促纖維化/抗纖維化因子失衡與腎臟纖維化

王延葉(綜述)，于為民(審校)

(新泰市人民醫院腎內科，山東 新泰 271200)

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促纖維化/抗纖維化因子失衡與腎臟纖維化

王延葉※(綜述)，于為民(審校)

(新泰市人民醫院腎內科，山東 新泰 271200)

摘要：腎臟纖維化基本病理過程是細胞外基質過多地積聚、沉積及降解不足。主要的致纖維化細胞因子-轉化生長因子刺激腎小球系膜細胞、成纖維細胞和腎小管上皮細胞表型的活化或轉變，產生大量的細胞外基質；而主要的抗纖維化細胞因子-肝細胞生長因子可以抑制腎小管上皮細胞轉分化，從而抑制腎小球系膜及間質纖維化。目前認為促纖維化與抗纖維化細胞因子的失衡是腎臟纖維化發生、發展的重要機制。

關鍵詞：腎臟纖維化；腎小管上皮細胞轉分化；轉化生長因子β；肝細胞生長因子

細胞外基質異常增多和過度沉積是慢性腎臟疾病的必然結果，將導致腎臟纖維化。簡單地說，腎臟纖維化就是腎臟自身損傷修復失敗的結果[1]。在腎臟纖維化發生、發展過程中存在多種細胞通路，眾多促纖維化因子參與了腎臟纖維化發生、發展過程，其中轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)介導的腎小管上皮細胞轉分化起著核心作用[2]，而內源性的抗纖維化因子在對抗TGF-β/Smad信號所介導的纖維化過程中已日漸受到重視。目前認為，正是由于促纖維化細胞因子與抗纖維化細胞因子的失衡導致了腎臟纖維化。現就這一方面的研究進展及治療前景予以綜述。

1腎臟損傷修復失敗

腎臟纖維化的病理表現為腎小球硬化、腎小管間質纖維化、炎性細胞浸潤、微血管減少、腎臟固有細胞消失等，是多因素作用失衡的結果[3-4]。導致上述病理變化的底層細胞事件錯綜復雜，包括腎小球系膜細胞和成纖維細胞的活化、腎小管上皮細胞轉分化、單核/巨噬細胞、T細胞浸潤以及細胞凋亡。雖然許多體外研究強調某個特定的細胞事件的重要性，但現在的研究已證明，沒有任何一個類型的獨立細胞事件能夠全面啟動和維持腎臟纖維化；腎臟纖維化的模型類似于組織損傷后的傷口愈合反應，受損的腎臟組織會發生一系列反應，盡量恢復其組織結構和功能[5]。這些過程包括腎臟固有細胞的活化、促炎性因子的分泌并引導單核/巨噬細胞和T細胞等炎性細胞浸潤到損傷部位，進而產生有害的分子(如活性氧類以及纖維化和炎性細胞因子)；上述物質反過來又刺激腎小球系膜細胞、成纖維細胞和腎小管上皮細胞表型的活化或轉變并產生大量的細胞外基質。細胞外基質的過度沉積導致形成纖維性瘢痕和正常腎組織扭曲，最后導致腎實質的崩潰和腎功能的喪失。需要強調的是，腎臟纖維化是一個動態過程，其中許多事件同時發生，而且常常相互促進。鑒于此，通常視產生基質的活化的效應細胞為腎臟纖維化的核心。依賴損傷的性質和部位，腎小球系膜細胞、間質成纖維細胞和腎小管上皮細胞已被證明為受損傷腎臟的主要促纖維化細胞[6]。當然骨髓來源的細胞也起到一定作用。腎小球系膜細胞和成肌纖維母細胞活化是腎臟損傷后期的纖維化效應細胞，腎小管上皮細胞轉分化是損傷后期的主要效應細胞，而這具有重要的病理意義[6]。導致受傷腎臟愈合失敗而走向持續纖維化的原因眾多，一個重要的原因在于持續損傷的時間；急性的短暫的腎臟損傷可能會引發類似慢性腎臟病的反應，包括炎性細胞浸潤、纖維化因子分泌、成纖維細胞激活，但受傷腎臟通過腎小管再生和基質重構，最終腎臟組織結構和功能得以修復；隨著損傷時間的延長，受傷腎組織適應不良，組織之間細胞外基質過度堆積，最終導致組織纖維化[1]。急性損傷和慢性損傷導致不同結果的原因目前認為是在慢性損傷存在的狀態下，Smad蛋白拮抗劑逐漸喪失，纖維化信號持續存在并日益擴大，刺激成纖維細胞持續激活，而這是導致腎臟短暫或持續損傷不同的病理結局的可能原因[7]。

