Renal epithelium regulates erythropoiesis via HIF-dependent suppression of erythropoietin

腎臟上皮細胞通過HIF依賴性抑制促紅細胞生成素調節紅細胞生成

來源：The Journal of Clinical Investigation, Volume 126, Issue 4, 2016, Pages 1425-1437

《臨床研究》，第126卷第4期，2016年，第1425-1437頁

 

摘要

論文摘要指出腎臟在成人紅細胞生成中起核心作用，是促紅細胞生成素（EPO）的主要來源。EPO是一種氧敏感性糖蛋白，對紅細胞生產至關重要。研究使用小鼠遺傳方法，調查腎臟上皮缺氧誘導因子（HIF）在紅細胞生成中的作用。發現通過誘導近端腎單位von Hippel-Lindau腫瘤抑制因子失活激活HIF，導致快速發展的低增殖性貧血，這與EPO產生腎間質細胞減少相關。EPO產生抑制與葡萄糖攝取增加、糖酵解增強、線粒體質量減少、O2消耗減少和腎組織pO2升高相關。遺傳分析表明，腎小管間質細胞串擾在腎臟上皮HIF激活條件下調節EPO產生。

 

研究目的

研究目的是調查腎臟上皮HIF信號是否參與調節EPO產生，特別是在非EPO合成細胞類型中，以闡明腎臟細胞間串擾在紅細胞生成中的作用。具體目標包括評估上皮HIF激活對EPO產生、紅細胞生成和腎代謝的影響。

 

研究思路

研究思路采用遺傳學方法，在小鼠中利用四環素誘導的Pax8-rtTA系統特異性失活腎臟上皮細胞VHL基因，從而穩定HIF-α亞基。比較不同基因型小鼠（如Vhl缺陷、Epo缺陷組合），分析血液參數、EPO表達、腎組織pO2、代謝基因表達和線粒體功能。通過體外和體內實驗，包括組織學、分子生物學和生理學測量，驗證HIF激活對EPO產生的抑制機制。

 

測量的數據及研究意義

1 測量了血液學參數，如血細胞比容（Hct）、血紅蛋白（Hb）、紅細胞計數（rbc）和網織紅細胞計數。數據來自圖2和圖6。研究意義是直接證明上皮HIF激活導致貧血，表明紅細胞生成受損，支持HIF在調節紅細胞生成中的新角色。

 

 

2 測量了EPO mRNA水平和血清EPO濃度。數據來自圖1、圖2、圖3和圖6。研究意義是顯示腎臟EPO產生被抑制，而肝臟EPO可能補償，但雙敲除小鼠仍貧血，突顯腎臟特異性調節。

 

 

3 測量了腎皮質組織氧分壓（PtO2），使用丹麥Unisense電極（Clark型微傳感器）。數據來自圖3。研究意義是驗證HIF激活導致腎pO2升高，盡管貧血，表明代謝改變減少了O2消耗，從而影響EPO產生。

4 測量了代謝基因表達，通過微陣列和qPCR分析糖酵解、脂肪酸代謝和轉運蛋白基因。數據來自圖4和圖6。研究意義是揭示HIF激活促進糖酵解，抑制氧化磷酸化，解釋O2消耗減少和pO2升高。

 

5 測量了線粒體功能，包括O2消耗速率和線粒體質量（通過檸檬酸合酶活性和mtDNA）。數據來自圖5。研究意義是證明線粒體質量減少和呼吸活性降低，直接關聯HIF介導的代謝重編程。

 

6 測量了腎功能參數，如血尿素氮（BUN）、腎小球濾過率（GFR）和腎血流量（RBF）。研究意義是排除腎功能衰竭作為貧血原因，強調貧血是EPO特異性抑制所致。

7 測量了EPO產生細胞（REPCs）數量，通過原位雜交。數據來自圖3。研究意義是顯示REPCs減少，表明上皮HIF激活間接影響間質細胞可塑性。

 

結論

1 腎臟上皮HIF激活通過抑制EPO產生導致貧血，不依賴于腎功能損害。

2 HIF介導的代謝重編程（如糖酵解增強、線粒體減少）降低腎O2消耗，升高組織pO2，從而減少REPCs數量。

3 腎小管間質串擾調節EPO產生，近端腎小管HIF信號是關鍵。

4 HIF-1和HIF-2均參與貧血發展，但單獨失活不足以恢復紅細胞生成，需完整HIF信號。

 

使用丹麥Unisense電極測量數據的研究意義

丹麥Unisense電極用于測量腎皮質組織氧分壓（PtO2），具體型號為OX25微傳感器。測量數據顯示，在Vhl缺陷小鼠中，盡管貧血導致動脈氧含量降低，腎皮質PtO2反而顯著升高（約39 mmHg vs 對照30 mmHg）。研究意義在于直接量化腎組織氧環境變化，驗證了HIF激活引起的代謝適應：上皮HIF促進糖酵解，減少線粒體O2消耗，從而升高局部pO2。這解釋了EPO產生抑制的機制，因為REPCs對pO2敏感，pO2升高會減少其數量。該測量排除了動脈氧變化的影響，強化了腎內代謝調節的主導作用，為理解缺氧響應和貧血病理提供了關鍵實驗證據。