镉诱导肾细胞损伤中m6A修饰与未折叠蛋白应答的调控机制研究

《Ecotoxicology and Environmental Safety》：Changes of N6-methyladenosine modification and unfolded protein response in renal cell injury induced by cadmium

　　本研究针对镉暴露致肾毒性机制不清的问题，系统探讨了m6A修饰及其调控蛋白与UPR信号通路的关联。结果表明镉通过上调m6A整体修饰水平及METTL3、YTHDF2等调控因子，激活ATF4/GRP78/BAX等UPR通路分子，促进氧化应激与细胞凋亡。该研究首次揭示m6A修饰对UPR的调控作用，为镉肾毒性防治提供了新靶点。

　　

随着工业化进程加速，重金属镉通过废水排放和农业活动进入环境，成为威胁人类健康的隐形杀手。肾脏作为镉在体内的主要蓄积器官，长期暴露可导致急慢性肾损伤，但其分子机制尚未完全阐明。近年来，表观遗传调控中的RNA修饰尤其是m⁶A（N6-甲基腺嘌呤）修饰，以及内质网应激触发的未折叠蛋白应答（UPR）通路，被发现在多种疾病中发挥关键作用。然而，在镉诱导的肾细胞损伤中，m⁶A修饰与UPR通路是否存在交互作用，仍是未被探索的科学盲区。

为解决这一科学问题，大理大学公共卫生学院Nan WANG、Shiyan GU等研究人员在《Ecotoxicology and Environmental Safety》发表论文，通过建立小鼠镉暴露模型，系统研究了m⁶A修饰及其调控蛋白与UPR信号分子在镉致肾损伤中的变化规律及潜在机制。研究首次揭示m⁶A修饰可能作为上游调控开关，通过修饰UPR关键分子的mRNA，参与镉诱导的肾细胞损伤进程。

研究团队采用18周饮水投喂法建立C57BL/6J小鼠镉暴露模型（0/50/100/200 mg/L CdSO₄），通过肾功能指标检测、组织病理学染色、TUNEL凋亡检测、qPCR、Western blot、免疫组化/荧光、m⁶A定量及生物信息学预测等技术，多层次解析肾脏损伤表型、m⁶A修饰动态变化及UPR通路激活特征。

3.1 镉对小鼠体重及脏器系数的影响

数据显示200 mg/L镉处理组小鼠体重增长显著抑制，肾脏系数虽无统计学差异，但高剂量组肾脏绝对重量下降，提示镉对机体生长及器官发育产生抑制作用。

3.2 小鼠肾功能变化

血清生化检测发现各镉处理组尿素氮（BUN）均显著升高，100 mg/L组肌酐（CREA）及50/200 mg/L组尿酸（UA）水平明显上升，证实镉暴露导致肾功能实质性损伤。

3.3 小鼠肾脏氧化应激指标变化

镉处理组丙二醛（MDA）含量上升，超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱甘肽过氧化物酶（GSH-PX）活性下降，表明镉通过破坏氧化还原平衡诱发肾脏氧化损伤。

3.4 肾脏组织病理学改变

HE、Masson和PAS染色显示镉处理组出现肾间质出血、管状上皮细胞空泡变性、基底膜裸露、炎症浸润及纤维化等典型病理特征，高剂量组纤维化平均光密度值分别为对照组的4.31倍（Masson）和8.12倍（PAS）。

3.5 镉对小鼠肾脏细胞凋亡的影响

TUNEL实验显示镉以剂量依赖性方式促进肾细胞凋亡，50/100/200 mg/L组凋亡率分别为18.69%、35.06%和57.37%，显著高于对照组（1.25%）。

3.6 镉对m⁶A调控蛋白及UPR分子mRNA的影响

qPCR结果显示镉暴露上调METTL3、METTL14、WTAP、FTO、ALKBH5、YTHDC2、YTHDF2等m⁶A调控因子mRNA水平，同时UPR通路相关分子DDIT3、HSPA5、ERN1、ATF6、EIF2AK3、HSP90AB1、XBP1转录本也显著增加。

3.7 镉对m⁶A调控蛋白表达与定位的影响

免疫组化揭示METTL3和ALKBH5在镉处理后由核内向胞质转移，而METTL16、FTO、YTHDC2、YTHDF2在胞质和核内表达均增强，提示镉扰动m⁶A调控蛋白的亚细胞分布。

3.8 m⁶A调控蛋白的表达

Western blot证实各剂量镉处理组METTL3、METTL16、ALKBH5、FTO、YTHDC2、YTHDF2蛋白表达均显著上升，200 mg/L组分别为对照组的2.30、2.53、1.85、2.41、1.55和1.47倍。

3.9 UPR蛋白的表达

镉处理组ATF4、ATF6、GRP78、PERK、XBP1、BAX、Caspase-12蛋白表达剂量依赖性上升，而抗凋亡蛋白BCL-2显著下降，说明UPR通路过度激活并导向凋亡。

3.10 m⁶A修饰与UPR的相关性分析

m⁶A整体修饰水平随镉浓度增加而升高（200 mg/L组达42.25%），Pearson分析显示其与ATF4、GRP78、BAX等UPR蛋白表达呈正相关（r=0.8992–0.9938），与BCL-2负相关（r=-0.9684）。

3.11 mRNA上m⁶A修饰位点预测

SRAMP预测显示ATF4、ATF6、BAX、BCL-2、HSPA5、ERN1、EIF2AK3、XBP1等UPR分子mRNA均存在高置信度m⁶A修饰位点，提示直接调控可能性。

3.12 小鼠肾脏中YTHDF2和XBP1的免疫荧光定位与表达

免疫荧光发现镉处理后YTHDF2从髓质扩展至皮质，且由胞质向核内转位；XBP1在皮质表达增强并集中于胞质。共定位分析显示二者在肾组织中空间分布无重叠，暗示间接调控关系。

研究结论表明，镉暴露通过整体上调m⁶A修饰水平，改变METTL3、YTHDF2等调控蛋白的表达与定位，进而激活ATF4/PERK/GRP78等UPR信号轴，最终导致肾细胞氧化应激、纤维化及凋亡。该研究首次建立m⁶A-UPR调控轴在镉肾毒性中的分子桥梁，为RNA表观遗传调控在环境毒理学领域的应用提供新范式。尽管YTHDF2与XBP1未共定位提示存在复杂调控网络，但m⁶A修饰位点预测为后续机制研究指明方向。这项成果不仅深化了对镉肾毒性机制的理解，更为开发以m⁶A为靶点的肾保护策略奠定理论基础。