒体功能障碍 与小管细胞损伤
研究背景
细胞表型转化与CKD
EMT
Proinflammatory cytokines, growth factors, VEGF
线粒体功能障碍与FSGS
2000年，Doleris LM等首次报道了4例线粒体细胞病患者同 时并发有局灶节段性肾小球硬化 (FSGS)
线粒体功能障碍与足细胞损伤和蛋白尿
在醛固酮灌注肾损伤模型及体外培养的肾小球足细胞中，线粒体功能 障碍先于蛋白尿和足细胞损伤
科学问题
Aldostrone Mitochondrial Podocyte Treatment Dysfunction Injury
致病 因素
细胞核
ATP 能量
无ATP及能量
Mitochondria: checkpoint of cell life and death
线粒体结构与功能
线粒体是体内ROS产生的最主要来源
Circ Res. 2007 Mar 2;100(4):460-73.
mtDNA复制与转录
功能： 能量工厂 活性氧(ROS) 编码13种呼吸链蛋白
研究假说
线粒体功能障碍
1
线粒体功能障碍 是否介导了慢性 肾脏病的早期发 生与进展？
2
线粒体功能障碍 介导慢性肾脏病 早期发生与进展 的分子机制？
3
线粒体功能障碍能 否成为慢性肾脏病 早期诊断与干预的 分子靶标？
研究内容
线粒体功能障碍与肾足细胞损伤 线粒体功能障碍与小管细胞损伤 线粒体功能障碍介导肾损伤机制 线粒体与慢性肾病早期诊治靶标
Harambat J, et al. Pediatr Nephrol. 2012 Warady BA. Pediatr Nephrol. 2007
科学问题
肾小球足细胞
节点前移
足细胞损伤
肾小球硬化
始发机制 早期干预
高血压 RAS活化 炎症介质，等
肾小管上皮细胞
上皮细胞损伤
肾小管间质纤维化
复合体I（NADH脱氢酶的 ND1-6和ND4L亚基）
复合体III（细胞色素b） 复合体IV（细胞色素氧化酶
I、II、III亚基） 复合体V（ATP酶6、8亚基）
PGC-1
致病因素：
免疫炎症 高糖 RAAS活化 缺氧，等
线粒体功能障碍
Vicious Circle
线粒体 功能障碍
Podocyte Injury
SIRT1
Resveratrol CR Fasting
线粒体功能障碍的分子机制
SIRT1与PGC-1活性调控
醛固酮抑制肾小球足细胞中SIRT1表达
SIRT1过表达或白藜芦醇诱 导SIRT1活化，增加PGC-1 表达，并抑制PGC-1乙酰 化，活化PGC-1
线粒体功能障碍的分子机制
EMT in Aldo treated RTEC
Albumin induced EMT in RTEC
EMT in kidney in albuminoverload mice
肾小管上皮细胞线粒体功能障碍
醛固酮诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍 白蛋白诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍
线粒体功能障碍与EMT
Niranjan T, et al. Nat Med. 2010 Rutledge JC, et al. Nat Rev Nephrol. 2008
肾脏
研究背景
线粒体与肾脏固有细胞
肾小球
肾小球足细胞
肾小管
肾小管上皮细胞
线粒体：细胞生与死的开关
正常：细胞内能量工厂 疾病：细胞死亡的促发器
糖 氧气
功能障碍
线粒体功能障碍与慢性肾脏病
—— 从基础研究到临床转化
张爱华
南京医科大学附属南京儿童医院
研究背景
慢性肾脏病已成为我国严重的公共健康问题
患病率10.8%
患病人数达到 1.195亿
儿童平均存活20年
成人透析患者5年 生存率34%
儿童：人群总死亡率的 30-150倍
成人：居民十大死因之一
敲低内源性p66shc，阻断醛固酮诱 导的肾小管上皮细胞线粒体功能障 碍和EMT
线粒体功能障碍机制
SIRT1/PGC-1
mtDNA/18srRNA
1.2
0.9
D
*
*
0.6
0.3
0.0 Cntl 24h 48h 72h
敲 低 内 源 性 PGC1 ， 诱 导 肾 小 管 上皮细胞线粒体功 能障碍和EMT
过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的肾小管上 皮细胞线粒体功能障碍和EMT
线粒体功能障碍机制
SIRT1/PGC-1
JC-1 590/520 (fold over control)
2.0
#
1.5
1.0
0.5
*
D
0.0
Vehi Aldo A+S Vehi Aldo A+S
- PGC-1 shRNA + PGC-1 shRNA
Podocyte
线粒体功能障碍与神经元退行性病变
Therefore, in neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease mitochondrial dysfunction and oxidative stress may cause or worsen the clinical features
