文献解读：南模生物模式小鼠助力揭示二甲双胍加重肾病的新机制
2023年10月17日，浙江大学王福俤教授及闵军霞教授共同通讯在Cell Discovery（IF=34）在线发表题为“Metformin potentiates nephrotoxicity by promoting NETosis in response to renal ferroptosis”的研究论文，该研究表明，在二甲双胍、烟酰胺、白藜芦醇、雷帕霉素和senolytics等长寿药物中发现，即使在低剂量下，二甲双胍也会加剧实验诱导的急性肾损伤（AKI）并增加小鼠的死亡率。
南模生物为该研究提供了Tmprss6-flox和Lcn2-flox条件性敲除小鼠。
针对这一临床重大需求，王福俤教授指导蔡昭贤博士研究生利用以上5种长寿药物干预缺血再灌注诱发的急性肾损伤小鼠，旨在探究这些长寿神药是否具有保护肾功能的作用。实验结果意外发现，二甲双胍不但没有保护效应，反而加重了缺血再灌注导致的急性肾损伤，并且呈现明显的剂量依赖性。在较高水平的二甲双胍暴露下，急性肾损伤小鼠全部出现死亡。进一步研究发现，二甲双胍肾脏毒副作用不仅在缺血再灌注引发的急性肾损伤中存在，而且存在于横纹肌溶解导致的急性肾损伤过程中。值得注意的是，在二甲双胍的FDA服用指南以及我国专家临床共识中指出，以肾小球滤过率 (eGFR) 为评估指标，若患者在一定程度上伴有肾脏疾病不建议服用二甲双胍或调整服用剂量，存在潜在肾脏副作用，但机制并不清楚。由于越来越多的非糖尿病人群服用二甲双胍，因此，可能存在潜在风险。
二甲双胍剂量依赖性诱导肾脏实质细胞死亡并加重急性肾损伤
此外，从药代动力学上来看，二甲双胍在人体内无法被分解代谢，一般主要在肝脏富集，并以原分子形式从肾脏排出。为进一步探究二甲双胍肾毒性的具体机制，研究团队引进单细胞转录组测序技术发现，肾脏14种细胞类型中，7种肾脏实质细胞类型 (Podo / PT / LOH / CD-PC / CD-IC / CD-Trans / DCT) 在二甲双胍的干预下数量明显减少。由于实质细胞的特性无法在短期通过迁移来改变数量，因此研究人员提出二甲双胍的干预可能会导致肾脏实质细胞发生死亡。
肾脏实质细胞铁死亡为主要形式的细胞死亡是二甲双胍肾毒性关键机制
研究团队进一步揭示了具体机制，在诱导小鼠急性肾损伤（AKI）后，发现肾实质细胞发生铁死亡等程序性细胞死亡，分泌大量的NGAL蛋白，并与循环中的二甲双胍和游离铁形成二甲双胍-铁-NGAL复合物，与中性粒细胞表面受体CXCR4结合发挥趋化作用，介导中性粒细胞浸润至肾脏并发生NETosis（中性粒细胞对抗感染的一种机制），从而进一步加重肾损伤。最后，研究团队证明了降低铁水平对肾损伤具有保护作用，这支持了铁在二甲双胍引发的急性肾损伤（AKI）中发挥重要作用的观点。
论文模式图
总之，这项研究在小鼠体系中发现了二甲双胍的肾脏副作用，从基础研究的角度为二甲双胍的临床适用性提供了更多可靠的评估依据。从机制上，二甲双胍与机体铁元素的相互作用加剧了小鼠肾实质细胞的死亡，而这一过程引起了中性粒细胞NETosis的免疫反应。这一系列结果展示了细胞与细胞间的级联反应和细胞生命活动的密切联系，这也是该研究所取得的重要突破。在临床角度来看，这项研究提示我们，接受二甲双胍治疗的患者除了评估其肾功能指标外，还应监测NGAL蛋白水平和铁水平，以规避潜在的临床肾毒性风险。
原文链接：https://www.nature.com/articles/s41421-023-00595-3
