编者按

CUL4B是在肿瘤和发育生物学领域已被广泛研究的E3泛素连接酶骨架蛋白，其在肾脏疾病中扮演着怎样的角色？山东大学齐鲁医院刘广义教授团队多年深耕肾脏病发病机制与靶向干预研究，近年来，在Cell Reports和Cell Death and Disease连续发表两项CUL4B相关研究成果，首先揭示了其在糖尿病肾病（DKD）中促进炎症和纤维化进展，随后进一步发现其在急性肾损伤（AKI）中却发挥内源性保护作用，展现出CUL4B在不同疾病背景下截然不同的生物学功能。这些发现不仅丰富了肾脏疾病的分子调控理论，也为精准靶向治疗提供了新思路。



一、糖尿病肾病中的“致病推手”：CUL4B/miR-194-5p/ITGA9轴驱动巨噬细胞浸润

巨噬细胞在肾脏中的浸润对DKD的进展至关重要，但其具体机制尚不明确。刘广义教授团队采用两种糖尿病小鼠模型研究发现，CUL4B——CUL4B-RING E3连接酶复合体中的支架蛋白，在DKD进展中发挥着有害作用；CUL4B/miR-194-5p/ITGA9信号通路是调控糖尿病肾脏中巨噬细胞浸润的重要机制[1]。

01、高糖/AGEs诱导巨噬细胞CUL4B上调，敲除可减轻DKD

巨噬细胞在肾脏的异常浸润是DKD肾损伤和纤维化的核心驱动因素。刘广义教授团队发现，在高糖或晚期糖基化终末产物（AGEs）刺激下，骨髓来源巨噬细胞（BMDM）和腹腔巨噬细胞中CUL4B蛋白呈剂量和时间依赖性上调，提示代谢应激可直接诱导巨噬细胞CUL4B表达。

为探索其在DKD中的功能，团队构建了髓系细胞特异性CUL4B敲除小鼠（Cul4bMKO），并采用STZ/高脂饮食诱导及db/db两种DKD模型进行评估。结果显示，髓系CUL4B缺失显著改善了糖尿病小鼠的肾损伤表型：尿白蛋白排泄减少，肾小球肥大和系膜基质扩张减轻，足细胞标志物（nephrin、WT-1、podocin、synaptopodin）表达水平降低，肾小管损伤标志物KIM-1表达下降；髓系CUL4B缺失还能显著抑制糖尿病引起的纤维化标志物（α-SMA、TGF-β、纤连蛋白以及Ⅰ型和Ⅳ型胶原蛋白）表达上调。这表明髓系CUL4B缺失能阻止糖尿病引发的肾纤维化进展。

02、核心机制：CRL4B/PRC2/HDAC协同抑制miR-194-5p，去抑制ITGA9

CUL4B缺失通过抑制巨噬细胞肾脏浸润发挥保护作用

免疫组化显示，Cul4bMKO糖尿病肾脏中巨噬细胞浸润（CD68阳性面积）显著减少。通过氯膦酸脂质体清除内源性巨噬细胞后进行骨髓细胞过继转移实验，直接证明CUL4B缺陷的骨髓来源细胞向糖尿病肾脏浸润的能力受损。体外迁移、黏附实验均表明，高糖/AGEs刺激下，野生巨噬细胞迁移、纤连蛋白黏附能力显著增强；CUL4B敲除巨噬细胞迁移、黏附能力大幅受损；过表达CUL4B可恢复细胞迁移黏附功能。

泛素激活抑制剂MLN4924阻断CRL4B功能，可抑制高糖诱导巨噬细胞迁移；缺失Cullin结构域的失活突变CUL4B无法促迁移，表明CUL4B对迁移和黏附的调控作用依赖于CRL4B复合体的催化活性。

ITGA9是CUL4B下游核心效应分子

体外机制研究揭示了CUL4B调控巨噬细胞迁移和黏附的分子通路。RNA测序发现，CUL4B缺失导致Itga9（编码整合素α9，ITGA9）mRNA显著下调。ITGA9是一种介导细胞黏附和迁移的整合素家族成员，其表达受CUL4B正向调控。进一步研究发现，CUL4B对ITGA9的调控是通过miR-194-5p实现的：CUL4B缺失导致miR-194-5p显著上调，而miR-194-5p可直接结合Itga9的3’UTR抑制其翻译。在DKD患者外周血单个核细胞（PBMC）中，同样观察到CUL4B和ITGA9蛋白升高、miR-194-5p降低的相关性。