1.2
1.0
D
0.8
0.6
*
# #
0.4
0.2
*
0.0
Cntl 1 d 2 d 4 d 3 d 7 d
EtBr
w/o EtBr
120
m 来自百度文库DNA
80
TFAM
40
0 Pre 2d 3d 4d 5d 6d 7d
mtDNA/18SrRNA
Relative amount (%)
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
EtBr诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤
mRNA expression
JC-1 590/520 nM (%)
120
100
80
*
# #
60
**
40
20
0
Cntl 1 d 2 d 4 d 3 d 7 d
EtBr
w/o EtBr
1.5
Cntl Depleted Reverted
1.0
#
* 0.5
# *
0.0
Respiratory complex inhibition
Increased ROS levels
mtDNA deletions and mutations
Decreased ATP levels
Decreased Ca2+ buffering capacity
Impaired mitochondrial protein import
线粒体功能障碍诱导NLRP3炎症小体活化
白蛋白负荷小鼠肾组织
白蛋白刺激的肾小管上皮细胞
在白蛋白负荷小鼠肾组织以及体外培养 的肾小管上皮细胞中，线粒体功能障碍 诱导NLRP3炎症小体活化
线粒体与NLRP3炎症小体对话
NLRP3炎症小体活化诱导线粒体功能障碍
Nlrp3 、 Caspase-1 基因敲除阻断白蛋 白负荷小鼠肾组织 中线粒体功能障碍
Time Course
Mitochondrial Dysfunction
?
Podocyte Injury
科学问题
Mitochondrial Dysfunction
?
Podocyte Injury
EtBr treatment TFAM Knockdown and overexpression PGC-1 Knockdown and overexpression
-SMA contractility ECM proteases
Fibrillar collagens I, III, V Fibronectin
PAI-1, TIMPs
Loss of normal cell-cell and cell-matrix junctions
肾小管上皮细胞表型转化
EMT in kidney in DOCA-salt treated mice
SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤
SIRT1过表达或白藜芦醇诱导SIRT1 活化，阻断醛固酮诱导的线粒体功 能障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍的分子机制
SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
患病率高
进展快
危害大
Zhang L, et al. Lancet. 2012
研究背景
为何慢性肾脏病会造成如此严重的后果？
发病机制 不清楚
缺乏有效的早期预警 指标和干预措施
尿毒症
南京儿童医院血液净化中心
正常肾脏
研究背景
慢性肾脏病
肾小球硬化
致病因素： 免疫炎症 梗阻 感染 缺氧，等
肾小管间质纤维化
NLRP3炎症小体活化与肾损伤
Nlrp3 siRNA与肾小管上皮细胞损伤
Nlrp3 siRNA阻断体外培养的肾小管上皮细胞 炎症小体活化及细胞损伤
NLRP3炎症小体活化与肾损伤
Nlrp3基因敲除与肾小管间质损伤
Nlrp3、Caspase-1基因敲除减轻白蛋白负荷诱导的肾组织病理损伤
线粒体与NLRP3炎症小体对话
第一部分
线粒体功能障碍 与足细胞损伤
Neuron
足细胞与神经元
Terminally differentiated cells
Common cytoskeletal organization
Common machinery of process formation
Both express nephrin, Neph1 and Neph2, GLEPP1, CAT3 and EAAT2, drebrin, synaptopodin, and Sam68like-MP2
1.5
1.0
*
#
#
#
D
0.5
0.0 Cntl Aldo 10 25 50 NAM Aldo+RSV (μM)
JC-1 590/520 nM (fold over control)
结论
第三部分
线粒体功能障碍 介导CKD机制
科学问题
肾小球硬化
线粒体功能障碍
?
