肾损伤释放的循环骨桥蛋白是呼吸衰竭的病因
骨桥蛋白（osteopontin，OPN）是在机体发育过程中或某些病理状态下主要由间叶组织细胞分泌到细胞外基质中的一种酸性糖蛋白。OPN广泛分布于多种组织和细胞中，包括骨、肾、肌肉、膀胱及自然杀伤细胞，可通过一定的信号途径参与细胞的粘附、迁移等多种细胞行为的调节，是机体组织或器官发育过程中一个重要的调节因素；而且OPN在细胞免疫、创伤愈合、肿瘤转移等病理过程中，同样发挥着重要的调节作用。2022年3月，Science Advances上发表了一篇题为“Identification of kidney injury–released circulating osteopontin as causal agent of respiratory failure”的文章，表明人类急性肾损伤（AKI）产生的OPN能够诱导急性肺损伤（ALI）和多器官衰竭。
缺血性AKI导致严重的ALI
为了识别受伤组织和其他器官之间的交流，研究者建立了一个多器官衰竭模型。模型是通过对肾脏进行损伤处理来研究其对肺的远程影响。对C57BL/6小鼠进行双侧肾缺血再灌注损伤（IRI）并分析远程ALI（AKI-ALI）。肾损伤导致AKI后，第1天的血尿素氮（BUN）和血清肌酐水平高度升高，表明严重的肾功能衰竭。BUN在第3至第5天缓慢改善约50%，血清肌酐在第3至第5天保持在较低水平。同时，小鼠发生了严重的肺损伤和炎症（AKI-ALI），表现为间质空间扩张、细胞增加和间质水肿。第1天，肺泡壁厚度比假手术水平增加了75%，表明氧合障碍。中性粒细胞和间质巨噬细胞（IM）在肺中积累，在AKI后第1天达到峰值，到第5天仍显著升高。与来自假手术对照组的肺泡灌洗液（BAL）相比，对AKI后第1天的肺支气管肺泡灌洗液（BAL）的分析显示总蛋白和白蛋白浓度显著增加，以及总免疫细胞和中性粒细胞增加。这些BAL发现与实质性AKI-ALI一致。这些变化的功能后果是AKI后第1天的氧交换显著受损。因此，模型中的小鼠数据非常类似于在AKI后多器官衰竭患者中观察到的数据。
图1 缺血性AKI会导致严重的ALI。
在AKI-ALI期间，OPN在肾脏中上调，但在肺中不上调
研究者使用机器学习算法CellPhoneDB来执行跨器官的计算配体-受体（L-R）配对分析。配体位于肾脏中，它们的同源受体位于肺中。分析分为从肾脏中的非免疫细胞或免疫细胞类型到肺中的非免疫细胞或免疫细胞类型的L-R配对。无论是在基线（假手术）还是在损伤后（AKI肾脏或AKI-ALI肺）检测到的得分最高的L-R配对是肾小管细胞表达的OPN（或分泌的磷蛋白-1）与在肺非免疫和免疫细胞中的受体CD44的配对。
为了解OPN与AKI-ALI发展之间的关系，对C57BL/6小鼠进行AKI，并在1、2、4、6和12小时后对其实施安乐死。AKI后1小时血清BUN和血清肌酐水平已经显著升高，血清肾损伤分子-1（KIM-1；肾损伤的敏感标志物）在12小时升高，表明严重的肾损伤。肾脏OPN表达在AKI后2～4小时已经明显升高，在12小时达到峰值，并保持升高至少到第5天。然而，在同一时间，肺OPN表达几乎检测不到或非常低。血清OPN蛋白表达水平随着肾脏OPN mRNA表达的变化而变化。AKI小鼠的OPN水平升高与肾损伤程度（BUN/OPN）相关。
图2 在AKI-ALI期间，OPN在肾脏而不是肺中上调。
OPN的药理学或遗传抑制可在AKI后预防ALI
研究者对C57BL/6小鼠进行双侧IRI并注射对照免疫球蛋白G（IgG）或抗OPN中和抗体。在没有抗体处理的OPN-global KO小鼠和野生型小鼠中进行了类似的实验。抗OPN抗体治疗的小鼠和OPN-global KO小鼠在第1天经历了与对照组相同程度的肾损伤，血清BUN和KIM-1水平升高。然而，在用抗OPN抗体治疗后的小鼠和OPN-global KO小鼠中，肺损伤得到了显著改善。抗OPN抗体大幅度减少了AKI后肺中性粒细胞和IM的积累，并且这些现象在OPN-global KO小鼠中几乎被完全阻止。与AKI后第1天的对照组相比，抗OPN抗体治疗的小鼠也表现出血管渗漏显著减少和肺功能的改善。根据研究结果可以将循环OPN确定为AKI-ALI中肺部内皮屏障通透性、肺免疫细胞积累和功能障碍的关键和必要调节剂。
AKI后循环OPN足以诱发ALI
研究者在轻度AKI（缩短缺血时间）的情况下测试了OPN注射的效果。轻度 AKI的血清OPN水平显著低于重度AKI。与假手术对照组相比，轻度AKI后6小时血清BUN水平显著升高，但比重度AKI低。将OPN蛋白静脉注射到轻度AKI小鼠中，注射量与重度AKI后6小时的血清浓度相似，触发的AKI-ALI与重度AKI-ALI相当。对未受伤的小鼠进行了OPN注射，无法检测到肺泡壁厚度的增加和肺的炎症变化，因此，可得出结论，仅在AKI的情况下，OPN才能诱导AKI-ALI。
临床上，AKI-ALI可能由于许多混杂因素而未被充分认识，例如并存的高血容量或心功能不全，这通常是AKI患者呼吸窘迫的主要原因，而AKI诱导的促炎作用被低估了。本次研究成果确定肾损伤释放的循环骨桥蛋白是呼吸衰竭的病因对肺损伤的治疗具有重要作用。
云克隆可为广大科研人员提供相关检测产品。相关靶标及核心货号如下：
