内源性逆转录病毒水平升高引发纤维炎症，并在肾脏疾病发展中发挥作用

作者：句朝晖  北京积水潭医院

炎症是所有慢性肾脏疾病的共同特征；然而，对其潜在机制的了解仍然很少。进化性遗传的内源性逆转录病毒（ERV）有可能引发免疫反应。来自人类和小鼠疾病模型的对照肾脏和患病肾脏的全面RNA测序表明，患病肾脏中转座元件（TE）和ERV的表达较高。胞嘧啶甲基化缺失导致表观遗传去表达可能导致ERV水平升高。DNA甲基转移酶1（DNMT1）的基因缺失/药理学抑制诱导ERV表达。在培养的肾小管细胞中，ERV引发细胞溶质核苷酸传感器的激活，如RIG-I、MDA5和STING。肾小管中ERV的表达触发RIG-I/STING和细胞因子的表达，并与免疫细胞的存在相关。RIG-I或STING基因缺失或用逆转录酶抑制剂治疗可改善肾纤维化。我们的数据表明表观遗传去表达诱导的ERV激活触发肾纤维化的重要作用。

慢性肾脏病（CKD）是全球第十大死亡原因。根据美国疾病控制与预防中心（CDC）的最新数据，估计美国超过1/7，即3700万人患有CKD2。CKD是第四大增长最快的死亡原因，其发病率在全球范围内呈上升趋势。CKD的机制尚不清楚，限制了新疗法的发展。

可转座子（TE）是高度重复的DNA链，由人类生殖系和某些体细胞组织中的DNA中间体（DNA转座子）或RNA中间体（逆转录转座子。逆转录转座子可以根据序列中长末端重复序列（LTR）的存在进一步分类。LINE（长散布的核元素）和SINE（短散布的核元件）是非LTR逆转录转座子，内源性逆转录病毒（ERV）被称为LTR逆转录转座子。与人类免疫缺陷病毒（HIV）和人类嗜T淋巴细胞病毒（HTLV）等外源性逆转录病毒具有相似的基因组结构，ERV基因组包含gag、pol和env基因，它们的侧翼分别为5′和3′UTRs4,5。据估计，8%的人类基因组和10%的小鼠基因组是ERV元件。进化过程中ERV序列的获得性突变使大多数病毒元件失去活性。胞嘧啶甲基化和组蛋白修饰的表观遗传抑制对ERV沉默很重要。在人类和小鼠早期胚胎中，ERV转录物占细胞转录组的15%，这表明ERV表达在胚胎发育过程中的重要性。

最近的研究表明，多种人类疾病中ERV水平升高。ERV表达增加被认为是自身免疫性疾病的致病因素，如系统性红斑狼疮、多发性硬化以及阿尔茨海默病、帕金森病、精神分裂症和双相情感障碍。人类内源性逆转录病毒K｛HERV-K（HML-2）｝是最近获得的ERV之一，在人类基因组中约有3000个前病毒残留。最近的一项研究表明，大脑中HERV-K env的异位过度表达导致小鼠运动神经元功能障碍。

ERV的再激活可以引发强烈的免疫反应，这在癌症细胞中最为典型，并且是通过广泛使用胞嘧啶甲基化抑制剂32,33,34,35,36,37发现的。由于ERV与外源性病毒的序列和结构相似，ERV可被胞浆核酸传感器（RIG-I、MDA5、TLR、AIM2、IFI6、cGAS STING等）识别，导致强烈的抗病毒先天免疫反应，导致细胞因子和趋化因子释放。ERV水平的增加增强了免疫受损肿瘤微环境中的先天免疫应答38，39，并且可能在胞嘧啶甲基化抑制剂的治疗成功中起关键作用。

