M-NSG小鼠及肝癌PDX模型在揭示腫瘤-腎臟互作新機制研究中的應用

2023年12月6日，武漢大學醫學研究院、教育部免疫與代謝前沿科學中心、中南醫院醫學研究院、泰康生命醫學中心的宋威團隊與武漢大學中南醫院老年醫學科的葉旭軍團隊在Nature上發表了“A novel antidiuretic hormone governs tumour-induced renal dysfunction”的文章，通過保守的果蠅腫瘤模型和高通量體內篩選，意外鑒定到果蠅中第一例明確的抗利尿素——ITPF，并揭示它由惡性腫瘤和腸道內分泌細胞分泌，直接作用于果蠅馬氏管（類似于人的腎小管），破壞其排水功能，導致嚴重的體液潴留。分子機制包括ITPF激活馬氏管星狀上皮細胞中的GPCR受體TkR99D及其下游NOS-cGMP信號通路，抑制體液排出。另外，他們還發現哺乳動物神經激肽3受體 （NK3R）作為果蠅TkR99D的同源物在腎小管上皮細胞中表達，通過小分子藥物阻斷NK3R有效改善多種惡性腫瘤導致的小鼠腎小管功能障礙。

南模生物為該研究提供了M-NSG小鼠以及肝癌PDX模型。
 

研究團隊首先假設腫瘤能產生針對腎臟的分泌蛋白，從而損害腎功能并導致體液潴留，且與其他宿主消耗效應（如脂質流失和肌肉萎縮）無關。通過對果蠅yki3SA腫瘤中112個上調的分泌蛋白進行RNAi篩選，他們發現其中ITP（Ion Trasnport Peptide） 對腫瘤誘導的體液潴留和高血糖至關重要，但與脂質流失或肌肉功能障礙無關。同時，他們還廣譜地發現果蠅NDN,RasV12腸道腫瘤以及lgl-/-,RasV12眼盤腫瘤也可以通過分泌ITP來導致體液潴留。

果蠅ITP有五種不同RNA亞型，研究團隊為每種亞型開發了RNAi和過表達品系，最后研究證明腫瘤產生的ITPF是關鍵的功能亞型，直接導致體液潴留。值得注意的是，如在正常沒有腫瘤果蠅的肌肉或脂肪組織中異位表達ITPF也能顯著導致體液潴留，作用機理包括ITPF直接抑制果蠅馬氏管（腎小管）的水分轉運。由此，研究團隊將ITPF定義為果蠅中的第一例明確的抗利尿素。

為了研究分子機制，研究團隊探索了不同類型的果蠅馬氏管細胞和不同的下游通路，包括將哺乳動物報告基因FlincG2轉化到果蠅中研究cGMP變化，最終發現ITPF直接激活馬氏管星狀上皮細胞中的cGMP信號通路。LexA-GAL4雙表達系統是研究果蠅體內器官交流的必要工具，研究團隊耗時近2年構建了異位ITPF表達和yki3SA腸道腫瘤的LexA系統，并結合傳統GAL4系統，在體內鑒馬氏管星狀上皮細胞（而不是主細胞）中的NOS-cGMP信號通路對于ITPF的抗利尿功能至關重要。

為探索響應ITPF的功能性受體，研究團隊根據下游cGMP通路聚焦在GPCR上，并通過單細胞RNAseq、生化實驗和體內雙表達系統RNAi驗證，最終確定TkR99D是ITPF的受體，此外還闡明了ITPF和經典配體Tk之間的競爭性激活TkR99D。
盡管暫未鑒定到哺乳動物的ITPF同源物，研究團隊發現小鼠和人NK3R是果蠅受體TkR99D的同源物，并指出其主要在近端腎小管上皮細胞中表達。通過測試不同的小鼠惡性腫瘤模型，研究團隊發現至少ApcMin/+腸道腫瘤模型、LLC肺癌模型、MFC胃癌模型、HCT116胃癌模型、和PDX胃癌模型的荷瘤小鼠都呈現不同程度的腎損傷和排尿障礙，腹腔注射小分子抑制劑阻斷NK3R活性則有效緩解惡性腫瘤誘發的腎損傷和排尿障礙。
 

抑制NK3R可減輕荷瘤小鼠腎損傷

總之，研究團隊鑒定ITPF為果蠅中第一例抗利尿素，通過激活受體TkR99D介導腫瘤導致的腎損傷和排水障礙，而小鼠中多種惡性腫瘤也通過NK3R（TkR99D同源物）引起類似的腎小管損傷和排水障礙。相對目前腫瘤相關腎功能障礙的解讀，如抗腫瘤的藥物腎毒性和全身炎癥反應，該研究為腫瘤-腎臟互作和治療癌癥相關的腎功能障礙提供了新的見解和治療靶點。
原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41586-023-06833-8
*本文轉載自【iNature】