MedNote AI
Targeted Deletion of Sphingosine 1-Phosphate Receptor 1 (S1PR1) in T Cells Confers Renoprotection in Diabetic Mice
ADA2026

Targeted Deletion of Sphingosine 1-Phosphate Receptor 1 (S1PR1) in T Cells Confers Renoprotection in Diabetic Mice

2026-06-05

Targeted Deletion of Sphingosine 1-Phosphate Receptor 1 (S1PR1) in T Cells Confers Renoprotection in Diabetic Mice

講者： Maha M. Itani (American University of Beirut, Faculty of Medicine, Beirut, Lebanon)

研究背景與假說：T 細胞與 S1PR1 在糖尿病腎病變中的角色

糖尿病腎病變（Diabetic Kidney Disease, DKD）是糖尿病最嚴重且具臨床意義的微血管併發症之一。大約有 40% 的第一型糖尿病（Type 1 Diabetes, T1D）患者最終會發展為 DKD。重要的是，DKD 並非由單一機制驅動，而是一個涉及代謝、血流動力學和發炎途徑的多因素疾病。這種複雜性促使研究團隊將焦點鎖定在 DKD 的免疫組成成分，特別是 T 細胞訊號傳遞。

在糖尿病環境中，系統性代謝紊亂會促進慢性低度發炎，進而影響腎臟，導致免疫細胞逐步招募並活化至腎臟中。這種腎組織內發炎狀態的升高，會導致結構損傷、腎絲球繫膜擴張（Mesangial expansion）以及腎功能的下降。

在五種 1-磷酸鞘氨醇受體（Sphingosine 1-Phosphate Receptors, S1PR1–5）中，S1PR1 是調控 T 細胞運輸（T-cell trafficking）的主要受體。當 1-磷酸鞘氨醇（S1P）與 S1PR1 結合時，會活化下游訊號傳遞路徑，進而控制 T 細胞的遷移、存活與活化。由於 T 細胞驅動的發炎反應是 DKD 的主要促成因素，研究團隊提出假說：S1P-S1PR1 通路藉由調節 T 細胞的發炎訊號，參與並促進了糖尿病腎病變的進展。

Slides 延伸補充：

  • 體內共有 5 種 S1PR 亞型，廣泛分佈於免疫與心血管系統。
  • S1P 與 S1PR1 結合後，主要經由 Gα\alphai 蛋白偶聯受體訊號傳遞，調控細胞的遷移（Migration）、增殖（Proliferation）、存活（Survival）、黏附（Adhesion）、緊密連接（Tight junction）及抗凋亡（Anti-Apoptosis）。

實驗設計與 S1PR1 基因敲除小鼠模型驗證

為了測試此假說，研究團隊建立了一個在 T 細胞中特異性敲除 S1PR1 的條件性基因敲除小鼠模型。他們將 S1pr1fl/flS1pr1^{\text{fl/fl}} 小鼠與 Cd4-CreCd4\text{-Cre} 轉基因小鼠進行雜交，產生在 CD4+ T 細胞中特異性缺失 S1PR1 的子代（S1PR1−/−S1PR1^{-/-}）。

基因型鑑定（Genotyping）確認了預期的重組模式。接著，研究團隊利用聚合酶連鎖反應（PCR）檢測 mRNA 水平：

  • 從骨髓（Bone marrow）分離出的 T 細胞中，S1PR1 mRNA 表現量減少了約 70%。
  • 從脾臟（Spleen）分離出的 T 細胞中，S1PR1 mRNA 表現量減少了約 90%。
  • 為了評估是否存在補償機制，團隊也檢測了 S1PR2 和 S1PR3 的表現量，結果顯示這兩者並無顯著變化，證實沒有其他 S1P 受體的代償性上調。

實驗設計與流程：

  1. 實驗對象：使用 10 至 12 週齡、包含兩種生物性別（雄性與雌性）的野生型（S1PR1+/+S1PR1^{+/+}）與基因敲除（S1PR1−/−S1PR1^{-/-}）小鼠，並分為對照組（Control, C）與糖尿病組（Diabetic, D）。
  2. 誘導糖尿病：連續 5 天腹腔注射鏈脲佐菌素（Streptozotocin, STZ），劑量為 50 mg/kg。
  3. 縱向追蹤（15 週）：在基準值（Baseline）及之後每 4 週監測血糖、體重與血壓。同時收集尿液與血漿樣本以評估代謝與腎臟參數。
  4. 終點分析：在第 15 週犧牲小鼠並採集腎臟，進行後續分析，包括週期酸-希夫染色（PAS staining）組織病理學分析、流式細胞儀（Flow cytometry）及基因表現研究。

生理指標與微量白蛋白尿評估：S1PR1 缺失的腎臟保護作用

在注射 STZ 後，野生型與基因敲除小鼠的血糖值皆顯著升高，而兩組對照組小鼠的血糖則維持正常，證實糖尿病模型成功建立。在 15 週的實驗期間，各組小鼠的體重僅有輕微變化，且收縮壓（Systolic Blood Pressure, SBP）皆維持在正常範圍內，排除了血壓差異對腎臟病變的干擾。

