缺血后再灌注引起的肾脏损伤在一种新型补体5基因敲除大鼠中得到了缓解

《Physiological Reports》：Post-ischemia and reperfusion kidney injury is mitigated in a novel complement 5 knockout rat

　　缺血再灌注损伤（IRI）是急性肾损伤（AKI）的主要机制，本研究通过CRISPR/Cas9技术成功构建全球敲除C5基因的大鼠模型，并验证其肾脏保护作用。实验显示C5^?/?大鼠在基础生理指标、免疫细胞组成及肾脏形态学上与野生型无差异，但经缺血再灌注处理后，其血清肌酐和尿素氮水平显著降低，肾小管坏死评分和凋亡标志物 cleaved caspase-3表达均明显少于野生型，且肾组织C5、C3沉积减少，中性粒细胞和巨噬细胞浸润显著降低。流式细胞术显示C5^?/?大鼠循环CD8+ T细胞、B细胞和NK细胞比例升高，但肾组织浸润免疫细胞减少。该模型首次在啮齿类动物中证实C5基因通过激活补体级联反应介导肾缺血损伤，为补体靶向治疗提供了新工具。

　　在肾脏疾病研究领域，缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion injury, IRI）是一个重要的病理过程，特别是在肾移植和急性肾损伤（acute kidney injury, AKI）的背景下。IRI通常发生在器官移植过程中，当组织在缺血后重新获得血液供应时，会引发一系列炎症反应和细胞损伤，最终导致肾功能下降。研究者们发现，IRI过程中，受损的肾组织会释放多种促炎因子，从而激活补体级联反应。补体系统作为先天免疫系统的重要组成部分，其激活在IRI中起到了关键作用。其中，补体成分C5被发现是治疗靶点，但传统的药物靶向治疗无法完全抑制其活性，也难以针对其所有变体。因此，构建一种能够有效模拟C5缺失的动物模型，对于进一步研究其在IRI中的作用至关重要。

为了探索C5在肾IRI中的具体作用，研究团队利用CRISPR/Cas9基因编辑技术，成功生成了全球C5缺失的新型大鼠模型（C5?/?）。这项研究通过系统评估C5?/?大鼠在基础条件下的生理特征，发现其在生长、血液化学成分和肾形态功能方面均与野生型（C5+/+）大鼠没有显著差异。这表明C5的缺失在正常生理条件下对大鼠没有明显负面影响，同时也为研究C5在IRI中的作用提供了良好的模型基础。

进一步的实验显示，在肾IRI模型中，C5?/?大鼠的肾功能和组织形态相较于C5+/+大鼠有显著改善。具体而言，C5?/?大鼠的血尿素氮（BUN）和血清肌酐（SCr）水平均显著下降，表明其肾功能受到保护。同时，肾组织中的急性管状坏死（acute tubular necrosis, ATN）评分也显著降低，这提示C5的缺失能够减轻IRI引起的组织坏死和细胞死亡。此外，C5?/?大鼠的肾组织中免疫细胞浸润水平明显减少，包括巨噬细胞、中性粒细胞和B细胞。这些发现表明，C5在IRI过程中可能通过促进炎症反应和细胞浸润，加重肾损伤。

研究还发现，C5?/?大鼠的血液中免疫细胞组成发生显著变化，其中自然杀伤细胞（NK细胞）、B细胞和CD8+ T细胞数量明显增加。这表明C5的缺失可能改变了炎症信号的传导路径，导致免疫细胞的激活和迁移模式发生改变。同时，C5的缺失对肾组织中其他补体成分（如C3）的表达没有显著影响，但C5的缺失显著降低了C8的表达。这一现象提示，C5的缺失可能通过某种调控机制影响了其他补体成分的基因表达，特别是在肾组织中。

值得注意的是，C5在IRI中可能通过其裂解产物C5a发挥作用。C5a作为一种强烈的促炎因子，通过与C5a受体（C5aR）结合，可以激活免疫细胞并促进其向受损组织迁移。然而，C5?/?大鼠在IRI后，C5a的水平并未显著增加，这可能解释了其免疫细胞浸润减少的现象。此外，C5的缺失还影响了补体级联反应的激活，从而减少了补体膜攻击复合物（MAC）的形成，这是导致细胞裂解和组织损伤的重要机制之一。

研究结果表明，C5在肾IRI中具有促进损伤的作用，而其缺失则能够有效减轻损伤。这一发现不仅为肾IRI的治疗提供了新的思路，也为研究补体系统在多种疾病中的作用提供了重要的模型基础。此外，C5?/?大鼠在基础条件下的生理特征与C5+/+大鼠相似，这一特性使其成为研究补体系统在多种疾病中的理想模型。与小鼠模型相比，大鼠模型在某些方面更具优势，例如其较大的体型和更接近人类的生理特征，使得实验结果更具有临床相关性。

研究团队还通过多种实验方法验证了C5?/?大鼠的生理和病理特征。其中包括使用Western blot检测C5和C3的表达水平，使用流式细胞术分析免疫细胞组成，以及使用组织学染色（如PAS、H&E和Masson's Trichrome）评估肾组织的形态变化。这些实验方法共同揭示了C5缺失对肾IRI的保护作用，同时也为理解补体系统在多种病理过程中的作用提供了新的视角。

总体而言，C5?/?大鼠模型的建立和表征为研究补体系统在肾IRI中的作用提供了重要的工具。这一模型不仅能够帮助研究者深入探讨C5在炎症反应和细胞损伤中的具体机制，还可能为开发针对C5的新型药物提供理论依据。此外，该模型在研究其他补体相关疾病（如自身免疫性疾病、神经退行性疾病和心血管疾病）中也可能具有广泛的应用前景。通过进一步研究C5缺失对补体级联反应的影响，以及其在不同组织中的表达和功能，可以更全面地理解补体系统在人体疾病中的复杂作用，从而为相关疾病的治疗策略提供新的方向。