NAT10通过乙酰化修饰调控糖尿病肾病中的肾脏衰老机制

近日，郑州大学第一附属医院肾脏科周思捷、路艳芳等团队合作，在《Cell Death & Disease》期刊发表题为“NAT10 inhibition alleviates renal tubular epithelial cell senescence by impeding ac4C acetylation of PAPP-A mRNA in diabetic nephropathy”的高水平科研成果，揭示了N4-乙酰胞苷（ac4C）RNA修饰在糖尿病肾病（diabetic nephropathy,DN）中肾小管上皮细胞衰老的分子机制。

标题：NAT10 inhibition alleviates renal tubular epithelial cell senescence by impeding ac4C acetylation of PAPP-A mRNA in diabetic nephropathy（NAT10抑制通过抑制糖尿病肾病中PAPP-A mRNA ac4C乙酰化以减缓肾小管上皮细胞衰老）

发表时间：2026年6月11日

发表期刊：Cell Death & Disease

影响因子：IF12.2/Q1

技术平台：acRIP-seq、RNA-seq

作者单位：郑州大学第一附属医院

DOI：10.1038/S41419-026-08970-0

研究发现，NAT10（N-乙酰转移酶10）作为目前唯一已知的RNA ac4C修饰“writer酶”，在DN患者及小鼠模型的肾小管上皮细胞中显著高表达，且与不良临床预后相关。NAT10通过直接结合并催化PAPP-A（妊娠相关血浆蛋白A）mRNA的ac4C乙酰化修饰，增强其mRNA稳定性，导致PAPP-A蛋白表达上调，进而通过PAPP-A/p53信号通路加速RTECs衰老。研究进一步在1型糖尿病（STZ诱导T1DM）和2型糖尿病（db/db T2DM）小鼠模型中证实，通过基因敲除（条件性敲除、AAV介导的肾小管特异性敲低）或药理处理（NAT10抑制剂Remodelin）靶向抑制NAT10，均可显著减轻肾小管上皮细胞衰老及肾损伤。该研究揭示了NAT10介导的ac4C修饰在DN肾小管衰老中的关键作用，为DN治疗提供了新的分子靶点。

图形摘要

研究方法

（1）临床样本分析

13例DN患者的肾活检组织（实验组）、14例非糖尿病肾病患者的肾组织（对照组）

通过免疫组化（IHC）检测肾组织中NAT10和p16的表达。

分析NAT10表达水平与临床指标（如eGFR、BUN、Scr等）的相关性。

（2）小鼠模型构建与处理

1型糖尿病（T1DM）模型：诱导Cdh16-Cre/NAT10^(flox/flox)条件性敲除（cKO）小鼠，建立肾小管特异性NAT10敲除的T1DM模型。

2型糖尿病（T2DM）模型：使用db/db小鼠（自发T2DM模型），敲低NAT10。

药物干预：对db/db小鼠腹腔注射NAT10抑制剂Remodelin（5 mg/kg，隔日一次，共12周）。

指标检测：监测体重、血糖、尿白蛋白/肌酐比（UACR）、血清肌酐、肾重/体重比，并对肾组织进行PAS染色、SA-β-gal染色、IHC、免疫荧光（IF）及Western blot（WB）检测。

