2023年12月7日，Nature在线发表了武汉大学医学研究院、教育部免疫与代谢前沿科学中心、中南医院医学研究院、泰康生命医学中心宋威团队与武汉大学中南医院老年医学科叶旭军团队关于肿瘤和肾脏互作的最新研究论文，题为“A novel antidiuretic hormone governs tumour-induced renal dysfunction”。该研究通过保守的果蝇肿瘤模型和高通量体内筛选，鉴定到果蝇中第一例明确的抗利尿素——ITP_F，并揭示它由恶性肿瘤和肠道内分泌细胞分泌，直接作用于果蝇马氏管（类似于人的肾小管），破坏其排水功能，导致严重的体液潴留。龙8总区基因在该研究中承担了转录组测序及分析的工作。

维持肾功能和体液平衡对于脊椎动物和无脊椎动物的生理病理应激响应至关重要。恶性肿瘤患者经常会出现肾功能障碍和少尿症，影响毒素清除和体液分泌，从而严重危害机体健康。由于致病机制不明，目前透析仍是肿瘤相关肾功能失调的主要治疗方案。此前的研究主要聚焦在化疗或药物毒性的影响，但近一半的实体瘤患者在确诊时和治疗前就出现肾功能失调；此外，肿瘤相关免疫或炎症反应也被认为是潜在的致病因素。然而，恶性肿瘤是否及如何直接靶向作用肾脏以扰乱其生理功能，尚属未知。

肾小管上皮细胞对水分子的转运是机体排水的关键步骤，存在于不同物种中，包括人和果蝇，并且受到激素调控。人和果蝇都有多种促进肾小管排水的利尿素，但是对于抗利尿素的研究非常有限。果蝇中目前没有明确的抗利尿素，人体唯一的抗利尿素精氨酸血管加压素（AVP）也难以解释诸多生理病理调控机制。

针对这些问题，该研究通过保守的果蝇肿瘤模型和高通量体内筛选，鉴定到果蝇中第一例明确的抗利尿激素——F亚型离子转运肽ITP_F，并发现其由恶性肿瘤和肠道内分泌细胞分泌，直接作用于果蝇马氏管（类似于人的肾小管），破坏其排水功能，导致严重的体液潴留。具体的分子机制包括 ITP_F激活马氏管星状上皮细胞中的GPCR受体TkR99D及其下游NOS-cGMP信号通路，抑制体液排出。此外，还首次发现哺乳动物神经激肽3受体（NK3R）作为果蝇TkR99D的同源物可在肾小管上皮细胞中表达，通过小分子药物阻断NK3R，有效改善多种恶性肿瘤导致的小鼠肾小管功能障碍。

研究首先假设肿瘤能产生针对肾脏的分泌蛋白，从而损害肾功能并导致体液潴留，且与其他宿主消耗效应无关。通过对果蝇 yki^3SA肿瘤中 112 个上调的分泌蛋白进行 RNAi 筛选，发现其中ITP（Ion Trasnport Peptide）对肿瘤诱导的体液潴留和高血糖发生至关重要，但与脂质流失或肌肉萎缩无关。同时，还普遍发现果蝇中N^DN，Ras^V12肠道肿瘤以及lgl^-/-，Ras^V12眼盘肿瘤也可以通过分泌ITP造成体液潴留。

果蝇ITP可形成五种不同的isoforms。通过对不同的isoform进行RNAi和过表达实验，证明肿瘤产生的ITP_F 是关键的isoform，可以直接导致体液潴留。值得注意的是，在健康果蝇的肌肉或脂肪组织中异位表达ITP_F也能显著导致体液潴留，作用机理包括ITP_F直接抑制果蝇马氏管（肾小管）的水分转运。由此，该研究将ITP_F定义为果蝇中的第一例明确的抗利尿激素。

通过深入研究不同类型的果蝇马氏管细胞和不同的下游通路，并将哺乳动物报告基因FlincG2转化到果蝇中研究cGMP变化，最终发现ITP_F直接激活马氏管星状上皮细胞中的cGMP信号通路，影响肾脏体液排出。LexA-GAL4双表达系统是研究果蝇体内器官交流的必要工具，该团队耗时近2年构建异位ITP_F 表达和yki^3SA 肠道肿瘤的LexA系统，并结合传统GAL4系统，发现在体内的马氏管星状上皮细胞（而不是主细胞）中的NOS-cGMP信号通路对ITP_F的抗利尿功能产生和发挥极为重要。

作者根据下游cGMP通路聚焦在GPCR上，进一步研究响应ITP_F的功能性受体，并通过单细胞转录组测序和生理生化实验及体内双表达系统RNAi验证，最终确定TkR99D是ITP_F的靶向受体，并阐明了ITP_F和经典配体Tk可竞争性激活TkR99D。

尽管暂未鉴定到哺乳动物的ITP_F同源物，但是作者发现小鼠和人NK3R是果蝇受体TkR99D的同源物，并指出其主要在近端肾小管上皮细胞中表达。通过测试不同的小鼠恶性肿瘤模型，发现Apc^Min/+肠道肿瘤模型、LLC肺癌模型、MFC胃癌模型、HCT116胃癌模型和Pdx胃癌模型的荷瘤小鼠都呈现不同程度的肾损伤和排尿障碍，使用腹腔注射小分子抑制剂阻断NK3R活性，可有效缓解恶性肿瘤诱发的肾损伤和排尿障碍。

综上，该研究鉴定ITP_F为果蝇中第一例抗利尿激素，并通过多种模型及方法详细研究了其作用机制，并提出可通过药物干预来治疗癌症相关肾功能障碍的可能性。该研究为进一步研究肿瘤-肾脏互作和治疗癌症相关的肾功能障碍机制，以及开发相关治疗策略提供了新的见解和思路。

参考文献：

Xu, W., Li, G., Chen, Y. et al. A novel antidiuretic hormone governs tumour-induced renal dysfunction. Nature (2023).