在表观遗传层面，研究揭示了CRL4B复合物抑制miR-194-5p转录的精细机制。ChIP-qPCR实验显示，CUL4B及其催化产物H2AK119ub1在miR-194-5p启动子区富集。同时，PRC2复合物核心组分EZH2及组蛋白去乙酰化酶HDAC1也被招募至同一区域，共同介导转录抑制。使用EZH2抑制剂（DZNep）或HDAC抑制剂（TSA）可阻断高糖或CUL4B过表达对miR-194-5p的下调，并抑制ITGA9上调和巨噬细胞迁移能力增强。

由此描绘出一条完整的致病通路：高糖/AGEs诱导巨噬细胞CUL4B上调→CRL4B/PRC2/HDAC复合物协同抑制miR-194-5p转录→ITGA9表达去抑制→巨噬细胞黏附和迁移能力增强→向肾脏的浸润加重→推动DKD炎症和纤维化进展。

03、临床转化启示：miR-194-5p模拟物或抗ITGA9抗体潜力可期

该研究在DKD患者PBMC中的验证结果为临床转化提供了直接证据。采用干扰巨噬细胞中CUL4B/miR-194-5p/ITGA9信号通路的策略（如给予miR-194-5p模拟物或ITGA9抗体），有望通过减轻巨噬细胞介导的损伤来延缓DKD的进展。

二、AKI中的“应激响应者”：CUL4B通过介导p53泛素降解抑制PAI-1，筑牢AKI防御屏障

然而，这并不是CUL4B的全部。令人意外的是，在刘广义教授团队随后发表于Cell Death and Disease的研究[2]中，团队发现CUL4B在急性肾损伤中却发挥完全相反的作用。该研究中，刘广义教授团队聚焦泛素骨架蛋白CUL4B在顺铂、缺血再灌注（IRI）诱导AKI中的肾脏保护作用，完整阐明CUL4B通过介导p53 K164位点泛素化降解、抑制下游PAI-1表达，减轻肾小管上皮凋亡、肾间质炎症的分子通路，同时结合细胞、基因编辑小鼠、人体肾穿刺样本完成三级验证，填补了CUL4B在肾脏实质细胞调控AKI的机制空白。



01、CUL4B在AKI肾小管上皮细胞中应激性上调

AKI模型中肾小管CUL4B表达显著上调

刘广义教授团队首先在AKI小鼠模型中发现，顺铂或IR处理可时间依赖性地诱导肾脏CUL4B蛋白表达上调，且该上调主要定位于肾小管上皮细胞。这一现象在急性肾小管坏死（急性肾衰、急性肾炎综合征）患者肾组织中也得到验证，提示CUL4B可能主动参与了AKI的病理过程。

肾小管特异性敲除CUL4B显著加重AKI损伤

为明确其功能，团队构建了肾小管上皮细胞特异性CUL4B敲除小鼠（Cul4bcKO）。在无应激条件下，Cul4bcKO小鼠肾脏结构及功能与对照无差异；但顺铂或IR处理后，Cul4bcKO小鼠呈现显著加重的肾功能损害——血清肌酐（Cr）和血尿素氮（BUN）水平较对照大幅升高，肾小管损伤标志物KIM-1、NGAL表达明显上调，肾小管病理学损伤评分显著恶化。此外，Cul4bcKO肾脏中促炎因子（IL-6、IL-1β、TNF-α）和趋化因子（MCP-1）的表达上调，CD68标记巨噬细胞肾间质浸润数量明显增多；TUNEL阳性凋亡细胞、活化caspase-3蛋白表达显著上升。

研究团队进一步通过在人近端肾小管上皮细胞系HK2中敲低CUL4B表达，发现顺铂、氯化钴缺氧刺激下细胞凋亡率显著上升。

上述结果均表明，肾小管CUL4B缺失会放大急性损伤、炎症与上皮凋亡，内源CUL4B为AKI保护性分子。

02、核心机制：CRL4B复合物催化p53K164位点泛素化降解

转录组筛选锁定PAI-1为关键下游效应分子

机制层面，转录组测序揭示了一个关键线索：Cul4b缺失导致编码PAI-1的Serpine1基因显著上调。PAI-1是纤溶系统的重要抑制因子，在健康肾脏中几乎不表达，但在多种急性或慢性肾损伤肾脏中异常升高。既往研究将PAI-1主要视为肾纤维化的驱动因子，而本研究中，qPCR、Westernblot、免疫组化均证实，PAI-1在健康肾脏几乎无不表达，而在顺铂/IRI处理后，特异性在肾小管上皮细胞诱导表达。CUL4B基因缺失大幅促进了肾脏中损伤诱导的PAI-1水平。