（3）细胞实验

细胞系：人肾近端小管上皮细胞（HK-2）及原代肾小管上皮细胞。

诱导模型：使用高糖（30 mM）刺激细胞48小时，建立细胞衰老模型。

基因沉默：使用慢病毒介导的shRNA敲低HK-2细胞中的NAT10。

基因过表达：构建PAPP-A过表达质粒（OE-PAPP-A），转染HK-2细胞。

药物处理：使用Remodelin（20 mM）处理细胞24小时。

功能检测：流式细胞术检测细胞周期，SA-β-gal染色检测细胞衰老，WB、RT-PCR检测蛋白和mRNA表达，IF检测蛋白定位。

（4）分子机制研究及验证

acRIP-seq：提取db/db和db/m小鼠肾组织RNA进行高通量acRIP-seq测序，鉴定ac4C修饰的差异基因。

acRIP-qPCR：对候选基因PAPP-A进行qPCR，验证其ac4C修饰水平。

RNA稳定性实验：RT-qPCR检测PAPP-A mRNA的半衰期，评估NAT10介导的ac4C修饰对其稳定性的影响。

NAT10 RIP-qPCR：验证NAT10与PAPP-A mRNA的直接结合。

蛋白互作验证：免疫共沉淀（Co-IP）和His pull-down实验验证PAPP-A与p53蛋白直接互作。

结果图形

（1）肾小管上皮细胞衰老与DN中NAT10过表达相关

研究团队首先通过分析公共单细胞转录组数据库，发现DN患者肾小管中NAT10表达升高（图1A-B）。随后在临床肾活检样本中，DN组NAT10和衰老标志物p16的蛋白水平均显著高于对照组（图1C-F），且NAT10表达与eGFR呈负相关，与p16呈正相关（图1G-H），提示NAT10高表达与肾功能下降和肾小管衰老密切相关。在STZ诱导的T1DM和db/db T2DM小鼠模型中，同样观察到NAT10表达上调，同时ac4C整体修饰水平也显著增加（图1I-N）。这些结果共同表明，NAT10异常高表达与DN中的肾小管衰老和功能恶化紧密相关。

图1：糖尿病肾病中NAT10表达及ac4C修饰水平升高

（2）NAT10介导的ac4C RNA乙酰化增强了PAPP-A mRNA的稳定性

为探究NAT10在DN中的下游机制，研究团队对db/db和db/m小鼠肾组织进行了acRIP-seq和RNA-seq联合分析。结果显示，PAPP-A是受NAT10调控的、ac4C修饰水平及mRNA表达量均显著上调的候选基因（图2A）。通过IGV软件可视化确认PAPP-A mRNA上存在显著的ac4C修饰峰（图2B）。进一步实验验证了DN小鼠和患者肾小管中PAPP-A蛋白表达升高（图2E-F、I）。acRIP-qPCR证实PAPP-A mRNA的ac4C修饰水平在DN中增加（图2J）；NAT10 RIP-qPCR证明NAT10可直接结合PAPP-A mRNA（图2K）。最后，放线菌素D实验证实，敲低NAT10后，PAPP-A mRNA稳定性显著下降（图2L）。这一系列从全基因组筛选、靶点验证到功能确认的严谨实验，完整揭示NAT10通过催化PAPP-A mRNA ac4C修饰，增强其稳定性，从而促进PAPP-A表达。

图2：NAT10介导的ac4C RNA乙酰化增强PAPP-A mRNA稳定性

（3）NAT10敲低可减缓高糖诱导的HK-2细胞衰老

为在细胞实验中验证上述发现，研究人员在人近端小管上皮细胞（HK-2）中敲低了NAT10（图3A-C）。功能实验表明，NAT10敲低能减少高糖诱导的G1期细胞周期阻滞（图3D-E）和SA-β-gal阳性细胞比例（图3F-G）。此外，在分子水平上NAT10敲低逆转了高糖诱导的NAT10、PAPP-A、衰老标志物（p53, p21, p16, γH2AX）和肾小管损伤标志物（KIM-1, NGAL）的上调（图3H-I）。免疫荧光结果也证实NAT10敲低后p16和γH2AX信号减弱（图3J-K）。上述研究结果证实抑制NAT10可以有效保护肾小管上皮细胞免受高糖诱导的衰老和损伤。

图3：NAT10敲低减轻高糖诱导的HK-2细胞衰老

（4）NAT10通过PAPP-A/p53通路促进肾小管上皮细胞衰老和损伤

接下来，研究聚焦下游具体的信号通路。研究团队首先通过AlphaFold3预测及Co-IP和His pull-down实验，证实了PAPP-A与p53蛋白存在直接互作（图4A-D）。然后通过功能挽救实验，在HK-2细胞中，用NAT10 shRNA抑制其表达后，高糖诱导的PAPP-A、p53、p21、p16、γH2AX、KIM-1、NGAL的上调被减弱。而过表达PAPP-A（OE-PAPP-A）则能部分逆转NAT10抑制所带来的保护效应（图4E-F）。表明NAT10通过促进下游PAPP-A表达，进而与p53互作，激活下游衰老信号通路，是介导肾小管上皮细胞衰老的关键机制。

