FUNDC1在肾脏疾病中的研究进展

安菲，王丽妍，刘文虎

(首都医科大学附属北京友谊医院肾内科，北京 100050)

肾脏作为机体的重要器官，高度依赖三羧酸循环生成的大量ATP来满足细胞的代谢所需。线粒体作为细胞的能量中心，其功能障碍可导致肾脏疾病的发生。肾脏疾病早期多具有隐匿性，未经发现及诊治可发展至慢性肾脏疾病，给家庭和社会带来巨大的经济和医疗负担。根据世界卫生组织统计，2012年有864 226例死亡病例(占全世界死亡人口的1.5%)归因于肾脏疾病[1]。随着人口老龄化的加剧，慢性肾脏疾病的死亡率仍会持续上升，预计2030年将达到14/10万[1]。目前寻找针对肾脏疾病的新型诊断和治疗方法是迫切需要解决的问题。FUN14结构域蛋白1(FUN14 domain containing 1，FUNDC1)最初作为一种新型的线粒体受体蛋白，因其能介导缺氧诱导的线粒体自噬而被发现[2]。随后，大量研究证明FUNDC1在心血管疾病、神经系统疾病及其他系统肿瘤中均发挥重要作用[3-5]。近年来发现，FUNDC1与肾脏疾病也有密切关联，可通过调控FUNDC1来改善线粒体功能障碍，其可能成为治疗肾脏疾病的分子靶点。现就FUNDC1在肾脏疾病中的研究进展予以综述，以期为肾脏疾病的相关研究提供理论基础。

1 FUNDC1的基本结构和功能

1.1FUNDC1的基本结构 FUNDC1包含155个氨基酸，含有3个α螺旋跨膜结构域，其中C端插入线粒体膜间隙内，N端暴露于细胞质中。N端氨基酸序列中包含Y(18)xxL(21)基序，这是一段特征性的微管相关蛋白1轻链3(microtubule-associated protein 1 light chain 3,LC3)相互作用区，FUNDC1通过LC3相互作用区与LC3相互作用发挥生理功能。通过分馏实验和针对FUNDC1的特异性抗体免疫染色显示，内源性FUNDC1只定位于线粒体，该受体在高等真核生物中高度保守，并且在大多数组织中高表达[2]。

1.2FUNDC1参与线粒体-内质网之间的相互作用 细胞器间存在着复杂的信号网络，通过这些网络使各个独立的细胞器建立联系，最终完成细胞整体的生物学功能。Wu等[6]发现FUNDC1是一种新的线粒体相关内质网膜(mitochondria-associated endoplasmic reticulum membrane,MAM)结构偶联蛋白，在缺氧条件下通过与内质网钙联蛋白相互作用在MAM中富集。MAM是线粒体外膜和内质网膜间的一种紧密接触，是两者发生钙信号转导、线粒体自噬、脂质代谢、炎症、氧化应激和细胞凋亡等功能的交互平台[7]。有研究证实，FUNDC1是MAM形成的必要条件，FUNDC1的消融导致MAM蛋白丰度降低以及线粒体和内质网之间的分离，而FUNDC1与内质网肌醇1，4，5-三磷酸2型受体相互作用构成了蛋白-蛋白桥，连接内质网和线粒体，同时通过内质网肌醇1，4，5-三磷酸2型受体调控MAM相关的钙分布[8]。因此，FUNDC1通过MAM功能平台实现了调节线粒体与内质网相互作用的功能。

1.3FUNDC1参与线粒体的质量控制 线粒体质量控制机制是多层次的，包括线粒体蛋白质、细胞器和细胞水平。这类机制由两种相反的作用调节，即线粒体的生物发生和受损线粒体的消除，两者共同维持线粒体数量及质量的相对稳定。线粒体消除包括线粒体融合/分裂和线粒体自噬，线粒体融合/分裂可以分离受损线粒体，并维持线粒体成分(如DNA、蛋白质和代谢物)的平衡，线粒体自噬过程负责受损线粒体的降解及再循环[9]。