肾小管间质纤维化
研究背景
炎症与肾脏病
天然免疫作为机体第一道防御系统，可 被 许 多 刺 激 物 激 活 ， 包 括 PAMPs 和 DAMPs
Mitochondrial control of the NLRP3 inflammasome
Nature Immunology 12, 199–200 (2011)
蛋白尿与NLRP3炎症小体活化
肾组织中NLRP3表达
白蛋白负荷小鼠肾组织中 NLRP3炎症小体活化
白蛋白诱导体外培养的肾小管上皮 细胞中NLRP3炎症小体活化
醛固酮抑制PGC-1表达，诱导PGC-1乙酰化
敲低内源性PGC-1，诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤
过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的线粒体功能障碍和足细胞损伤
?
Mitochondrial Dysfunction
科学问题
Aldo
Ac Ac
Ac PGC-1
inactive
PGC-1
active
nephrin podocin P-cadherin
ZO-1
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
TFAM与线粒体功能障碍和足细胞损伤
敲低TFAM诱导线粒体功能 过表达TFAM阻断醛固酮诱导的
障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
PGC-1与线粒体功能障碍和足细胞损伤
线粒体功能 障碍直接介 导小管上皮 细胞EMT
Cntl
Albumin
Alb+MnTBAP
保护线粒体功能，阻断 醛固酮和白蛋白诱导的 肾小管上皮细胞EMT
线粒体功能障碍机制
P66shc与线粒体功能障碍及EMT
醛固酮诱导p66shc磷酸化
Am J Physiol Renal Physiol. 2010;298(5):F1214-21
结论
线粒体 功能障碍
Vicious Circle
NLRP3炎症小体活化
肾组织病理损伤
第四部分
线粒体功能障碍 与CKD分子靶标
科学问题
?
线粒体功能障碍能否成为慢性肾脏病 早期诊断及干预的分子靶标
模式识别受体(PRR)：通过识别PAMPs 和DAMPs，激活下游信号通路，引起炎 症反应及免疫应答
Toll样受体 (TLRs) 视黄酸诱导基因-1 样受体 (RLRs) NOD 样受体 (NLRs)
Pediatric Research. 2012;71:626-632
研究背景
线粒体与NLRP3炎症小体活化
白藜芦醇通过阻断线粒体功能障碍降低醛固酮灌注小鼠蛋白尿和足细胞损伤
结论
SIRT1
Ac
X
Ac
PGC-1
Ac
inactive
PGC-1
active
线粒体功能障碍
第二部分
线粒体功能障碍 与小管细胞损伤
研究背景
细胞表型转化与CKD
EMT
Proinflammatory cytokines, growth factors, VEGF
线粒体功能障碍与FSGS
2000年，Doleris LM等首次报道了4例线粒体细胞病患者同 时并发有局灶节段性肾小球硬化 (FSGS)
线粒体功能障碍与足细胞损伤和蛋白尿
在醛固酮灌注肾损伤模型及体外培养的肾小球足细胞中，线粒体功能 障碍先于蛋白尿和足细胞损伤
科学问题
Aldostrone Mitochondrial Podocyte Treatment Dysfunction Injury
致病 因素
细胞核
ATP 能量
无ATP及能量
Mitochondria: checkpoint of cell life and death
线粒体结构与功能
线粒体是体内ROS产生的最主要来源
Circ Res. 2007 Mar 2;100(4):460-73.