ERV在纤维化和肾脏疾病中的作用尚未被探索。在这项研究中，我们绘制了健康和患病小鼠和人类肾脏组织样本中TE和ERV的基因组图谱。我们发现，一些ERV在纤维化中的表达更高，并与肾脏疾病的严重程度、肾脏免疫细胞组分（CD8 T细胞、CD4T细胞、自然杀伤细胞、增殖淋巴细胞、单核细胞、树突状细胞、粒细胞、浆细胞样树突状细胞、嗜碱性粒细胞和巨噬细胞）和核苷酸传感器相关。胞嘧啶甲基化缺失和表观遗传去表达可能导致TE/ERV水平升高。我们发现ERV在体外表达激活了胞浆核苷酸传感器RIG-I和STING。RIG-I或STING的基因缺失或逆转录酶的药理学靶向改善了小鼠肾脏疾病的严重程度。

在这里，我们显示了人糖尿病和高血压CKD中ERV表达的增加，它们在激活RIG-I、STING通路中的作用，以及它们对纤维炎症的贡献。通过分析240多个人类肾脏样本和几个小鼠CKD模型，我们提供了TE和ERV及其与疾病严重程度的相关性的全面目录。我们的研究表明，降低的胞嘧啶甲基化在允许TEs/ERVs在疾病中表达中的作用。TE和ERV水平相关，并导致细胞溶质核苷酸传感通路（如RIG-I/STING）的激活，导致I型IFN应答和ISG表达。RIG-I或STING的缺失可以减轻ERV诱导的PTECs和小鼠肾脏炎症。RIG-I是一种关键的免疫调节因子和潜在的治疗靶点，在肾脏炎症和CKD进展中起着关键作用。

在我们的调查中，我们认为这是第一份将TE和ERVs在非癌性肾脏中的表达进行分类的报告，并显示了ERVs表达与肾纤维化的相关性和增加。使用RepeatMasker，我们能够识别所有TE类型，如ERV、LINE和SINE，其中ERV在我们的数据集中是突出的TE。有趣的是，差异表达分析显示，更多的TE与肾纤维化呈正相关。我们还使用HervQuant分析了全长ERV序列，发现ERV水平有类似的增加，这与之前的报告34、43相当。我们通过分析小鼠肾纤维化样本发现了类似的模式，例如更多的TE显示纤维化中的表达增加。由于基因组结构和ERV整合的差异，很难在个体水平上比较人类ERV和小鼠ERV。然而，I类和II类ERV是这两个物种中最丰富的ERV。

我们的结果表明，胞嘧啶甲基化和表观遗传去表达的丢失可能在ERV激活中起重要作用。在人类肾脏样本中，我们发现甲基化缺失与ERV水平升高有关。Guo等人先前提出DNA甲基化在顺铂诱导的肾损伤中的保护作用44，然而，DNMT1提供保护的机制尚未完全解释。肾单位祖细胞（Six2+细胞）中的DNMT1丢失导致转座元件甲基化的显著丢失，并导致严重的肾脏发育损害45，46。不同表观遗传调节因子的缺失导致肾脏严重发育缺陷47、48、49、50，炎症基因特征更高，表明ERV是有效的免疫刺激剂。我们发现，肾小管细胞中DNMT1条件诱导缺失的小鼠更容易受到肾损伤，并表现出更高的炎症和纤维化，这表明DNMT1在成人中的作用，而不仅仅是在发育中的肾脏中。

值得注意的是，胞嘧啶甲基化的缺失是肾纤维化51和衰老的重要特征。这两种情况都与炎症增强有关。然而，衰老诱导炎症的机制尚不清楚。表观基因去表达诱导的免疫激活在DNMT1i的抗癌作用中起着关键作用。与ERV激活和炎症增强相关的表观遗传去表达可能在衰老和纤维化背景下清除癌细胞中发挥重要作用。我们不能排除端粒逆转录酶39或其他表观遗传调节因子的作用，它们也可能调节TE/ERV的表达。需要进一步的研究来了解表观遗传调节因子如SETDB1和TRIM28在调节肾脏ERV水平中的作用52，53。