慢性腎間質纖維化機制的研究進展

王海，胡世蓮，蘇克亮，康冬梅

(安徽醫科大學附屬省立醫院、安徽省立醫院，a老年病科，b腎內科，合肥230001)

慢性間質性腎炎(CTIN)又稱為慢性腎小管間質性疾病，是以腎小管及間質慢性損害為主的慢性腎臟病。病因多為感染性、免疫性、中毒性、代謝性等，臨床起病隱匿，早期不易被發現而漏診。CTIN是造成腎功能衰竭的主要原因之一，病理變化主要以間質纖維化、腎小管萎縮以及炎癥細胞浸潤等為特點，而腎間質纖維化是很多腎臟疾病發展到終末期腎功能衰竭的共同特征。腎間質纖維化的機制，目前尚不能完全明確，可能和以下幾個方面有關。

1 腎小管上皮間充質轉化(EMT)

腎小管EMT以腎小管細胞失去其上皮表型并獲得間充質細胞特性的一個過程。隨著疾病的進展，小管上皮細胞通過損傷的小管基底膜(TBM)遷移進管周間質，進入間質的腎小管上皮細胞失去其分子標記如E-鈣粘蛋白(E-cadherin)而得到間充質的特性表達，如α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)、波形蛋白(vimentin)等［1］。在糖尿病腎病中，E-鈣粘蛋白表達下降的同時，α-SMA是上調的［2］。許多研究表明E-鈣粘蛋白/β-連環素(β-catenin)在EMT的過程中起到了關鍵作用［2-4］近年來諸多研究證實腎臟固有細胞像成纖維細胞、腎小管上皮細胞等都可以轉化為肌成纖維細胞(MF)，而MF在腎間質纖維化中發揮重要的作用，通常被認為是腎間質纖維化的主要特征。有研究證實在單側輸尿管梗阻(UUO)腎纖維化模型中超過1/3的間質MF來源于腎小管EMT。MF產生過量的細胞外基質(ECM)。在健康的腎臟中，少量的固有成纖維細胞通過表達生長因子來維持腎臟的結構包括ECM的產生和循環、近端小管細胞的生長和功能。在腎間質纖維化過程中，成纖維細胞可以發生表型轉變，表達α-SMA，細胞增生能力增強，ECM表達、分泌能力增強。腎小管上皮細胞分化成MF后可以向間質中游走，大量合成和分泌膠原纖維等基質成分，參與腎間質纖維化的過程。用轉化生長因子β誘導的人近端腎小管上皮細胞的形態由典型的鵝卵石狀轉變為長梭形似MF。認為EMT的發生是有序的過程，涉及四個最關鍵的步驟:①失去腎小管上皮的粘附特性。②重新表達α-SMA和肌動蛋白重組。③TBM的瓦解。④細胞的侵襲性和遷移性增加。

2 腎小管間質纖維化與血管活性物質、細胞因子及炎癥細胞等有關

2.1 轉化生長因子 β(TGF-β)TGF-β 共有三個亞型(TGF-β1-3)，主要在腎小球和腎小管細胞表達，但在正常的腎臟中表達很弱。在腎間質纖維化中主要以TGF-β1表達為主。TGF-β1當前認為是腎間質纖維化的形成過程中最關鍵的調節因子。TGF-β的作用主要是減少基質金屬蛋白酶(MMPs)和纖溶酶原激活物(PA)活性以及促進纖溶酶原激活物抑制物1(PAI-1)和基質金屬蛋白酶組織抑制物(TIMPs)的合成，進而抑制 ECM 的降解［5］;TGF-β可以直接促進腎小管細胞和間質成纖維細胞合成膠原;刺激成纖維細胞的增值和活化，促進腎小管EMT，是腎間質纖維化的重要發病機制之一;可以誘導結締組織生長因子等細胞因子的分泌、各種膠原等的表達，促進細胞外基質的產生。TGF-β1誘導的EMT主要依賴Smad信號通路。研究發現，整合素鏈接激酶(ILK)是TGF-β1/Smad信號轉導途徑的下游效應因子，在EMT的過程中發揮了非常重要的作用。試驗表明，注射無活性的ILK可以阻止TGF-β1誘導的小管 EMT，表明在 TGF-β1誘導的腎小管EMT過程中ILK信號途徑是必不可少的重要中介信號分子，TGF-β1不僅誘導ILK大量表達而且能夠增強它的活性［6］。實驗證實TGF-β可以使正常的大鼠腎小管上皮細胞標志物E-鈣粘蛋白消失，而出現α-SMA的表達，可以說TGF-β可以促進腎小管上皮細胞轉分化為MF。

