腎纖維化背后的神秘 “推手” 竟是它？

該篇文章于2024年發表于《Nature Communications》。Q1，IF,14.7。

一、研究背景

隨著對腎臟疾病研究的不斷深入，人們逐漸認識到腎纖維化是許多慢性腎臟疾病發展到終

末期腎衰竭的共同途徑。盡管在腎臟結構和功能隨年齡變化以及腎纖維化的發生機制方面

已經取得了一定的研究成果，但仍有許多未知領域等待探索。其中，組蛋白翻譯后修飾在

腎纖維化中的作用就是一個亟待深入研究的方向。組蛋白巴豆酰化是一種新型的組蛋白修

飾方式，這種修飾主要發生在組蛋白的賴氨酸殘基上，參與基因表達調控等重要的生物學

過程。組蛋白巴豆酰化修飾在進化上高度保守，通常出現在轉錄活躍的染色質區的組蛋白

上，并與生殖調控密切相關。巴豆酰化修飾的化學基團是巴豆酰基，由多個代謝過程產生的

巴豆酸（前體）通過短鏈脂肪酸途徑轉化為巴豆酰輔酶A（供體）形成。在這篇文章中研究

旨在探究組蛋白巴豆酰化尤其是H3K9cr 在腎纖維化中的功能，以及 ACSS2 對其調節作用。

二、研究思路

研究人員通過臨床樣本和動物模型分析發現，組蛋白賴氨酸巴豆酰化（Kcr）在腎臟纖維化中

異常升高，且與疾病嚴重程度正相關。研究重點聚焦于H3K9cr，發現ACSS2可調控其水平并

影響腎臟纖維化。通過ChIP-seq和RNA-seq分析，確定IL-1β是H3K9cr調控的關鍵促炎細胞

因子。H3K9cr介導的IL-1β可誘導巨噬細胞極化和腎小管上皮細胞衰老，而ACSS2敲除或抑制

可緩解這些現象。最終，抗IL-1β治療和ACSS2抑制劑處理均能改善腎臟纖維化，為治療提供

了潛在靶點。

三、研究結果

1、       組蛋白Kcr 水平與患者和小鼠 CKD 的嚴重程度呈正相關

研究人員對慢性腎臟病患者腎活檢切片免疫組化分析顯示，巴豆酰化賴氨酸（Kcr）主要存在

于腎小管上皮細胞，在CKD 患者腎臟中水平高于對照組，與疾病進展正相關，與估算腎小球

濾過率負相關。在小鼠單側輸尿管梗阻（UUO）和葉酸腎病（FAN）模型中，Kcr水平升高

且定位于細胞核，提取組蛋白分析證實其與腎臟纖維化相關。比較組蛋白H3 殘基的 Kcr 和

乙酰化（Kac）水平發現，H3K9cr在腎臟纖維化中顯著增加，H3K9ac 穩定，表明其可能有du

特作用，同時H3K18cr、H3K27cr 等呈現相反趨勢。最后，研究人員決定在進一步研究腎臟

纖維化時主要關注H3K9cr 的水平和功能。

2、       ACSS2 的基因缺失降低了H3K9cr水平并減輕了腎纖維化

組蛋白 Kcr 和Kac 的可逆動態過程受多種相同酶介導，區分其功能頗具挑戰。研究人員通過

體外實驗篩選關鍵因素，發現ACSS2 過表達能顯著提升 H3K9cr 水平且不影響H3K9ac。研究

人員利用 CRISPR/Cas9 敲除系統生成ACSS2 基因缺失小鼠。ACSS2 -/- 小鼠出生正常，無生

長及腎功能缺陷，腎臟中ACSS2 減少。單細胞轉錄組學分析顯示，不同采樣方法影響ACSS2

表達模式，免疫組化表明其在纖維化腎臟皮質髓質交界區表達。在FAN 和 UUO 兩種實驗性

腎纖維化小鼠模型中，ACSS2基因敲除降低了纖維化腎臟的 H3K9cr 水平，緩解了組織學

變化，降低了纖維化蛋白標志物的表達和轉錄水平。這證實了ACSS2 的全局基因缺失可影

響 H3K9cr 水平，進而改善腎纖維化。

3、       ACSS2 的腎小管特異性缺失減少了H3K9cr，從而延緩了腎纖維化的進展

腎小管上皮細胞（TECs）在腎纖維化中起核心作用，免疫組化顯示小鼠和人纖維化腎臟

