慢性肾脏病（CKD）的全球患病率已超过10%，是目前亟待解决的严重危害人类健康的公共卫生问题。不论病因如何，CKD的共同病理特征均为肾脏纤维化，其中肾小管上皮细胞（TECs）的炎症反应是纤维化发生的关键驱动因素。尽管研究表明糖酵解代谢重编程与疾病炎症、纤维化的进展密切相关，但其在肾脏纤维化中的分子机制尚不明确。

2024年5月22日，中山大学附属第一医院肾内科毛海萍/刘庆华/陈崴教授团队在Kidney International在线发表题为“The glycolytic enzyme PFKFB3 drives kidney fibrosis through promoting histone lactylation-mediated NF-κB family activation”的文章，该研究发现糖酵解代谢酶PFKFB3介导肾小管上皮细胞中组蛋白乳酸化水平（Kla）异常升高，特异性肾小管上皮细胞PFKFB3敲除可减少组蛋白H4K12位点的乳酸化修饰（H4K12la），抑制NF-κB通路活化，改善肾脏炎症和纤维化，这为临床CKD的防治提供了新的思路。

PFKFB3作为糖酵解代谢的关键酶，是糖酵解代谢水平的重要加速剂。在这项研究中，作者发现PFKFB3在CKD患者肾组织中表达显著升高，且主要定位于近端肾小管上皮细胞（PTCs）；CKD患者肾组织中 PFKFB3的表达水平与肾功能呈负相关，而与肾脏纤维化程度正相关。提示，近端肾小管上皮细胞PFKFB3表达增加与CKD进展密切相关。

图1 CKD患者肾活检组织PFKFB3表达升高

为了明确PFKFB3在肾脏纤维化中的作用，作者团队构建了近端肾小管上皮细胞特异性PFKFB3基因敲除小鼠（PFKFB3^ΔPTC），并进行双侧肾脏缺血再灌注（IRI）造模，结果显示，与野生型小鼠（PFKFB3^WT）相比，PTCs特异性敲除PFKFB3能改善IRI小鼠肾功能，并减轻IRI小鼠肾脏纤维化。

图2 近端肾小管上皮细胞PFKFB3 敲除改善IRI诱导的肾脏纤维化

此外，RNA-sequence数据表明，PFKFB3^WT组小鼠和PFKFB3^ΔPTC小鼠间炎症反应通路差异最显著。RT-PCR结果也证实PFKFB3敲除可抑制IRI肾组织中NF-κB信号通路(Ikbkb, Rela, Relb)及其下游炎症因子(Tnf-α, IL-6, IL-1β)的mRNA表达。此外，PFKFB3敲除也可以抑制NF-κB信号通路蛋白的表达和活化。因此，PFKFB3可通过激活肾脏炎症反应，进而促进肾脏纤维化。

图3 PFKFB3通过激活NF-κB信号通路促进肾脏炎症反应

组蛋白乳酸化（Histone lactylation）是新近被发现的一种组蛋白翻译后修饰，其直接受细胞内糖代谢水平及其产物乳酸调控。组蛋白乳酸化可以直接调控靶基因的转录，从而参与多种疾病的发生发展。为了探究PFKFB3介导糖酵解是否影响组蛋白的乳酸化修饰，作者在IRI小鼠肾组织中检测了多个组蛋白乳酸化位点。数据显示，PFKFB3介导的组蛋白乳酸化水平(Kla)在TECs中异常升高，尤其在组蛋白H4的K12位点，特异性敲除PFKFB3可减少H4K12la修饰，而组蛋白乙酰化水平并不受到PFKFB3的调控。

图4 PFKFB3介导乳酸促进肾小管上皮细胞组蛋白乳酸化

在机制研究上，研究者运用CUT&Tag技术对组蛋白H4K12la的靶基因进行鉴定，结果显示H4K12la在靶基因的启动子区域大量富集。GSEA分析表明，IRI肾组织中H4K12la在NF-κB通路基因启动子区域的富集明显。其中，染色质免疫共沉淀结果表明H4K12la通过调控NF-κB信号通路等基因的转录和表达，从而促进肾脏炎症和纤维化，为慢性肾脏病发病机制提供了新的见解。

图5 PFKFB3介导促进组蛋白乳酸化和NF-κB信号通路激活

来源：KidneyCode