接著，研究團隊評估了尿液白蛋白排泄率（Albumin Excretion Rate, AER）。由於數據顯示雄性與雌性小鼠之間沒有顯著的生物性別差異，因此將兩者數據合併分析：

  • 野生型糖尿病小鼠（S1PR1+/++DS1PR1^{+/+}+D）：在第 15 週時，尿白蛋白排泄量顯著增加，達到約 140 μ\mug/day（對照組僅約 19 μ\mug/day）。
  • 基因敲除糖尿病小鼠（S1PR1−/−+DS1PR1^{-/-}+D）：其尿白蛋白排泄量顯著降低，僅約 56 μ\mug/day。

縱向時間曲線顯示，野生型糖尿病小鼠的尿白蛋白在第 11 週後急遽上升，而 T 細胞特異性缺失 S1PR1 的小鼠則顯著抑制了此上升趨勢，表明 T 細胞 S1PR1 缺失能有效保護小鼠免於糖尿病誘導的微量白蛋白尿（Microalbuminuria）。

腎臟結構與組織病理學分析：預防腎絲球繫膜損傷

除了功能上的改善，研究團隊進一步檢視了腎臟結構的病理變化。組織病理學分析顯示，T 細胞 S1PR1 的缺失能保護小鼠免受糖尿病引起的腎絲球損傷（Glomerular injury）：

  • 野生型糖尿病小鼠（S1PR1+/++DS1PR1^{+/+}+D）：腎絲球出現顯著的繫膜基質擴張（Mesangial matrix expansion），其繫膜面積（Mesangial Area, MA）相較於對照組增加了約 70%。
  • 基因敲除糖尿病小鼠（S1PR1−/−+DS1PR1^{-/-}+D）：並未出現明顯的繫膜擴張，其繫膜面積與腎絲球總面積（Glomerular Total Area, GTA）的比例相較於野生型糖尿病小鼠減少了約 50%，腎絲球結構維持良好。

Slides 延伸補充：

  • 透過 20 倍物鏡下的 PAS 組織染色切片，可清晰觀察到野生型糖尿病小鼠腎絲球中硬化與繫膜擴張的病理特徵（投影片中以黃色箭頭標示），而基因敲除則顯著阻斷了高血糖環境下的繫膜損傷（$$）。

免疫細胞浸潤分析：減少巨噬細胞與 T 細胞累積

為了探究免疫機制，研究團隊利用流式細胞儀（Flow cytometry）分析了腎臟中的免疫細胞群：

1. 腎臟巨噬細胞（Renal Macrophages）分析：

  • 誘導糖尿病後，野生型小鼠腎臟中的總巨噬細胞（Total macrophages）與浸潤性巨噬細胞（Infiltrating macrophages）數量皆顯著增加。
  • 在 T 細胞特異性敲除 S1PR1 的糖尿病小鼠中，這兩類巨噬細胞的累積量均顯著低於野生型糖尿病小鼠。

2. T 細胞亞群（T-cell Populations）分析：

  • 野生型糖尿病小鼠的腎臟中，CD3+、CD4+ 及 CD8+ T 細胞的浸潤均有非常明顯的增加。
  • 當敲除 T 細胞的 S1PR1 基因後，糖尿病小鼠腎臟中浸潤的 CD3+ 和 CD4+ T 細胞數量顯著下降。
  • 同時，CD8+ T 細胞的浸潤在基因敲除糖尿病小鼠中也同樣顯著減少。

這些結果強烈表明，S1PR1 對於 T 細胞向糖尿病腎臟的運輸（Trafficking）至關重要，且阻斷此通路能進一步減少次級巨噬細胞的活化與累積。

Slides 延伸補充：

  • 巨噬細胞的流式細胞儀篩選策略為：先圈選 CD45+ 細胞，再經由 Gr-1 與 CD11b 篩選出巨噬細胞，最後利用 CD11b 與 F4/80 定義出浸潤性巨噬細胞（Infiltrating Macrophages, KRM）。
  • T 細胞的篩選策略為：CD45+ →\rightarrow CD3+ →\rightarrow 進一步區分為 CD4+ 與 CD8+ 亞群。定量結果顯示，敲除 S1PR1 對減少 CD4+ T 細胞浸潤的效果尤為顯著（∗*）。

分子與基因表現分析：抑制腎損傷、發炎與纖維化標記物

研究團隊利用定量 PCR（qPCR）檢測了腎皮質中與腎臟損傷、發炎及纖維化相關的分子標記物（mRNA 表現量皆以 GAPDH 進行標準化）：

1. 腎臟損傷與發炎指標：

  • Nephrin（足細胞結構蛋白）：在野生型糖尿病小鼠中顯著下降了 1.4 倍，反映出足細胞（Podocyte）受損；而在基因敲除糖尿病小鼠中，Nephrin 的表達量得到顯著保留，恢復至接近對照組的水平。
  • Kim-1（腎損傷分子-1）：在野生型糖尿病小鼠中劇增至約 11 倍，但在 S1PR1 敲除組中顯著下降。
  • TNF-α\alpha 與 IL-6（促發炎細胞激素）：在野生型糖尿病小鼠中分別上升了 4 倍與 6 倍，而在基因敲除糖尿病小鼠中，這些發炎指標均顯著逆轉，降低至接近基準線。