目前的研究证实，线粒体自噬主要分为两条经典途径：磷酸酶及张力蛋白同源物诱导的激酶1/Parkin介导的泛素依赖途径和线粒体受体蛋白介导的非泛素依赖途径，FUNDC1即是不依赖泛素介导的线粒体自噬受体蛋白之一[10]。缺氧刺激时FUNDC1的N端LC3相互作用区去磷酸化，LC3相互作用区与LC3相互作用增强，使线粒体选择性地结合到LC3结构的隔离膜中，随后通过溶酶体去除线粒体[2]。动力相关蛋白1(dynamin-related protein 1,Drp1)、视神经萎缩蛋白1分别是介导线粒体分裂和线粒体融合的主要蛋白，应激条件下，FUNDC1通过去磷酸化促使与视神经萎缩蛋白1的解离以及与Drp1的结合，打破线粒体分裂及融合的平衡，使线粒体分裂成碎片[11]。有研究证明，在缺氧条件下，FUNDC1通过与钙联蛋白的作用在MAM中富集，随着线粒体自噬的进行，FUNDC1/钙联蛋白的关联性减弱，暴露的细胞质环与Drp1相互作用，Drp1因此被招募到MAM中，进而驱动线粒体分裂以响应缺氧应激[12]。在缺氧细胞中敲除FUNDC1、Drp1或钙联蛋白可观察到伸长的线粒体数量增加，自噬体和线粒体的共定位减少，线粒体自噬受阻。线粒体分裂为碎片是发生线粒体自噬的前提条件，FUNDC1被证实是一个整合线粒体融合/分裂和线粒体自噬作用的分子中枢，且在MAM界面完成这一耦合工作。

1.4FUNDC1参与肿瘤的生长 近年来FUNDC1还被证实可以作为一种线粒体蛋白酶的抑制调节因子，控制癌细胞增殖和细胞运动状态之间的平衡[13]。在体内，E3泛素连接酶Parkin依赖的线粒体自噬是一种公认的肿瘤抑制因子，但FUNDC1在肿瘤疾病中的作用与之不同。事实上，FUNDC1在宫颈癌细胞中的表达高于相邻的正常组织，FUNDC1高表达与宫颈癌患者的预后呈负相关[14]。在乳腺癌中，FUNDC1被证实可以刺激乳腺癌细胞增殖、迁移和侵袭[15]。因此，在许多研究中FUNDC1可促进体内肿瘤的生长。

2 FUNDC1与肾脏疾病的关系

FUNDC1的多种功能使其与肾脏疾病的关系呈现两面性。目前研究表明，FUNDC1与肾脏疾病的发生发展取决于肾脏疾病的具体类型、病变部位和发展阶段等因素。深入了解FUNDC1与具体肾脏疾病之间的分子机制可能为肾脏疾病的治疗提供新思路。

2.1FUNDC1与急性肾损伤(acute kidney injury,AKI) AKI是缺血再灌注损伤(ischemia-reperfusion injury,IRI)、脓毒症、肾毒性物质等因素在短时间内引起的肾功能快速减退的临床综合征，表现为肾小球滤过率快速下降，伴有多种代谢物质的潴留，以及水、电解质和酸碱平衡紊乱，严重者出现多系统并发症。AKI是常见的全球性公共卫生问题，以高患病率和高死亡率为主要特征，在多种致病因素中IRI是临床导致AKI的最主要原因。线粒体对缺血缺氧极为不耐受，IRI的缺血阶段促使肾脏线粒体功能障碍及由此引起细胞和组织坏死。再灌注阶段引起肾脏的活性氧产生、细胞内钙超载等一系列损伤性级联反应，更进一步加重了肾脏损伤[16]。

