急性腎損傷(AKI)是臨床上常見的危重症之一，約占中國住院患者的1% [1]。
多達半數的AKI患者不能完成腎髒修複，會發展為慢性腎病(CKD)，患者死亡率顯著增加[2]。
此前有研究顯示，相比於女性，男性患AKI的比例顯著更高[3]，那麼是什麼原因造成了這種性別差異呢?
近期，由美國杜克大學的Tomokazu Souma領銜的研究團隊，在國際雜誌《細胞報告》上發表了關於性別對AKI影響的最新研究成果[4]。
他們發現，雄性和雌性個體對於AKI的修複能力差異是由於腎髒細胞對於鐵死亡的敏感性不同引起的，雌性小鼠的腎髒細胞對於鐵死亡具有更強抵抗能力。
此外，他們還發現，NRF2抗氧化通路是導致雌性小鼠腎髒細胞抵抗鐵死亡的原因，NRF2通過調控鐵死亡控製腎髒細胞的命運。
總的來說，這項研究揭示了不同性別對腎髒損傷修複能力差異的原因，NRF2是其中的關鍵分子，未來有望通過靶向NRF2來增強腎髒損傷修複能力，開發治療AKI的新方法。
鐵死亡是一種鐵依賴性的，由毒性膜脂過氧化物的病理性累積所引發的，區別於細胞凋亡的新的細胞死亡形式。鐵死亡也是急性和慢性腎病的重要致病因素之一。
對於鐵死亡，細胞也有自己的防禦措施，其中穀胱甘肽過氧化物酶(GPX4)是細胞抵抗鐵死亡通路的重要組分。
為了研究性別差異對於腎髒鐵死亡過程的影響，研究人員首先在近端腎小管(PT)上皮細胞中構建了條件性敲除Gpx4的小鼠模型，通過喂食多西環素來選擇性敲除PT上皮細胞中的Gpx4並誘導鐵死亡。
在檢測了腎髒損傷以及細胞死亡的指標後，研究人員發現，在雄性小鼠中敲除Gpx4會導致腎小管上皮損傷和鐵死亡的增加，而在雌性小鼠中則沒有出現這一現象。
因此，研究人員認為，雌性小鼠腎髒細胞對於Gpx4敲除誘導的鐵死亡和急性腎損傷具有更強的抵抗能力。
雌性小鼠腎髒細胞對於鐵死亡具有更強的抵抗能力
接下來研究人員猜測，雌性體內的性激素環境可能是其具有更強的鐵死亡抵抗能力的原因。
為了驗證這一假設，他們對雌性小鼠進行了卵巢切除術，發現切除卵巢後，雌性小鼠腎髒對於Gpx4敲除誘導的鐵死亡的抵抗能力減弱了，細胞死亡數目也增加了，但是腎髒損傷的程度仍然不及雄性小鼠。
因此，卵巢功能對於雌性小鼠腎髒細胞抵抗鐵死亡至關重要。
為了進一步研究其中的分子機製，他們對敲除Gpx4的雌性和雄性小鼠腎髒細胞進行了單細胞RNA測序，通過分析發現，雄性Gpx4缺失小鼠腎髒中有一類獨特的細胞類群，會損傷相關近端腎小管(DA-PT)細胞，這類細胞的基因表達特點與炎症性PT細胞類似，特征是表達損傷和再生相關基因SOX9和VCAM1。
單細胞RNA測序在雄性Gpx4缺失小鼠腎髒中發現炎症性PT細胞
有趣的是，研究人員在雌性Gpx4缺失小鼠腎髒中沒有觀察到這一類SOX9+VCAM1+PT細胞，但是在去除卵巢的雌性Gpx4缺失小鼠腎髒中觀察到了這類細胞的聚集，這說明雌性激素環境對於PT細胞命運決定是十分關鍵的。
接下來他們猜測，雌性小鼠對於鐵死亡的抵抗能力是由一組特異在雌性PT細胞中高表達的基因造成的。
為了驗證猜想，研究人員通過分析，找到了128個這樣的基因，發現了NRF2介導的抗氧化反應通路是其中最顯著的通路。此外，研究人員還發現NRF2靶基因(Gsta4、Gstm1和Mgst1)在不同性別的PT細胞中的表達存在差異。
進一步，他們對雌性小鼠進行了卵巢切除術，對雄性小鼠進行了睾丸切除術，發現切除雌性卵巢並不改變這些基因的表達水平，但是切除雄性睾丸可以顯著誘導這些基因在腎髒表達，說明低睾酮的雌性微環境可能是導致這些基因表達差異的原因。
那麼NRF2又是如何影響PT細胞命運呢?
為了研究這個問題，研究人員首先構建了一個在Sox9表達細胞中條件性敲除Nrf2的小鼠品係，Sox9基因隻會在損傷的PT細胞中誘導表達。
他們對Nrf2條件性敲除小鼠進行輕微腎髒缺血脅迫處理，以造成缺血再灌注損傷(IRI)，敲除Nrf2的腎髒在IRI 21天後仍然具有很高的損傷標誌基因和鐵死亡標誌基因表達，且具有大量SOX9+VCAM1+炎症性PT細胞，而對照組已經成功恢複，沒有出現這些病理變化。因此，在Sox9表達細胞中敲除Nrf2會抑製IRI後的腎髒修複。
敲除Nrf2抑製IRI後腎髒修複
接下來，為了直接研究NRF2與鐵死亡的關係，他們利用鐵死亡抑製劑Lip-1處理腎髒IRI後的Nrf2條件下敲除小鼠，發現抑製鐵死亡後顯著降低了Nrf2敲除小鼠腎髒中SOX9+VCAM1+炎症性PT細胞的數目。
這提示抑製鐵死亡可能改善了Sox9譜係細胞的可塑性，促進其再分化成普通靜息態細胞。
當研究人員給Gpx4條件性敲除小鼠進行NRF2激活劑CDDO-Im給藥處理後，發現激活NRF2通路改善了Gpx4條件性敲除小鼠的腎髒功能。
激活NRF2抑製鐵死亡，保護腎髒
此外，研究人員用人類和豬的PT細胞係進行實驗驗證後發現，CDDO-Im也可以抑製鐵死亡，這說明該機製在物種之間是保守的。
總的來說，這項研究發現，不同性別個體的腎髒PT細胞對於鐵死亡的敏感性不同，雌性個體腎髒PT細胞對於鐵死亡抵抗性更強。
這項研究也為治療AKI提供了一個新的思路和靶點，希望未來通過開發靶向NRF2信號通路抑製鐵死亡的療法，可以幫助更多的AKI患者。
參考文獻：
1. Yang L, Xing G, Wang L, et al. Acute kidney injury in China: a cross-sectional survey. Lancet (London, England). 2015;386(10002):1465-1471. doi:10.1016/S0140-6736(15)00344-X
2. Chawla LS, Eggers PW, Star RA, Kimmel PL. Acute kidney injury and chronic kidney disease as interconnected syndromes. N Engl J Med. 2014;371(1):58-66. doi:10.1056/NEJMra1214243
3. Bairey Merz CN, Dember LM, Ingelfinger JR, et al. Sex and the kidneys: current understanding and research opportunities. Nat Rev Nephrol. 2019;15(12):776-783. doi:10.1038/s41581-019-0208-6
4. Ide S, Ide K, Abe K, et al. Sex differences in resilience to ferroptosis underlie sexual dimorphism in kidney injury and repair. Cell Rep. 2022;41(6):111610. doi:10.1016/j.celrep.2022.111610
