论文解读 | Yuanyuan Zhang教授团队构建3D丝素支架模型评估年龄相关肾毒性

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肾脏是药物代谢与排泄的重要器官，功能随年龄增长逐渐衰退，因此老年人药物性肾损伤风险明显升高。替诺福韦（Tenofovir, TFV）是WHO推荐的一线抗HIV和乙肝药物，其近端肾小管线粒体毒性（MtT）不容忽视，老年患者尤为突出。TDF和TAF均为TFV前药，尽管TAF肾安全性优于TDF，但两者在老年人群中仍有蓄积风险。现有二维模型难以模拟肾脏组织微环境，USCs在2D培养中6周内即脱落丢失，无法评估长期慢性毒性，因此需要更贴近生理条件的3D培养平台。

美国Wake Forest大学的Yuanyuan Zhang教授团队在本刊发表题为“Age-dependent mitochondrial toxicity in renal stem cells: A precise 3D silk matrix model”的研究论文，该研究利用人原代尿源干细胞（USCs）与3D丝素纤维支架（SFM）建立长期体外培养模型，对比年轻（yUSCs，18–40岁）和老年（oUSCs，65–80岁）供者肾干细胞在抗逆转录病毒药物（TFV、FTC、RAL）暴露下的线粒体功能差异，揭示TFV诱导的端粒-线粒体轴损伤机制，提出PGC-1α通路可作为潜在干预靶点。

丝素支架仿生细胞外基质，生物相容性好，孔隙率和机械性能可调，支持细胞长期黏附生长。研究团队评估了三种FDA批准的抗逆转录病毒药物在3D-SFM中的毒性。鱼藤酮（阳性对照）和高剂量TFV在6周后显著降低yUSCs、oUSCs、HEK293和HepG2四种细胞的活力；低剂量和高剂量TFV均可降低原代USCs的线粒体数量，但对HEK293和HepG2影响不明显。TFV使两种USCs的线粒体DNA拷贝数（mtCN）下降，呈时间和剂量依赖性，说明长期3D培养对捕捉TFV诱导的mtDNA耗竭更敏感（图1）。这提示3D-USC-SFM模型比传统细胞系更适合检测慢性低剂量药物的线粒体损伤。

图1抗逆转录病毒药物作用下oUSCs的细胞活力、线粒体数量及mtDNA拷贝数（原文Figure 1）

进一步分析发现，oUSCs基线线粒体数量显著低于yUSCs，而SOD2表达和caspase-3活化水平显著高于yUSCs，反映年龄相关的氧化应激和凋亡易感性增加。TFV处理后，oUSCs线粒体电子传递链（ETC）复合物I–V蛋白水平呈剂量依赖性下降，降幅明显大于yUSCs。β-半乳糖苷酶活性及p53、p21、Rb等衰老标志物表达上调，端粒酶活性受抑，说明TFV加重oUSCs衰老并削弱干性。TFV还剂量依赖性升高肾损伤标志物KIM-1和药物代谢酶CYP2E1。机制上，TFV下调oUSCs中TRF1、PGC-1α、mtTFA及Nrf1蛋白水平；Nrf2在oUSCs基线即低于yUSCs，TFV进一步降低yUSCs中Nrf2水平。PGC-1α通常通过共激活Nrf1/2转录，启动mtTFA及ETC相关基因表达以维持线粒体稳态；TFV抑制该通路后，端粒-线粒体轴功能失衡，导致oUSCs对毒性更敏感。

该研究首次阐明TFV通过端粒-线粒体级联反应介导年龄依赖性肾干细胞损伤，发现老年USCs对TFV诱导的MtT更敏感，PGC-1α有望用于预测早期慢性肾功能不全并作为治疗靶点（图2）。这一3D丝素支架-USC模型为评估抗逆转录病毒及其他肾毒性药物的年龄特异性风险提供了体外平台，对老年HIV/HBV患者的用药方案优化具有参考意义。

图2 抗逆转录病毒药物（如TFV）对oUSCs功能的影响（原文中Figure 8）

文章来源

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2352304226000802

引用这篇文章：

Yu P, Ding H, Ma JX, et al. Age-dependent mitochondrial toxicity in renal stem cells: A precise 3D silk matrix model. Genes Dis. 2026;13(6):102108.