图4：PAPP-A参与糖尿病肾病中NAT10调控

（5）肾小管特异性敲除NAT10可减轻STZ诱导的T1DM小鼠模型中的肾小管上皮细胞衰老

研究团队在NAT10条件性敲除（cKO）小鼠的体内实验验证中发现，STZ诱导的T1DM模型中NAT10肾小管特异性敲除（cKO）显著降低小鼠的尿白蛋白/肌酐比（UACR）和肾重/体重比（图5D-E）。PAS和SA-β-gal染色显示，cKO小鼠肾小管损伤和衰老程度明显减轻（图5F）。ac4C dot blot确认cKO小鼠肾脏中ac4C水平下降（图5G）。WB结果显示，cKO有效抑制PAPP-A、p53、p21、p16、γH2AX和NGAL的蛋白表达（图5H- I）。上述结果表明，肾小管上皮细胞中NAT10缺失能够通过降低PAPP-A及下游衰老信号，有效延缓肾小管衰老和损伤。

图5：肾小管特异性敲除NAT10改善STZ损伤小鼠的肾脏病变

（6）NAT10敲低减轻db/db T2DM小鼠模型中的肾小管上皮细胞损伤和衰老

在T2DM db/db小鼠中，通过AAV介导的肾小管特异性NAT10敲低（shNAT10），观察到与cKO模型相似的保护效果。NAT10敲低显著降低db/db小鼠的UACR和血清肌酐水平（图6B）。组织学染色显示，肾小管扩张、上皮细胞脱落等病理改变得到改善，SA-β-gal阳性细胞减少，p16表达下降（图6C）。ac4C水平降低（图6D），且NAT10、PAPP-A、衰老及损伤标志物的蛋白表达均被显著下调（图6E-F）。表明在T2DM模型中，靶向抑制NAT10同样具有保护作用。

图6：NAT10敲低可减轻db/db小鼠肾小管上皮细胞衰老

（7）药物靶向NAT10可减轻实验性DN中的肾小管上皮细胞损伤和衰老

最后，研究评估了NAT10小分子抑制剂Remodelin的治疗潜力。在db/db小鼠中，Remodelin处理显著降低了UACR和血清肌酐，改善了肾小管组织病理损伤。免疫荧光和WB结果均显示，Remodelin处理降低肾脏中NAT10、PAPP-A、β-gal、p53、p21、p16、γH2AX、KIM-1和NGAL表达，同时降低ac4C水平。在体外HK-2细胞和原代肾小管上皮细胞中，Remodelin处理也一致地逆转了高糖诱导的衰老和损伤相关蛋白表达增加。这些结果证实药物抑制NAT10是一种可行的、有效的抗DN肾小管衰老策略。

结论和启示

本研究通过acRIP-seq和RNA-seq等分析证明了在DN状态下，肾小管上皮细胞中高表达的NAT10通过催化PAPP-A mRNA的ac4C修饰，增强其稳定性，导致PAPP-A蛋白累积，进而通过与p53互作激活下游衰老信号，最终介导肾小管上皮细胞衰老和DN进展。无论是基因层面还是药物层面，靶向抑制NAT10都能有效打断这一调控轴，发挥肾脏保护作用。因此，NAT10/ac4C/PAPP-A轴是DN治疗一个有前景的新靶点。

acRIP-seq在本研究中的重要作用

全转录组靶基因筛选：acRIP-seq在肾小管上皮细胞中绘制了NAT10介导的ac4C修饰图谱，系统鉴定出诱导NAT10的ac4C修饰水平及靶基因。

精准定位修饰位点：通过acRIP-seq分析，研究确定ac4C修饰在PAPP-A mRNA上的富集区域，为后续acRIP-qPCR、RIP-qPCR及荧光素酶报告基因实验提供明确的靶点区域。

机制验证筛选：acRIP-seq数据与RNA-seq的联合分析，确立“NAT10→ac4C修饰→PAPP-A mRNA稳定性→蛋白表达上调”调控轴，为后续功能实验提供组学支持。

参考文献：

Hu M, Lv L, Li R, Zhao Z, Li W, Wang Y, Liu Z, Lu Y, Zhou S. NAT10 inhibition alleviates renal tubular epithelial cell senescence by impeding ac4C acetylation of PAPP-A mRNA in diabetic nephropathy. Cell Death Dis. 2026 Jun 11. doi: 10.1038/s41419-026-08970-0.