2. 纖維化指標（Fibrotic Markers）：

  • 在野生型糖尿病小鼠中，促纖維化通路被強烈活化：TGF-β\beta 上升 2.4 倍、Galectin-3 上升 2.1 倍、Collagen type 1（第一型膠原蛋白） 上升 2.5 倍。
  • 在 S1PR1 基因敲除小鼠中，這三種纖維化標記物的表達均顯著受到抑制，降低至接近對照組水平，顯示細胞外基質（Extracellular matrix）的沉積路徑被成功阻斷。

這證實了標向敲除 T 細胞的 S1PR1 不僅能減輕發炎，還能有效預防腎臟向纖維化階段進展。

作用機制模型與問答討論

統一作用機制模型（Unified Mechanistic Model）

研究團隊將上述發現整合為一個完整的病理機制模型：

  • 糖尿病狀態下：高血糖與系統性代謝壓力誘發慢性低度發炎，促進免疫細胞的活化與招募。
  • T 細胞的角色：T 細胞透過依賴 S1PR1 的運輸機制進入腎臟，在此過程中扮演核心角色。
  • 發炎放大與損傷：進入腎臟的 T 細胞釋放促發炎細胞激素（如 IL-6、TNF-α\alpha），進一步招募並活化巨噬細胞。這種持續的發炎狀態會導致足細胞功能障礙（Nephrin 減少、KIM-1 上升）、腎絲球繫膜擴張，並啟動纖維化重塑（TGF-β\beta、Collagen 1、Galectin-3 上升），最終導致糖尿病腎病變（DKD）的發生與惡化。
  • S1PR1 敲除的阻斷效應：在 T 細胞中特異性敲除 S1PR1，能在早期階段阻斷此級聯反應（Cascade）。它阻止了 T 細胞向腎臟的有效遷移，減少了次級巨噬細胞的活化，進而保護了腎臟的結構與功能。

現場問答與學術討論

Q1（座長）：這項研究展示了發炎是驅動 DKD 的重要因素。然而，敲除 T 細胞的 S1PR1 是否意味著對小鼠進行了系統性的免疫抑制？未來的研究方向為何？是會針對 T 細胞向腎臟的特異性遷移，還是抑制 T 細胞對腎臟內其他免疫細胞的訊號傳遞？

  • Ms. Itani 答：是的，在未來的研究中，我們希望更深入地剖析 T 細胞內部的分子機制。我們目前正在研究這些小鼠模型在糖尿病反應下的基因體圖譜（Genomic profile），特別是在這些敲除小鼠模型中，以釐清更詳細的調控細節。

Q2（Anni Salamark, Olink Proteomics）：S1PR1 訊號通路是否可能是 SGLT2 抑制劑（SGLT2 inhibitors）下游所影響的免疫途徑之一？這兩者是相同的機制，還是完全獨立的途徑？

  • Ms. Itani 答：這非常有可能。SGLT2 受體與 S1PR1 訊號通路之間可能存在交叉通路（Cross-pathway），因此這兩者在調控高血糖引起的發炎反應中可能是相互關聯的。

Q3（聽眾, 紐約西奈山醫學院）：您是否有檢測這些小鼠腎臟中的異位脂質累積（Ectopic lipid accumulation）？因為 S1PR1 是 S1P 的受體，而 S1P 是神經醯胺（Ceramide）生物合成補救途徑（Salvage pathway）的一部分。

  • Ms. Itani 答：我們目前尚未檢測這些脂質相關的標記物，但這確實是一個非常有趣且值得在未來深入探索的方向。

Take-home Summary

  1. 免疫調控新靶點：T 細胞特異性 S1PR1 是糖尿病腎病變（DKD）中免疫介導性損傷的關鍵調節因子。
  2. 顯著的腎臟保護作用：標向敲除 T 細胞的 S1PR1 能顯著減少尿白蛋白排泄量（AER），預防腎絲球繫膜擴張與結構損傷。
  3. 抑制細胞浸潤與發炎級聯反應：阻斷 S1PR1 通路可顯著減少 CD3+、CD4+、CD8+ T 細胞以及巨噬細胞在糖尿病腎臟中的浸潤，並降低促發炎細胞激素（TNF-α\alpha, IL-6）與腎損傷分子（KIM-1）的表達。
  4. 抗纖維化效應：S1PR1 缺失能有效抑制 TGF-β\beta、Galectin-3 及 Collagen type 1 等促纖維化因子的上調，阻止細胞外基質沉積。
  5. 潛在的聯合治療前景：S1PR1 介導的免疫通路可能與現有的 SGLT2 抑制劑等療法存在交叉作用，未來具有聯合治療的開發潛力。