腎損傷釋放的循環骨橋蛋白是呼吸衰竭的病因
骨橋蛋白（osteopontin，OPN）是在機體發育過程中或某些病理狀態下主要由間葉組織細胞分泌到細胞外基質中的一種酸性糖蛋白。OPN廣泛分布于多種組織和細胞中，包括骨、腎、肌肉、膀胱及自然殺傷細胞，可通過一定的信號途徑參與細胞的粘附、遷移等多種細胞行為的調節，是機體組織或器官發育過程中一個重要的調節因素；而且OPN在細胞免疫、創傷愈合、腫瘤轉移等病理過程中，同樣發揮著重要的調節作用。2022年3月，Science Advances上發表了一篇題為“Identification of kidney injury–released circulating osteopontin as causal agent of respiratory failure”的文章，表明人類急性腎損傷（AKI）產生的OPN能夠誘導急性肺損傷（ALI）和多器官衰竭。
缺血性AKI導致嚴重的ALI
為了識別受傷組織和其他器官之間的交流，研究者建立了一個多器官衰竭模型。模型是通過對腎臟進行損傷處理來研究其對肺的遠程影響。對C57BL/6小鼠進行雙側腎缺血再灌注損傷（IRI）并分析遠程ALI（AKI-ALI）。腎損傷導致AKI后，第1天的血尿素氮（BUN）和血清肌酐水平高度升高，表明嚴重的腎功能衰竭。BUN在第3至第5天緩慢改善約50%，血清肌酐在第3至第5天保持在較低水平。同時，小鼠發生了嚴重的肺損傷和炎癥（AKI-ALI），表現為間質空間擴張、細胞增加和間質水腫。第1天，肺泡壁厚度比假手術水平增加了75%，表明氧合障礙。中性粒細胞和間質巨噬細胞（IM）在肺中積累，在AKI后第1天達到峰值，到第5天仍顯著升高。與來自假手術對照組的肺泡灌洗液（BAL）相比，對AKI后第1天的肺支氣管肺泡灌洗液（BAL）的分析顯示總蛋白和白蛋白濃度顯著增加，以及總免疫細胞和中性粒細胞增加。這些BAL發現與實質性AKI-ALI一致。這些變化的功能后果是AKI后第1天的氧交換顯著受損。因此，模型中的小鼠數據非常類似于在AKI后多器官衰竭患者中觀察到的數據。
圖1 缺血性AKI會導致嚴重的ALI。
在AKI-ALI期間，OPN在腎臟中上調，但在肺中不上調
研究者使用機器學習算法CellPhoneDB來執行跨器官的計算配體-受體（L-R）配對分析。配體位于腎臟中，它們的同源受體位于肺中。分析分為從腎臟中的非免疫細胞或免疫細胞類型到肺中的非免疫細胞或免疫細胞類型的L-R配對。無論是在基線（假手術）還是在損傷后（AKI腎臟或AKI-ALI肺）檢測到的得分最高的L-R配對是腎小管細胞表達的OPN（或分泌的磷蛋白-1）與在肺非免疫和免疫細胞中的受體CD44的配對。
為了解OPN與AKI-ALI發展之間的關系，對C57BL/6小鼠進行AKI，并在1、2、4、6和12小時后對其實施安樂死。AKI后1小時血清BUN和血清肌酐水平已經顯著升高，血清腎損傷分子-1（KIM-1；腎損傷的敏感標志物）在12小時升高，表明嚴重的腎損傷。腎臟OPN表達在AKI后2～4小時已經明顯升高，在12小時達到峰值，并保持升高至少到第5天。然而，在同一時間，肺OPN表達幾乎檢測不到或非常低。血清OPN蛋白表達水平隨著腎臟OPN mRNA表達的變化而變化。AKI小鼠的OPN水平升高與腎損傷程度（BUN/OPN）相關。
圖2 在AKI-ALI期間，OPN在腎臟而不是肺中上調。
OPN的藥理學或遺傳抑制可在AKI后預防ALI
研究者對C57BL/6小鼠進行雙側IRI并注射對照免疫球蛋白G（IgG）或抗OPN中和抗體。在沒有抗體處理的OPN-global KO小鼠和野生型小鼠中進行了類似的實驗?？?/span>OPN抗體治療的小鼠和OPN-global KO小鼠在第1天經歷了與對照組相同程度的腎損傷，血清BUN和KIM-1水平升高。然而，在用抗OPN抗體治療后的小鼠和OPN-global KO小鼠中，肺損傷得到了顯著改善?？?/span>OPN抗體大幅度減少了AKI后肺中性粒細胞和IM的積累，并且這些現象在OPN-global KO小鼠中幾乎被完全阻止。與AKI后第1天的對照組相比，抗OPN抗體治療的小鼠也表現出血管滲漏顯著減少和肺功能的改善。根據研究結果可以將循環OPN確定為AKI-ALI中肺部內皮屏障通透性、肺免疫細胞積累和功能障礙的關鍵和必要調節劑。
AKI后循環OPN足以誘發ALI
研究者在輕度AKI（縮短缺血時間）的情況下測試了OPN注射的效果。輕度 AKI的血清OPN水平顯著低于重度AKI。與假手術對照組相比，輕度AKI后6小時血清BUN水平顯著升高，但比重度AKI低。將OPN蛋白靜脈注射到輕度AKI小鼠中，注射量與重度AKI后6小時的血清濃度相似，觸發的AKI-ALI與重度AKI-ALI相當。對未受傷的小鼠進行了OPN注射，無法檢測到肺泡壁厚度的增加和肺的炎癥變化，因此，可得出結論，僅在AKI的情況下，OPN才能誘導AKI-ALI。
臨床上，AKI-ALI可能由于許多混雜因素而未被充分認識，例如并存的高血容量或心功能不全，這通常是AKI患者呼吸窘迫的主要原因，而AKI誘導的促炎作用被低估了。本次研究成果確定腎損傷釋放的循環骨橋蛋白是呼吸衰竭的病因對肺損傷的治療具有重要作用。
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