2.2 結締組織生長因子(CTGF)CTGF在各種組織如心臟、肺、肝臟、腎等組織中表達。在正常的生理條件下表達量很少，但是腎臟中含量最高。對腎臟的直接作用包括腎小球系膜細胞的遷移、肥大、纖維結合蛋白的產生、肌動蛋白的分解，小管上皮細胞的EMT和間質成纖維細胞產生Ⅲ型膠原及TSP-1。CTGF已被實驗所證實是TGF-β1的下游信號因子，執行其致纖維化作用，大部分由TGF-β所誘導產生［7-8］。TGF-β與其受體結合后，通過 Smads信號通路誘導下游因子表達而產生致纖維化的生物學效應。CTGF和TGF-β起協同作用，CTGF能夠介導人的系膜細胞產生膠原蛋白，導致 ECM的沉積、EMT［9］;并且認為CTGF在致纖維化過程中EMT比導致膠原蛋白沉積更加重要［6］。另外，高艷麗等［10］研究表明，CTGF和TGF-β1協同下調成纖維細胞產生的MMP-2，并且促進其轉化為MF，從而導致促纖維化效應。體外實驗證實高糖、Ang-Ⅱ、醛固酮、循環機械張力、溶血磷脂酸等因素作用下，多種腎細胞都可產生CTGF，而腫瘤壞死因子(TNF-α)、骨形成蛋白-7(BMP-7)、一氧化氮(NO)等可以抑制CTGF的表達。

2.3 血管緊張素Ⅱ(Ang-Ⅱ) 在慢性腎間質纖維化的發病過程中，腎素-血管緊張素系統(RAS)激活。抑制RAS的藥物能夠延緩間質纖維化并改善腎功能。Ang-Ⅱ是RAS中促進腎臟損傷的主要生物活性肽，激活腎臟上皮細胞、間質成纖維細胞、和腎小球細胞，調整細胞的生長和ECM的合成。在培養的人腎小管上皮細胞中Ang-Ⅱ通過AT1受體導致EMT［9］。Ang-Ⅱ促進腎間質纖維化的作用可能和以下的機制有關:①Ang-Ⅱ直接激活Smad信號系統和通過 TGF-β/Smad誘導 EMT［11］。②間接途徑為增加腎小球毛細血管內壓，造成對腎臟的損害。③促進CTGF和TGF-β1等一些細胞因子的合成和分泌。Ang-Ⅱ誘發 CTGF和膠原的積聚［12］。許多研究證明Ang-Ⅱ通過內源性生長因子來參與腎臟纖維化［13-16］。當腎小管上皮細胞和 TGF-β1、Ang-Ⅱ一起孵育時，Ang-Ⅱ能顯著促進TGF-β1誘導EMT的能力。在小鼠的體內注射Ang-Ⅱ可以增加TGF-β合成，Ang-Ⅱ可以增加TGF-β1mRNA表達和蛋白的合成、分泌，并促進TGF-β1的活化，同時伴有細胞外基質成分mRNA的升高。在單側輸尿管梗阻(UUO)模型中，Ang-Ⅱ能誘導 TGF-β1mRNA 的表達，并且與纖維化的程度是一致的。許多研究顯示Ang-Ⅱ抑制劑減少TGF-β的過度生成和信號系統的活化［17-18］。

2.4 肝細胞生長因子(HGF)HGF在人體內是一種多效性、多肽性的細胞因子，在正常人體器官中，以腎臟中表達水平最高。許多試驗證明，在持續的腎臟損傷情況下，內源性HGF持續高表達，能夠有效抑制腎間質纖維化過程。HGF抑制腎間質纖維化的機制可能為:①激活ECM的降解途徑。ECM的生成和降解的失衡是間質纖維化的一個重要因素。ECM的降解主要靠MMPs系統的介導，HGF可以促進MMP-9的表達增加，抑制 TIMP(TIMP1，2)的表達。MMP-9在ECM的降解途徑中起到了減輕腎臟ECM的聚集和沉淀的作用。②抑制腎小管EMT。腎間質纖維化中的MF超過1/3是由EMT轉化而來，而ECM大部分由MF來產生。體外試驗中，TGF-β1由ILK介導能夠引發EMT;而有試驗發現HGF能夠完全的阻止TGF-β1的這種作用。③HGF可以阻滯TGF-β1/Smad信號的傳導。TGF-β1發揮生物學效應是通過其Ⅰ型、Ⅱ型受體及其下游的Smad信號因子實現的。HGF可以干擾成纖維細胞 TGF-β1/Smad信號傳導，明顯減弱活化的Smad2/3的核轉位和核內積聚。因此，Smad信號傳導途徑被有效抑制。HGF能夠減少TGF-β介導的CTGF增長［19］。④抑制細胞凋亡。腎纖維化的另一個主要的病理學特征是細胞凋亡，主要包括足細胞凋亡、腎小管萎縮和毛細血管塌陷。HGF能阻止多種腎臟細胞凋亡，是一種促存活因子。在病理性狀態下，HGF可以有助于腎臟的功能和結構的完整。多個試驗顯示外源性HGF可以抑制腎小管上皮細胞的凋亡。