使用p53抑制剂（PFT-α）或PAI-1抑制剂（PAI-039），均可显著逆转Cul4bcKO小鼠加重的肾损伤表型——Cr、BUN回落，KIM-1表达降低，TUNEL阳性细胞减少，巨噬细胞浸润减轻。——这也是该研究给我们的临床转化启示。

CUL4B经p53转录通路调控PAI-1表达

CUL4B如何调控PAI-1？研究团队进一步锁定p53——已知p53是Serpine1的转录激活因子，且p53是CRL4B复合体已知底物。在Cul4bcKO损伤肾脏中，p53蛋白水平显著升高，但其mRNA未受影响，提示CUL4B在转录后水平调控p53表达。造模前给予p53抑制剂PFT-α，可完全消除野生型与Cul4bcKO小鼠间Serpine1、PAI-1表达差异，表明Cul4b基因敲除通过上调p53增强了Serpine1的表达。此外，抑制p53可防止顺铂处理或IR后Cul4bcKO小鼠出现加重的肾损伤、炎症反应及细胞凋亡。在CUL4B基因敲低的HK2细胞中干扰TP53的表达，既抑制了SERPINE1mRNA的升高，也阻断了CUL4B减少引起的细胞凋亡增强。上述结果均表明：CUL4B通过抑制p53水平来抑制PAI-1表达并改善AKI。

CRL4B直接泛素化p53K164位点促进其降解

通过免疫共沉淀和泛素化实验，团队证实CUL4B作为CRL4B（CUL4B-RINGE3泛素连接酶）复合物的骨架蛋白，直接与p53结合并催化其K164位点的多聚泛素化，促进p53经蛋白酶体途径降解。CUL4B缺失可降低p53多聚泛素化水平；过表达CUL4B可显著增强p53泛素修饰。

该研究首次揭示了CUL4B/p53/PAI-1信号轴在AKI中的关键保护功能。在AKI背景下，CUL4B是肾小管上皮细胞中诱导表达的“应激响应者”，通过限制p53过度积累，防止PAI-1异常升高，从而为肾脏构筑一道内源性防御屏障。

三、总结与展望：从“双面性”到精准干预

同一分子在不同肾脏疾病中表现出截然相反的功能，看似矛盾，实则折射出一个深刻的生物学逻辑：CUL4B的功能由细胞类型和病理环境共同决定。在DKD中，代谢应激诱导巨噬细胞CUL4B上调，增强其浸润能力，是非细胞自主性的致病放大，髓系巨噬细胞CUL4B为致肾损伤因子；而在AKI中，应激诱导肾小管上皮细胞CUL4B上调，以抑制p53-PAI-1轴促凋亡信号，是细胞自主性的保护适应，肾小管上皮细胞CUL4B为护肾因子。

刘广义教授团队的两项研究系统揭示了CUL4B在急性肾损伤和糖尿病肾病中的“双面”作用机制，为理解肾脏疾病的细胞类型特异性调控提供了经典范例，也为未来精准干预开辟了新方向。当然，从基础到临床仍有诸多挑战，未来这一领域有待研究团队继续深耕。

专家简介


刘广义 教授

主任医师、副教授，硕导
山东大学齐鲁医院 肾内科 副主任
中国研究型医院协会甲状旁腺及骨代谢疾病委员会，委员
中华医学会肾脏病分会青年委员
山东省医师协会肾脏多学科创新分会，副主委
山东省医师协会肾脏分会，常委
山东省医学会肾脏病分会，委员
山东省中西医结合学会肾脏病分会，委员
山东省研究型医院学会肾脏病分会，常委
山东省健康管理协会肾脏病健康管理分会，委员
主要研究方向：
狼疮性肾炎、糖尿病肾病、遗传性肾病（ADPKD）。
主持国家自然科学基金2项，省部级基金5项
研究发表于Science、Cell Reports、Orphanet Journal of Rare Disease等

参考文献：
[1]Cell Rep. 2023 Jun 27;42(6):112550. 
[2]Cell Death Dis. 2024 Dec 18;15(12):915.