硫酸インドキシルは、IRF1-DRP1軸を介したマイトファジー障害を介して腸管バリア障害を誘導する

Indoxyl sulfate induces intestinal barrier injury through IRF1-DRP1 axis-mediated mitophagy impairment.

• Yinghui Huang
• Jie Zhou
• Shaobo Wang
• Jiachuan Xiong
• Yin Chen
• Yong Liu
• Tangli Xiao
• Yi Li
• Ting He
• Yan Li
• Xianjin Bi
• Ke Yang
• Wenhao Han
• Yu Qiao
• Yanli Yu
• Jinghong Zhao

抄録

腸-腎臓軸の機能障害は悪循環を形成し、やがて慢性腎臓病（CKD）の進行と関連する合併症の発生の触媒となる。しかし、CKDに伴う腸管機能障害の病因とそのメカニズムは未だ解明されていません。 私たちは、腸管バリア障害の原因として尿毒症毒素である硫酸インドキシル（IS）の存在を初めて明らかにしました。腸管上皮細胞の電気抵抗、透過性アッセイ、透過型電子顕微鏡検査を行い、腸管上皮細胞、IS注入マウス、CKDマウスにおけるISの腸管バリア障害への影響を評価した。また、腸管バリア損傷におけるISの役割とその基礎となるメカニズムを調べるために、in vitro及びin vivo実験を行った。最後に、AST-120（ISの経口吸着剤）を投与したCKDマウスと遺伝子ノックアウトマウスを用いて、そのメカニズムを検証し、ISによる腸管バリア障害に対する介入の可能性を探った。 その結果、腸管上皮細胞の電気抵抗とタイトジャンクション関連遺伝子の発現がISによって有意に抑制された。ISはダイナミン関連タンパク質1(DRP1)の発現とマイトファージフラックスを抑制し、DRP1の過剰発現はISによるマイトファージ阻害と腸管上皮細胞損傷を減少させることをin vitro実験で明らかにした。さらに、ISはインターフェロン調節因子1（IRF1）の発現を上昇させることでDRP1を抑制し、IRF1はDRP1のプロモーター領域に直接結合することができた。また、CKD患者の腸管組織では、DRP1の発現低下とオートファゴソームでカプセル化されたミトコンドリアの発現低下が観察された。また、AST-120またはIRF1遺伝子ノックアウトマウスを投与したところ、ISによるDRP1の減少、マイトファジー障害、腸管バリア障害が減少した。 これらの知見は、ISの蓄積を減少させるか、IRF1-DRP1軸を標的とすることが、CKDに関連した腸管機能障害を緩和するための有望な治療戦略である可能性を示唆している。

The dysfunctional gut-kidney axis forms a vicious circle, which eventually becomes a catalyst for the progression of chronic kidney disease (CKD) and occurrence of related complications. However, the pathogenic factors of CKD-associated intestinal dysfunction and its mechanism remain elusive. We first identified the protein-bound uremic toxin indoxyl sulfate (IS) as a possible contributor to intestinal barrier injury. Transepithelial electrical resistance, permeability assay and transmission electron microscopy were carried out to evaluate the damaging effect of IS on intestinal barrier in intestinal epithelial cells, IS-injected mice and CKD mice. In vitro and in vivo experiments were performed to investigate the role of IS in intestinal barrier injury and the underlying mechanism. Finally, CKD mice treated with AST-120 (an oral adsorbent for IS) and gene knockout mice were used to verify the mechanism and to explore possible interventions for IS-induced intestinal barrier injury. Transepithelial electrical resistance and the expressions of tight junction-related genes were significantly suppressed by IS in intestinal epithelial cells. In vitro experiments demonstrated that IS inhibited the expression of dynamin-related protein 1 (DRP1) and mitophagic flux, whereas DRP1 overexpression attenuated IS-induced mitophagic inhibition and intestinal epithelial cell damage. Furthermore, IS suppressed DRP1 by upregulating the expression of interferon regulatory factor 1 (IRF1), and IRF1 could directly bind to the promoter region of DRP1. Additionally, the decreased expression of DRP1 and autophagosome-encapsulated mitochondria were observed in the intestinal tissues of CKD patients. Administration of AST-120 or genetic knockout of IRF1 attenuated IS-induced DRP1 reduction, mitophagic impairment and intestinal barrier injury in mice. These findings suggest that reducing IS accumulation or targeting the IRF1-DRP1 axis may be a promising therapeutic strategy for alleviating CKD-associated intestinal dysfunction.

© The author(s).