2.5 肥大細胞(mast cells，MCs) 有研究表明器官纖維化的發生發展伴發有MCs的增生和活化。但是動物實驗顯示了MCs從保護到促進疾病的作用。激活后的MCs分泌各種細胞因子、生長因子，調節血管通透性、炎癥反應和組織保護作用［20］。在腎臟疾病實驗模型中，MCs有促進腎臟疾病的作用。譚昭等［21］認為MCs的浸潤與間質性纖維化之間存在一定關系，可能參與了間質性腎炎的腎間質ECM蓄積。但是，有研究表明，MCs抑制腎纖維化進程、Ⅰ型膠原的積蓄，保護E-鈣粘蛋白、抑制α-SMA的表達，減少組織中 TGF-β1的表達水平［22］。MCs在腎間質纖維化中是纖維化的原因還是結果仍舊沒有定論，仍需要進一步研究。

當然，還有許多的因子起到對抗腎間質纖維化的作用，如BMP-7和Smad7。BMP-7不僅影響TGF-β1/Smad通路的信號傳導，還存在與TGF-β1的互逆作用。主要表現在:減少各種促炎癥因子的表達，激活ECM的降解，抑制上皮細胞的凋亡，維持上皮細胞的表型等方面。Smad7在TGF-β信號傳導中是一種自身調節的負反饋信號［23］。有研究提示，細胞內Smad7水平是TGF-β活性的主要決定因素，能調節TGF-β信號強度和持續時間［12］。Smad7的缺失引起嚴重的腎間質纖維化［24］。

3 ECM的代謝失衡

正常的情況下，ECM是保持生成和降解的動態平衡。各種病理因素導致腎組織中 PA/PA-I和MMPs/TIMPs的表達和活性異常，使ECM降解受抑制，形成纖維化。TGF-β1可以同時減少MMPs生成及增加TIMPs、PAI-1等合成而抑制 ECM降解。CTGF和TGF-β1可以協同下調腎成纖維細胞產生MMP-2，并促進其轉變為MF，而MF大量生成ECM，從而促進腎纖維化。

3.1 PAs/PAIs PAs/PAIs不僅是纖溶系統活性的重要物質，在ECM的降解過程中也起重要作用。PAs分組織型(tPA)和尿激酶型(uPA)兩種，主要以uPA參與ECM降解和重塑，降解纖維連接蛋白、Ⅳ型膠原等多種糖蛋白。PAs除了以上的功能，還可以激活MMPs，形成PAs/纖溶酶/MMPs的級聯瀑布激活效應，進一步發揮病理效應。PAIs是PAs的高效生理抑制物質，可以抑制纖溶酶原的激活，使MMP前體轉變成MMP減少，還能有效地抑制ECM降解，致使ECM積聚。PAIs分為四種類型:PAI-1、2、3、4，主要以 PAI-1和 PAI-2為主要形式。PAs/PAI-1失調在腎間質纖維化過程中起著重要的作用，uPA起保護作用，而PAI-1則相反。

3.2 MMPs/TIMPs MMPs是參與 ECM降解的主要酶之一，發現約30余種，主要由體內單核細胞、巨噬細胞和腎小球上皮細胞等多種細胞分泌。MMPs主要的功能可以概括為:幾乎降解全部ECM的成分;激活別的MMPs，形成級聯瀑布效應;在細胞遷移、愈合傷口、胚胎發育及血管形成中起著不可替代的作用［5］。TIMPs是機體內存在的低分子蛋白質，目前明確的有4 種 TIMPs(TIMP-1，2，3，4)。主要有兩個方面的功能:對MMPs活性的抑制和具有生長因子特性、調控細胞增殖與細胞凋亡等。MMPs和TIMPs之間保持動態平衡是維持正常的ECM微環境相對平衡的關鍵［25］。在各種病因所致的腎間質纖維化中均可發現MMPs和TIMPs的功能紊亂。有研究發現，MMPs的活性降低并非由于轉錄減少，而是被TIMP-1所抑制，TIMP-1 mRNA、TIMP-2 mRNA和TIMP-3 mRNA表達皆升高，尤其以TIMP-1 mRNA升高明顯，雖然MMP-1 mRNA和MMP-2 mRNA的表達也升高但是活性降低。許多細胞因子通過MMPs途徑產生抗纖維化的作用。像葡萄糖及其糖化終產物在體外能夠證明調整MMPs的表達［26-27］。HGF能夠提高MMP-9的表達水平從而抑制TIMP-1的表達，BMP-7能誘導MMP-2的表達產生抗纖維化作用。TIMP-1是MMP-9的天然抑制物，可能通過上調細胞間粘附分子-1表達影響MMP-9［28］。更進一步提示MMPs/TIMPs與腎間質纖維化有密切關系。總之，TIMPs高表達，或(和)MMPs活性下降，提示MMPs/TIMPs功能紊亂參與了腎間質纖維化的發生機制。

綜上所述，腎間質纖維化在發生、發展過程中涉及到EMT、各種血管活性物質、細胞因子、各種炎癥細胞以及ECM代謝調節失衡等，TGF-β均廣泛參與，其表達增加導致腎間質纖維化的發生、發展，成為最重要的調節因子。CTIN臨床表現隱匿，因而早期的診斷、防治甚至逆轉腎間質纖維化進程是我們面臨的最大挑戰。

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