Wang等[17]首次发现FUNDC1介导的选择性线粒体自噬在缺血预处理(ischemia preconditioning,IPC)的肾脏中可以被激活，有利于减轻IRI引起的炎症、肾小管细胞凋亡和肾功能下降。而特异性敲除近端肾小管FUNDC1的小鼠会消除IPC对肾脏的保护，表明FUNDC1介导的线粒体自噬在IPC相关的肾脏保护中起重要作用。在机制上，IPC需要FUNDC1激活的线粒体自噬来降解定位于线粒体的Drp1，从而消除IRI激活的线粒体分裂。敲除Drp1，则可以逆转FUNDC1缺失导致的线粒体损伤和IPC的无效反应，揭示了肾缺血再灌注中线粒体自噬与线粒体分裂的关系。一项针对Drp1与缺血再灌注损伤性AKI的研究证实，在野生型小鼠中，Drp1近端小管特异性缺失维持了受损肾脏的线粒体正常结构，减少了氧化应激、炎症、程序性细胞死亡和肾损伤，促进了肾小管上皮修复[18]。这些研究说明，FUNDC1通过介导线粒体自噬降解Drp1来完成IPC对肾脏的保护作用。Wang等[17]的研究也对IPC诱导的FUNDC1相关线粒体自噬的上游信号分子做了深入探讨，蛋白质分析显示IRI抑制unc-51样激酶 1(unc-51 like kinase 1,ULK1)和丝氨酸17位点磷酸化的FUNDC1的表达，而IPC可以上调其水平。ULK1基因敲除后，IPC诱导的丝氨酸17位点磷酸化的FUNDC1表达受到抑制，IPC介导的肾脏保护作用消失。该研究数据揭示了IPC通过ULK1激活FUNDC1，从而介导线粒体自噬，ULK1是IPC介导的肾脏保护作用的核心组件。Wu等[19]的研究证明，FUNDC1是ULK1在选择性线粒体自噬中的一个新底物，ULK1与FUNDC1相互作用，使FUNDC1在丝氨酸17位点磷酸化，增强了FUNDC1与LC3的结合，进一步介导线粒体自噬。总之，FUNDC1介导的选择性线粒体自噬在IPC介导的肾脏保护中起到了关键分子信使的作用，而靶向调控IPC-ULK1-FUNDC1-Drp1轴在AKI临床管理中的潜力值得深入研究。

脓毒症也是引起AKI的重要原因。在脓毒症导致器官功能障碍的研究中发现，与假手术组相比，脓毒症导致肝损伤组小鼠各时间点的血清丙氨酸转氨酶和天冬氨酸转氨酶水平升高、肝组织病理学损伤评分升高，FUNDC1的表达下调，LC3Ⅱ的表达上调，表明脓毒症诱发小鼠肝损伤的机制可能与抑制FUNDC1/LC3Ⅱ信号通路的激活有关[20]。同样有研究证实，氢气通过调节FUNDC1介导的线粒体自噬，可能对脓毒症造成的肝脏损伤起到治疗作用[21]。提示在脓毒症造成的AKI中，进一步深入探索FUNDC1的相关作用机制具有一定临床意义。

2.2FUNDC1与糖尿病肾病 糖尿病肾病是糖尿病严重的微血管并发症之一，现已成为全球特别是发达国家慢性肾脏疾病的首要病因，造成了极大的社会负担[22]。高血糖诱导的代谢紊乱，包括能量利用和线粒体功能障碍，在糖尿病肾病中起着关键作用。尽管控制血糖可以缓解糖尿病肾病的发展，但目前尚无可靠的治疗方法能够延迟或预防糖尿病肾病的发生。因此，深入研究糖尿病肾病进展的机制，从而寻找有效防治糖尿病肾病的新方法是目前迫切需要解决的问题。