中ACSS2主要存在于TECs。為探究其作用，研究人員將ACSS2基因敲除小鼠與Ksp-Cre小鼠

雜交獲得ACSS2選擇性缺失模型（ACSS2tecKO）及對照（ACSS2tecWT），并進行UUO手

術或注射葉酸。結果顯示，二者H3K9ac水平與假手術組無異，ACSS2tecWT的UUO腎臟

H3K9cr大幅上升，ACSS2tecKO則受抑制，FAN模型情況類似。且ACSS2tecKO小鼠的UUO

和FAN模型腎纖維化緩解，纖維化標志物表達降低。這表明刪除腎小管ACSS2可降低H3K9巴

豆酰化水平、延緩腎纖維化進程，為腎纖維化研究與干預提供了方向和依據。

4、       H3K9cr 促進纖維化腎細胞因子的產生并調節細胞因子-細胞因子受體相互作用

研究人員通過 ChIP-seq 實驗發現，H3K9cr與 H3K9ac 在轉錄起始位點富集，且在UUO 小鼠

模型中 H3K9cr 信號更強，說明二者雖都能激活轉錄，但H3K9cr 對腎纖維化基因表達影響更

顯著。繼續研究發現，UUO腎臟中 H3K9cr 比例高，敲除ACSS2 可降低該比例。RNA-seq 數

據顯示，纖維化腎臟中細胞因子相關通路富集，ACSS2缺失后通路基因減少，表明 H3K9cr

對細胞因子產生基因調控關鍵。關鍵因子IL-1β 受 H3K9cr 調控，相關通路基因隨ACSS2 表達

變化，H3K9cr 可調控Il1b 及其受體基因表達，揭示了 H3K9cr 在腎臟纖維化中調節炎癥相關

細胞因子表達的關鍵作用 。

5、       H3K9cr促進了腎細胞和纖維化腎臟中 IL-1β 的產生

研究人員發現 IL-1β 受H3K9 巴豆酰化調控，在 CKD 患者及UUO、FAN 小鼠中二者呈正相

關，敲除ACSS2 可抑制小鼠體內 IL-1β 產生且不影響血清濃度，免疫熒光共染色也證實二

者聯系。體外實驗中，巴豆酸鹽刺激及ACSS2 質粒轉染可使腎細胞中 IL-1β 水平上升，

阻斷H3K9cr 修飾則降低其表達，表明 ACSS2 是調節 H3K9cr 介導的 IL-1β 產生的關鍵

因素。

6、       由H3K9cr產生的IL - 1β在細胞和纖維化腎臟中觸發巨噬細胞活化

研究人員通過實驗發現， IL-1β能夠促進巨噬細胞向促炎的M1表型極化，導致腎臟纖維化

進展。實驗中，低劑量IL-1β刺激RAW264.7巨噬細胞后，細胞形態和M1標志物水平發生變化

，顯示出M1極化特征。研究人員進一步通過實驗表明，H3K9cr介導的IL-1β可能在巨噬細胞

活化中發揮作用，通過調節腎小管上皮細胞中的H3K9cr修飾，可以影響IL-1β的分泌和巨噬細

胞的活化狀態。在體內實驗中，降低H3K9cr修飾能夠抑制腎臟纖維化小鼠模型中M1巨噬細胞

標志物的表達。這些結果揭示了H3K9cr修飾在腎臟纖維化中通過調節IL-1β分泌和巨噬細胞極

化的新機制。

7、       H3K9cr 來源的IL-1β 加速纖維化腎腎小管細胞衰老

IL - 1β對多種細胞衰老，尤其是TECs 的衰老至關重要。它能誘導 TECs 衰老，使SA - β - gal

陽性細胞增多，衰老標志物 P53 及SASP 標志物表達上升 。研究人員在體外實驗中發現，

IL-1β上清液處理 TECs 會使P53、IL-6 和MCP-1 水平上升；體內實驗發現，UUO 和FAN 小鼠

模型敲除 ACSS2，降低H3K9cr 介導的 IL-1β 產生后，衰老標志物水平下降，同時敲除或抑

制ACSS2 可抑制 DNA 損傷增加，說明調節 TECs 中 H3K9cr 水平可通過影響 IL-1β 分泌

控制 TECs 衰老 。