mtDNA复制与转录
功能： 能量工厂 活性氧(ROS) 编码13种呼吸链蛋白
研究假说
线粒体功能障碍
1
线粒体功能障碍 是否介导了慢性 肾脏病的早期发 生与进展？
2
线粒体功能障碍 介导慢性肾脏病 早期发生与进展 的分子机制？
3
线粒体功能障碍能 否成为慢性肾脏病 早期诊断与干预的 分子靶标？
研究内容
线粒体功能障碍与肾足细胞损伤 线粒体功能障碍与小管细胞损伤 线粒体功能障碍介导肾损伤机制 线粒体与慢性肾病早期诊治靶标
Harambat J, et al. Pediatr Nephrol. 2012 Warady BA. Pediatr Nephrol. 2007
科学问题
肾小球足细胞
节点前移
足细胞损伤
肾小球硬化
始发机制 早期干预
高血压 RAS活化 炎症介质，等
肾小管上皮细胞
上皮细胞损伤
肾小管间质纤维化
复合体I（NADH脱氢酶的 ND1-6和ND4L亚基）
复合体III（细胞色素b） 复合体IV（细胞色素氧化酶
I、II、III亚基） 复合体V（ATP酶6、8亚基）
PGC-1
致病因素：
免疫炎症 高糖 RAAS活化 缺氧，等
线粒体功能障碍
Vicious Circle
线粒体 功能障碍
Podocyte Injury
SIRT1
Resveratrol CR Fasting
线粒体功能障碍的分子机制
SIRT1与PGC-1活性调控
醛固酮抑制肾小球足细胞中SIRT1表达
SIRT1过表达或白藜芦醇诱 导SIRT1活化，增加PGC-1 表达，并抑制PGC-1乙酰 化，活化PGC-1
线粒体功能障碍的分子机制
EMT in Aldo treated RTEC
Albumin induced EMT in RTEC
EMT in kidney in albuminoverload mice
肾小管上皮细胞线粒体功能障碍
醛固酮诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍 白蛋白诱导肾小管上皮细胞线粒体功能障碍
线粒体功能障碍与EMT
Niranjan T, et al. Nat Med. 2010 Rutledge JC, et al. Nat Rev Nephrol. 2008
肾脏
研究背景
线粒体与肾脏固有细胞
肾小球
肾小球足细胞
肾小管
肾小管上皮细胞
线粒体：细胞生与死的开关
正常：细胞内能量工厂 疾病：细胞死亡的促发器
糖 氧气
功能障碍
线粒体功能障碍与慢性肾脏病
—— 从基础研究到临床转化
张爱华
南京医科大学附属南京儿童医院
研究背景
慢性肾脏病已成为我国严重的公共健康问题
患病率10.8%
患病人数达到 1.195亿
儿童平均存活20年
成人透析患者5年 生存率34%
儿童：人群总死亡率的 30-150倍
成人：居民十大死因之一
敲低内源性p66shc，阻断醛固酮诱 导的肾小管上皮细胞线粒体功能障 碍和EMT
线粒体功能障碍机制
SIRT1/PGC-1
mtDNA/18srRNA
1.2
0.9
D
*
*
0.6
0.3
0.0 Cntl 24h 48h 72h
敲 低 内 源 性 PGC1 ， 诱 导 肾 小 管 上皮细胞线粒体功 能障碍和EMT
过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的肾小管上 皮细胞线粒体功能障碍和EMT
线粒体功能障碍机制
SIRT1/PGC-1
JC-1 590/520 (fold over control)
2.0
#
1.5
1.0
0.5
*
D
0.0
Vehi Aldo A+S Vehi Aldo A+S
- PGC-1 shRNA + PGC-1 shRNA
Podocyte
线粒体功能障碍与神经元退行性病变
Therefore, in neurodegenerative disorders such as Parkinson's disease mitochondrial dysfunction and oxidative stress may cause or worsen the clinical features
1.2
1.0
D
0.8
0.6
*
# #
0.4
0.2
*
0.0
Cntl 1 d 2 d 4 d 3 d 7 d
EtBr
w/o EtBr
120
m 来自百度文库DNA
80
TFAM
40
0 Pre 2d 3d 4d 5d 6d 7d
mtDNA/18SrRNA
Relative amount (%)
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
EtBr诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤
mRNA expression
JC-1 590/520 nM (%)
120
100
80
*
# #
60
**
40
20
0
Cntl 1 d 2 d 4 d 3 d 7 d
EtBr
w/o EtBr
1.5
Cntl Depleted Reverted
1.0
#
* 0.5
# *
0.0
Respiratory complex inhibition
Increased ROS levels
mtDNA deletions and mutations
Decreased ATP levels
Decreased Ca2+ buffering capacity
Impaired mitochondrial protein import
线粒体功能障碍诱导NLRP3炎症小体活化
白蛋白负荷小鼠肾组织
白蛋白刺激的肾小管上皮细胞
在白蛋白负荷小鼠肾组织以及体外培养 的肾小管上皮细胞中，线粒体功能障碍 诱导NLRP3炎症小体活化
线粒体与NLRP3炎症小体对话
NLRP3炎症小体活化诱导线粒体功能障碍
Nlrp3 、 Caspase-1 基因敲除阻断白蛋 白负荷小鼠肾组织 中线粒体功能障碍
Time Course
Mitochondrial Dysfunction
?
