全球每年超1000万人确诊急性肾损伤（acute kidney injury，AKI），造成约170万人死亡，严重威胁人民生命健康[1, 2]。临床手术造成的缺血再灌注、尿道梗阻等是诱导急性肾损伤的一个重要诱因[3]；此外，铂类等化疗药物、硝苯地平等降血压药物、头孢类和氨基糖苷类抗生素、造影剂等多种药物使用亦可能诱发急性肾损伤[4]。急性肾损伤常引发胞外基质增多、肾小管萎缩、细胞死亡，导致肾功能障碍与肾脏不可逆损伤，诱发严重的慢性肾脏疾病CKD [5]，最终发展成终末期肾病。急性肾损伤患者进展为CKD的风险为健康人群的8倍，全因死亡风险是健康人群的2倍[6]。急性肾损伤发病率高，死亡率高，严重威胁人类健康，但发病机制复杂，且尚无有效的药物治疗策略[7, 8]，开展其关键治疗靶点研究，并据此设计治疗药物，具有重要的基础研究和临床转化意义。
肾损伤分子KIM1是一种跨膜糖蛋白，主要在肾脏中表达，生理状态下表达水平较低[9]，但在急性肾损伤中，KIM1表达急速上调，可迅速、灵敏、特异地反映肾脏损伤程度，因此被FDA批准作为多种肾脏疾病的早期生物标志物[10]。此外，由于KIM1表达于上皮细胞，可介导多种胞内外信号传递，发挥多种效应，被报道参与病毒入侵、免疫应答、组织损伤与修复、肿瘤发生发展等多种生理病理活动中[11, 12]。KIM1分子在急性肾损伤发展过程中扮演什么样的角色？具体分子作用机制是什么？抑制KIM1与其下游效应分子的作用能否作为急性肾损伤的治疗手段？如何据此设计急性肾损伤治疗药物？这一系列重要科学问题目前仍有待深入研究。
KIM1结构简图如下所示（图1a）。研究人员发现， KIM1在AKI模型中显著上调（图1b-d）。KIM1过表达肾小管上皮细胞中，给予顺铂刺激，可促进顺铂导致的细胞凋亡和炎症因子上调；KIM1敲除则可缓解顺铂所诱导的细胞凋亡，并抑制炎症因子的表达（图1e-h）。进一步研究发现，KIM1过表达后，促进了顺铂所诱导的多聚ADP核糖聚合酶1（poly-ADP-ribose polymerase 1，PARP1）的剪切及p53的磷酸化，加剧凋亡；KIM1敲除则抑制顺铂所诱导的PARP1的剪切及p53的磷酸化（图1i-j）。上述结果共同表明KIM1影响顺铂诱导的细胞损伤可能是通过促进细胞凋亡实现的。
图1 KIM1在AKI后显著上调并加重炎症和凋亡反应
（图源：Chen Y, et al., Nat Commun, 2023）
Co-IP和FRET实验证明KIM1与DR5间存在结合，且在损伤条件下，KIM1与DR5的结合有增强趋势（图2a-d）。DR5在肾损伤后显著上调，且与KIM1有明显的共定位（图2e, f）。敲低DR5能抵抗KIM1加重的顺铂诱导的凋亡（图2g）。KIM1过表达会促进顺铂诱导的DR5寡聚化，表现为FRET信号的增强；而KIM1敲除则抑制顺铂诱导的DR5寡聚化，表现为FRET信号的减弱（图h, i）。非变性凝胶电泳的结果表明，顺铂刺激下，KIM1过表达促进DR5高分子量寡聚体（High-ordered oligomers）的形成，KIM1敲低则抑制DR5高分子量寡聚体的形成（图j, k）。进一步研究发现，KIM1可与DR5全长、DR5ΔTMH和DR5ΔCytD结合，而不与DR5ΔECD结合，表明ECD为DR5结合KIM1的关键区段（图2l）。同时，过表达KIM1相关截短体（Ig V，Mucin，TM+CytD）及DR5全长，发现KIM1 Ig V区段是其与DR5结合的关键区段。提示顺铂刺激下KIM1促进DR5寡聚化。
图2 KIM1结合DR5并促进其寡聚化
（图源：Chen Y, et al., Nat Commun, 2023）
顺铂诱导的AKI小鼠模型中， 肾小管特异性敲除Kim1（Kim1Ksp-KO）小鼠血清肌酐和尿素氮水平均低于WT小鼠，肾小管上皮细胞脱落及管腔扩张等现象减少，表明Kim1Ksp-KO小鼠的损伤较轻（图3a-c）。肾小管特异性敲除Kim1抑制了Caspase3，8，9的活化（图3d），表明DR5下游信号通路被抑制。Kim1Ksp-KO小鼠肾脏TUNEL阳性着色相较于WT小鼠显著减少（图3e），表明Kim1敲除在小鼠水平缓解了顺铂诱导的凋亡。同时，肾小管特异性敲除Kim1抑制了DR5高分子量寡聚体的形成（图3f）。此外，在bIRI诱导的AKI小鼠模型中得到了相同的结论，即肾小管特异性敲除Kim1通过抑制DR5下游凋亡信号缓解bIRI诱导的肾损伤（图3g-l）。这些结果说明肾小管特异性敲除Kim1缓解顺铂及缺血再灌注诱导的AKI。
图3 肾小管特异性敲除Kim1缓解顺铂及缺血再灌注诱导的AKI
（图源：Chen Y, et al., Nat Commun, 2023）
针对KIM1与DR5的结合位点，利用AlphaFold2和Human KIM1-DR5 PPI进行拮抗肽筛选，结合细胞验证获得拮抗肽P2（图4a, b）。P2可抑制顺铂导致的损伤相关分子表达以及Caspase3，8，9的活化，促进抗凋亡分子的表达（图4c, d）。进一步研究证明， 5’(6) FAM标记的P2在顺铂诱导的AKI小鼠模型中与KIM1和DR5有良好的共定位（图4e）。在顺铂诱导的AKI动物模型中，P2尾静脉注射显著改善了肾功能，同时改善了肾脏病理损伤（图4f-h）。P2显著抑制了顺铂所诱导的Caspase3，8，9的激活，改善了顺铂所诱导的凋亡（图4i, j）。肾脏组织Co-IP的结果表明，顺铂刺激下，P2可阻滞KIM1与DR5的结合（图4k）。上述结果表明，顺铂损伤下P2可到达KIM1与DR5互作部位，阻滞KIM1与DR5的结合，从而抑制凋亡，改善AKI。
图4 拮抗肽P2干预KIM1-DR5互作缓解急性肾损伤
（图源：Chen Y, et al., Nat Commun, 2023）
图5 YY1-KIM1-DR5轴促进AKI发展及潜在治疗策略
（图源：Chen Y, et al., Nat Commun, 2023）