8、       抗IL-1β IgG 治療減輕了巨噬細胞活化和腎小管細胞對纖維化腎臟的衰老

研究人員在體外實驗中，向經 IL-1β 處理的RAW264.7 細胞添加抗 IL-1β IgG，可顯著抑制

IL-1β 誘導的 M1 型巨噬細胞極化、細胞衰老標志物P53 及 SASP。體內實驗中，對UUO

小鼠使用抗 IL-1β IgG，其腎纖維化顯著改善，M1型巨噬細胞關鍵標志物和細胞衰老受

抑制，表現為Masson 染色及腎纖維化標志物的 mRNA 和蛋白表達降低。用ACSS2 抑制劑

處理 UUO 小鼠可減輕腎臟纖維化等癥狀，但IL-1β 刺激會抵消這些效果。

綜上，抗 IL-1β IgG 能在體內外緩解 H3K9cr 介導的 IL-1β 引發的 M1 型巨噬細胞極化和

腎小管細胞衰老，進而改善腎纖維化。。

9、       ACSS2 的藥理學抑制部分抑制了H3K9cr 介導的 IL-1β 產生，以防止腎纖維化

研究人員發現ACSS2抑制劑VY-3-249能通過降低H3K9cr修飾抑制IL-1β，延緩小鼠腎纖維

化進程。實驗顯示，VY-3-249對小鼠肝腎功能無影響，也未損傷心臟、肺、肝臟和脾臟 。

VY-3-249能抑制H3K9cr水平，改善UUO和FAN小鼠腎纖維化，降低IL-1β水平，減少SA-β-gal

陽性衰老細胞數量，抑制細胞衰老標志物P53和SASP。且SASP中促炎標志物減少時，M1型

巨噬細胞標志物Cd86也減少。這些發現為CKD患者提供了新治療策略。

四、研究結論

該研究揭示了 H3K9cr 在腎纖維化中的關鍵作用，ACSS2可調節 H3K9cr 水平進而影響IL - 1β

介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化治療提供了潛在靶點。

五、優缺點

優點

1.shou次揭示H3K9cr在腎纖維化中的關鍵作用，發現ACSS2可調節H3K9cr水平，進而影響IL - 1β

介導的巨噬細胞活化和腎小管細胞衰老，為腎纖維化機制研究提供全新視角。

2.綜合運用人腎活檢樣本、多種小鼠腎纖維化模型（UUO、FAN），結合免疫組化、免疫熒光、

蛋白質免疫印跡、RNA測序、染色質免疫沉淀測序等多種技術，從細胞、動物和人體層面全面驗

證研究假設，增強結論可靠性。

3.明確ACSS2作為治療腎纖維化潛在靶點，且ACSS2抑制劑VY - 3 - 249在小鼠實驗中展現出良好

的腎保護作用，為臨床治療腎纖維化提供新的藥物研發方向。

缺點

1.雖有人體樣本數據，但ACSS2 - H3K9cr - IL - 1β軸在人體中的重要性和適用性需進一步驗證，目

前動物實驗結論向臨床轉化存在不確定性。

2.僅使用一種ACSS2抑制劑VY - 3 - 249進行實驗，未測試多種不同化學結構的抑制劑，難以排除

因單一抑制劑可能存在的脫靶效應影響研究結論。

3.未深入分析H3K9cr與已知染色質狀態的關系，未探究其他組蛋白賴氨酸巴豆酰化修飾（Kcr）在

腎纖維化中的作用，且未闡明IL - 1β在腎小管細胞和巨噬細胞間的分泌和轉移機制。

參考文獻

Li L, Xiang T, Guo J, et al. Inhibition of ACSS2-mediated histone crotonylation alleviates

kidneyfibrosis via IL-1beta-dependent macrophage activation and tubular cell

senescence[J].Nat Commun, 2024,15(1):3200.