Podocyte Injury
科学问题
Mitochondrial Dysfunction
?
Podocyte Injury
EtBr treatment TFAM Knockdown and overexpression PGC-1 Knockdown and overexpression
-SMA contractility ECM proteases
Fibrillar collagens I, III, V Fibronectin
PAI-1, TIMPs
Loss of normal cell-cell and cell-matrix junctions
肾小管上皮细胞表型转化
EMT in kidney in DOCA-salt treated mice
SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤
SIRT1过表达或白藜芦醇诱导SIRT1 活化，阻断醛固酮诱导的线粒体功 能障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍的分子机制
SIRT1活化阻断线粒体功能障碍和足细胞损伤
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
Cntl
Aldo
Aldo+RSV
患病率高
进展快
危害大
Zhang L, et al. Lancet. 2012
研究背景
为何慢性肾脏病会造成如此严重的后果？
发病机制 不清楚
缺乏有效的早期预警 指标和干预措施
尿毒症
南京儿童医院血液净化中心
正常肾脏
研究背景
慢性肾脏病
肾小球硬化
致病因素： 免疫炎症 梗阻 感染 缺氧，等
肾小管间质纤维化
NLRP3炎症小体活化与肾损伤
Nlrp3 siRNA与肾小管上皮细胞损伤
Nlrp3 siRNA阻断体外培养的肾小管上皮细胞 炎症小体活化及细胞损伤
NLRP3炎症小体活化与肾损伤
Nlrp3基因敲除与肾小管间质损伤
Nlrp3、Caspase-1基因敲除减轻白蛋白负荷诱导的肾组织病理损伤
线粒体与NLRP3炎症小体对话
第一部分
线粒体功能障碍 与足细胞损伤
Neuron
足细胞与神经元
Terminally differentiated cells
Common cytoskeletal organization
Common machinery of process formation
Both express nephrin, Neph1 and Neph2, GLEPP1, CAT3 and EAAT2, drebrin, synaptopodin, and Sam68like-MP2
1.5
1.0
*
#
#
#
D
0.5
0.0 Cntl Aldo 10 25 50 NAM Aldo+RSV (μM)
JC-1 590/520 nM (fold over control)
结论
第三部分
线粒体功能障碍 介导CKD机制
科学问题
肾小球硬化
线粒体功能障碍
?
肾小管间质纤维化
研究背景
炎症与肾脏病
天然免疫作为机体第一道防御系统，可 被 许 多 刺 激 物 激 活 ， 包 括 PAMPs 和 DAMPs
Mitochondrial control of the NLRP3 inflammasome
Nature Immunology 12, 199–200 (2011)
蛋白尿与NLRP3炎症小体活化
肾组织中NLRP3表达
白蛋白负荷小鼠肾组织中 NLRP3炎症小体活化
白蛋白诱导体外培养的肾小管上皮 细胞中NLRP3炎症小体活化
醛固酮抑制PGC-1表达，诱导PGC-1乙酰化
敲低内源性PGC-1，诱导线粒体功能障碍和足细胞损伤
过表达PGC-1，阻断醛固酮诱导的线粒体功能障碍和足细胞损伤
?
Mitochondrial Dysfunction
科学问题
Aldo
Ac Ac
Ac PGC-1
inactive
PGC-1
active
nephrin podocin P-cadherin
ZO-1
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
TFAM与线粒体功能障碍和足细胞损伤
敲低TFAM诱导线粒体功能 过表达TFAM阻断醛固酮诱导的
障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍和足细胞损伤
线粒体功能障碍诱导肾小球足细胞损伤
PGC-1与线粒体功能障碍和足细胞损伤