文獻解讀：王惠明教授團隊揭示FOXK1介導糖酵解調(diào)控腎纖維化機制

慢性腎臟�。╟hronic kidney disease, CKD）已成為影響全球近十億人的公共健康問題。腎組織尤其是小管間質(zhì)纖維化是CKD進展到終末期腎衰竭的共同病理損傷機制。腎臟是人體能量消耗僅次于心臟的器官，而腎小管上皮細胞（TECs）則是腎臟內(nèi)主要耗能的場所。TECs從原尿轉(zhuǎn)運物質(zhì)的過程需要消耗大量的能量。因此，TECs更容易暴露于缺血缺氧以及毒性環(huán)境中受到損傷，出現(xiàn)細胞表型、功能及命運的異常轉(zhuǎn)換。在腎臟纖維化的進程中，TECs不僅是損傷的“受累者”，更是積極的“推動者”！近端TECs在生理條件下采取脂肪酸氧化（FAO）的供能模式，但在腎臟纖維化進程中，其能量代謝模式向糖酵解轉(zhuǎn)換。這種切換涉及到FAO的終止和糖酵解的啟動兩個過程。此前的研究已揭示了腎臟纖維化時TECs中FAO通道關(guān)閉的調(diào)控機制，但糖酵解通道的啟動機制一直不清楚。

2024年7月31日，國際知名學術(shù)期刊Advanced Science（先進科學，IF：14.3）在線發(fā)表了武漢大學人民醫(yī)院腎內(nèi)科王惠明教授團隊的題為《Forkhead Box Protein K1 Promotes Chronic Kidney Disease by Driving Glycolysis in Tubular Epithelial Cells》的最新研究成果，首次報道了近端腎小管上皮細胞“能量調(diào)節(jié)分子”FOXK1通過調(diào)控糖酵解代謝重編程，最終導致腎小管上皮細胞持續(xù)損傷和CKD 進展，揭示了腎臟纖維化中腎小管上皮細胞能量代謝模式轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵調(diào)控機制。
 

圖片來源：《Advanced Science》
（https://pmc.ncbi.nlm.nih.gov/articles/PMC11423168/）

研究材料與方法
該研究所用FOXK1^flox小鼠和腎小管特異性Ggt1-Cre工具鼠均由賽業(yè)公司提供。研究團隊使用了多項技術(shù)，包括Western blotting、免疫熒光/組化、CHIP-seq、CHIP-qPCR等，并通過海馬代謝儀檢測了細胞的ECAR和OCR水平。

技術(shù)路線

研究結(jié)果
本研究首次報道轉(zhuǎn)錄因子叉頭框蛋白K1（FOXK1）在腎臟纖維化中近端TECs糖酵解啟動的核心調(diào)控作用，靶向FOXK1干預(yù)可以減輕TECs糖酵解和纖維化損傷效應(yīng)，是一個潛在的腎臟纖維化治療靶點。通過分析人類CKD單細胞組學數(shù)據(jù)庫，檢測不同階段CKD患者以及腎纖維化模型小鼠（單側(cè)輸尿管梗阻（UUO）及缺血再灌注（IRI）誘導）腎組織，發(fā)現(xiàn)FOXK1隨著腎纖維化進展在近端TECs中表達增加、轉(zhuǎn)錄活性增強。該研究將FOXK1^flox小鼠與Ggt1-Cre小鼠（均由賽業(yè)生物提供）雜交獲得了TECs特異性敲除小鼠。TECs特異性Foxk1敲除可以改善UUO及IRI誘導的小鼠腎臟纖維化。體外培養(yǎng)腎小管上皮細胞，發(fā)現(xiàn)TGF-β1可誘導腎小管上皮細胞FOXK1增加伴核轉(zhuǎn)位“凝聚”樣改變，而干預(yù)FOXK1表達均可抑制TGF-β1誘導的腎小管上皮細胞纖維化相關(guān)分子表達。

TECs特異性Foxk1敲除可改善UUO誘導的小鼠腎臟纖維化[1]

為明確FOXK1調(diào)控腎纖維化的機制，研究團隊委托賽業(yè)生物構(gòu)建了FOXK1^flox小鼠，揭示了靶向FOXK1延緩腎纖維化的有效性。

FOXK1靶向糖酵解相關(guān)基因^[1]

進一步開展的ChIP-seq等富集分析，發(fā)現(xiàn)FOXK1作為核心調(diào)控分子介導TECs能量切換和持續(xù)糖酵解激活。

 FOXK1體外培養(yǎng)的HK-2細胞中的液-液相分離現(xiàn)象^[1]

通過蛋白序列分析，該研究提出FOXK1具有形成液-液相分離（LLPS）凝集物的特性。進一步相分離等功能實驗確定了核轉(zhuǎn)位的FOXK1通過LLPS形成凝聚體，驅(qū)動靶基因的轉(zhuǎn)錄。

研究結(jié)論
總之，該研究闡明近端腎小管上皮細胞“能量調(diào)節(jié)分子”FOXK1通過LLPS形成凝聚物，驅(qū)動糖酵解途徑酶的轉(zhuǎn)錄，介導糖酵解代謝重編程，最終導致腎小管上皮細胞持續(xù)損傷和CKD進展。

參考文獻：
[1]Zhang L, Tian M, Zhang M, Li C, Wang X, Long Y, Wang Y, Hu J, Chen C, Chen X, Liang W, Ding G, Gan H, Liu L, Wang H. Forkhead Box Protein K1 Promotes Chronic Kidney Disease by Driving Glycolysis in Tubular Epithelial Cells. Adv Sci (Weinh). 2024 Sep;11(36):e2405325. doi: 10.1002/advs.202405325. Epub 2024 Jul 31. PMID: 39083268; PMCID: PMC11423168.