研究背景
腹膜纤维化是终末期肾病患者接受腹膜透析（PD）时面临的主要临床挑战，长期腹膜透析导致患者的腹膜间皮细胞衰老，但其潜在机制尚未完全阐明。近期南方医科大学南方医院周丽丽、艾军教授团队联合中山大学附属第五医院王成教授团队在Military Medical Research (IF 22.9)上发表文章“β-catenin initiates peritoneal fibrosis by triggering mitochondrial fission-mediated mesothelial cell senescence fate transition”，发现β-catenin-Drp1-TGF-β1轴是腹膜纤维化发生和进展的关键介质。
·维真助力 - AAV·
病毒产品 AAV1-CMV-Cre-GFP；AAV1-control
实验动物 8周龄雄性β-cateninloxP/loxP小鼠
注射方式 腹腔注射
注射剂量 1× 1011 vg/g
蛋白印迹和免疫荧光证实AAV1-Cre成功敲除β-连环蛋白
结果展示
1. β-连环蛋白诱导的线粒体裂变导致间皮细胞衰老
作者发现长期PD患者的腹膜间皮细胞发生衰老，并且间皮细胞中的β-连环蛋白和TGF-β信号传导增加。作者进一步研究了间皮细胞衰老的关键机制，发现在长期PD患者组中，间皮细胞中β-连环蛋白、细胞衰老信号传导和TGF-β的产生增加，并伴随着与线粒体分裂相关的基因的上调。此外透射电子显微镜观察到长期PD导致间皮细胞中碎片化的线粒体增加；染色结果显示间皮细胞中的Drp1和mtROS增加；蛋白质印迹分析显示线粒体输入受体亚基TOM20同源物、线粒体外膜标记物减少，Drp1上调；共染色显示间皮细胞层mtROS产生和Drp1表达增加；RNA测序显示β-连环蛋白上调了多种衰老相关通路，并伴有线粒体裂变。这些结果表明β-连环蛋白诱导间皮细胞衰老和线粒体分裂，从而参与细胞衰老过程。机制研究发现β-连环蛋白促进Drp1表达，诱导间皮细胞分泌TGF-β1，激活成纤维细胞中的Smad信号通路，导致肌成纤维细胞激活和腹膜纤维化。
图1 β-连环蛋白触发的线粒体分裂导致间皮细胞衰老
2. 敲除间皮细胞中的β-连环蛋白可改善PDF小鼠的间皮细胞衰老
为了进一步研究β-连环蛋白在腹膜纤维化中的作用，作者使用AAV1-Cre-GFP构建了β-连环蛋白敲除小鼠，发现PDF（腹膜透析液）处理小鼠会诱导mtROS产生，并导致Drp1和TGF-β1表达增加，但这些效应在β-连环蛋白敲除小鼠中显著减弱。此外PDF+AAV1-Ctrl组小鼠中发现Drp1和TGF-β1与β-连环蛋白强烈共定位，进一步支持β-catenin-Drp1-TGF-β1轴在腹膜损伤中的关键作用。作者进一步评估了细胞衰老标志物p16INK4A和γH2AX的表达，发现其水平在β-连环蛋白敲除小鼠中显著降低，在PDF处理小鼠中，p16INK4A和SA-β-gal阳性细胞均显著增加，但在β-连环蛋白敲除小鼠中显著减少。这些结果证明β-连环蛋白在间皮细胞衰老中发挥着关键作用，并且与线粒体裂变和TGF-β1分泌密切相关。
图2 敲除间皮细胞中的β-连环蛋白可改善PDF小鼠的间皮细胞衰老
3. Senolytic 疗法可改善腹膜纤维化
作者用达沙替尼和槲皮素(D+Q)治疗PDF小鼠，发现PDF处理小鼠表现出明显的衰老表型，其特征是SA-β-gal活性升高以及p16INK4A、p53和p21表达增加，D+Q治疗显著减少了细胞衰老的标志物。组织学分析表明，D+Q治疗减弱了PDF引起的腹膜厚度增加，蛋白质印迹分析证实D+Q治疗组中纤维化标志物的表达受到抑制。作者还评估了D+Q对β-catenin-Drp1-TGF-β1信号轴的影响，发现D+Q治疗有效抑制了β-连环蛋白、MMP-7、Drp1和TGF-β1表达的上调，同时保留了Tomm20的表达。免疫染色结果表明，D+Q治疗小鼠的β-连环蛋白、mtROS产生、Drp1和TGF-β1/α-SMA的水平受到抑制，而E-钙粘蛋白则得到恢复。这些结果表明，细胞衰老和β-catenin-Drp1-TGF-β1通路形成了一个相互循环，加速腹膜纤维化。
图3 Senolytic 疗法可改善腹膜纤维化
实验结论
本研究发现长期腹膜透析患者的腹膜透析流出物和腹膜活检中，衰老间皮细胞增多，并且衰老间皮细胞和成纤维细胞之间出现更多的通讯信号，并证明间皮细胞衰老强烈促进腹膜纤维化。在机制上，β-catenin-Drp1-TGF-β1轴是腹膜纤维化发生和进展的关键介质。这为理解腹膜纤维化的机制提供了新的见解，并提供了腹膜纤维化治疗的新策略。