线粒体Ca2+稳态是维持其功能的基础，Ca2+超载会造成线粒体功能损害。MAM作为内质网与线粒体沟通的接触点，可以使内质网中Ca2+流入线粒体，进而调节线粒体的Ca2+平衡。研究表明，多种胰岛素信号蛋白，如蛋白激酶B、哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mammalian target of rapamycin,mTOR)复合物2以及人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源基因均定位于MAM的接口，提示MAM可能是胰岛素信号和活性的重要枢纽[23]。FUNDC1作为一种MAM蛋白，也在MAM这一枢纽结构中发挥重要作用。有研究发现，辣椒素可以激活肾脏足细胞瞬时受体电位通道亚型V1，促进瞬时Ca2+内流[24]。内流的Ca2+作为一种信号分子，通过钙调素依赖的蛋白激酶β激活AMP活化的蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)。活化的AMPK能够通过减少足细胞FUNDC1的表达抑制MAM的形成，进一步减少MAM介导的线粒体钙超载，减轻钙超载对肾脏的损伤作用，改善糖尿病肾病。FUNDC1过表达则会上调MAM的表达，促进线粒体钙超载，从而加重线粒体损伤[24]。在这一研究中FUNDC1是糖尿病肾病的一种致病因子，通过作用于AMPK-FUNDC1-MAM轴可以改善糖尿病肾病，这为糖尿病肾病的治疗提供了新靶点。同样，在糖尿病心肌病变中证实高糖驱动AMPK失活增加了FUNDC1的表达，导致异常MAM的形成，线粒体Ca2+增加，诱发线粒体功能障碍和心功能异常。活化AMPK可以通过抑制高糖诱导的MAM形成、线粒体Ca2+超载和线粒体功能障碍逆转糖尿病心肌病的进展[25]。这一研究再次佐证了AMPK-FUNDC1-MAM轴是糖尿病并发症的致病通路之一。所以，FUNDC1可能作为糖尿病肾病的治疗靶点。

2.3FUNDC1与狼疮性肾炎 系统性红斑狼疮是一种自身免疫性疾病，可以累及全身多器官，通常会损伤肾脏。系统性红斑狼疮患者中大约有40%会发生狼疮性肾炎，大部分在诊断系统性红斑狼疮后的5年内发生，终末期肾病发生率为4.3%～10.1%[26-27]。终末期肾病是预测系统性红斑狼疮患者死亡率的重要因素[28]。狼疮性肾炎的病理机制涉及肾脏及肾脏以外的因素，包括异常的T、B淋巴细胞信号转导，自身抗体产生以及由于遗传变异和环境因素而导致的细胞因子分泌失调等[29]。

线粒体自噬过程可能限制炎症因子的分泌，直接调节线粒体抗原呈递和免疫细胞稳态[30]。线粒体自噬维持线粒体的质量在免疫信号转导过程中非常重要[31]。越来越多的证据强调了线粒体自噬在调节免疫系统及其参与的炎症和自身免疫反应中的作用。而自噬调控的关键因素之一，mTOR的激活在系统性红斑狼疮中的致病作用已得到证实[32]。有研究发现，狼疮性肾炎患者的肾脏组织中微RNA(microRNA,miRNA/miR)-183水平明显下调，而miR-183与mTOR信使RNA的含量呈负相关；进一步研究证实，miR-183与雷帕霉素的治疗效果一致，可以特异性阻断mTOR，抑制其下游信号通路，对狼疮性肾炎起到治疗作用[33]。关于mTOR对线粒体自噬的调节机制，有研究证明，mTOR通过与AMPK协同磷酸化调节ULK1的活性来进一步调节线粒体自噬，在葡萄糖饥饿下，AMPK通过Ser317和Ser777的磷酸化直接激活ULK1，促进线粒体自噬；在营养充足的情况下，高mTOR活性通过磷酸化ULK1 Ser757抑制ULK1的激活，并破坏ULK1与AMPK之间的相互作用[34]。有研究报道，缺氧可使ULK1表达上调，引起FUNDC1上Ser17磷酸化，促进线粒体自噬[19]。因此，AMPK/mTOR-ULK1-FUNDC1轴可作为介导线粒体自噬的一条信号通路。另一方面，推测AMPK/mTOR-ULK1-FUNDC1轴介导的线粒体自噬可以作为狼疮性肾炎治疗的靶向信号通路。

3 结 语

线粒体功能障碍与多种肾脏疾病密切相关，因此，减少线粒体损伤、改善线粒体功能障碍是治疗肾脏疾病的一种有效手段。但是在不同肾脏疾病的发生和发展过程中，线粒体的详细调控机制仍不清楚。现有研究发现，线粒体外膜新型受体蛋白FUNDC1与多种肾脏疾病有显著相关性，需进一步深入探索其在各类肾脏疾病中参与的信号通路及其分子生物学机制，从而为肾脏疾病的临床治疗提供新思路。