2細胞因子失衡與腎臟纖維化

2.1Smad家族與腎臟纖維化目前已知有十多種致纖維化因子(如各種細胞因子、激素和血流動力學因素等)，參與腎臟纖維化過程，但TGF-β及其下游Smad信號在腎臟纖維化中起核心作用[8]。無論是在動物模型和人類中，TGF-β上調幾乎存在于所有慢性腎臟病中；在體外，TGF-β作為唯一因素可以刺激腎小球系膜細胞、間質成纖維細胞和腎小管上皮細胞激活或轉化，而產生細胞外基質[8]。相反，通過各種方法抑制TGF-β所致的腎臟纖維化，可防止腎功能逐漸喪失。TGF-β的信號轉導也是一個會聚通路，直接或間接地影響其他纖維化因子，如血管緊張素Ⅱ和高血糖可作為TGF-β的上游誘導劑，而其他(如結締組織生長因子)可為其下游效應物[8-9]。TGF-β信號轉導是通過細胞膜Ⅰ型和Ⅱ型酪氨酸激酶受體完成的，受體的激活使下游信號Smad2和Smad3磷酸化，而磷酸化的Smad2/3又與Smad4一起進入細胞核內，從而完成對TGF-β反應性基因的轉錄控制[10]。在正常腎臟中，Smad信號通路受Smad轉錄阻遏蛋白家系(如SnoN、SKi和TGIF)的控制。通過各種機制，這些Smad蛋白拮抗劑有效抑制Smad蛋白介導的基因轉錄，從而安全保護組織不受那些無謂的TGF-β反應的影響。研究表明，SnoN和SKi可逐步減少腎臟纖維化，提示Smad蛋白拮抗劑缺失是放大TGF-β信號的重要機制[6]。此時，TGF-β/Smad信號以沒有約束、失控的方式進行轉導，這可能與腫瘤發生過程中抑癌基因的作用缺失相似[7]。多年來，人們開發了許多抑制TGF-β活化進而阻止腎臟纖維化的方法，其中包括反義抑制TGF-β的表達、中和TGF-β的抗體、溶解TGF-β受體或封閉TGF-β活化的核心蛋白聚糖，這些治療措施在動物模型中通常可帶來不同的腎臟結構和功能的改善[6]，然而將這些結果應用至人類目前仍有巨大困難。更為重要的是，TGF-β也是一種抗炎因子，最近有研究提示，TGF-β1過度表達轉基因小鼠主要通過TGF-β抗炎活性抑制了腎臟纖維化病變過程[8]。TGF-β的致纖維化和抗炎作用使單純抑制TGF-β的治療應用陷入了兩難境地。為了解決此類問題，人們開發了以TGF-β下游效應器為靶點的治療纖維化的方法，譬如，可選擇抑制結締組織生長因子或抑制Smad7信號傳遞，從而抑制Smad信號通路，進而抑制腎臟纖維化[11-12]。

2.2基質降解酶與腎臟纖維化在正常組織中存在基質穩態-基質產生與降解平衡。纖溶酶原激活物抑制物1和基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)組織抑制劑1往往在病變腎臟中表達，提示腎臟纖維化的產生是由于基質產生過多及降解不足所致。腎組織產生大量蛋白酶，其中纖溶酶原/纖溶酶和MMP系統構成一個蛋白網絡，能降解基質蛋白成分。一般認為纖溶酶原/纖溶酶和MMP系統具有蛋白水解作用，可降低基質堆積，從而減輕損傷后腎臟纖維化。然而，最近的基因研究，利用基因剔除小鼠發現，組織型纖溶酶原激活劑(tissue plasminogen activator，t-PA)消融可減輕梗阻性腎病間質纖維化發展，而這似乎與它的保護性蛋白水解活性無關[13]。t-PA在梗阻性腎病中的致病作用主要取決于其誘導MMP-9基因表達的能力，增加MMP-9破壞腎小管基底膜的完整性，從而導致腎小管上皮細胞轉分化。進一步研究顯示，t-PA能與細胞膜上的受體結合(一種低密度脂蛋白受體相關蛋白)，誘導其酪氨酸殘基磷酸化，觸發細胞內信號轉導，反式激活腎間質成纖維細胞MMP-9基因的表達[14]。纖維蛋白溶酶，一種絲氨酸蛋白酶，可以直接降解基質蛋白和激活MMPs，可減少腎臟纖維化。然而，實驗證明，纖維蛋白溶酶原基因的剔除并不加重輸尿管梗阻后的纖維化病變；相反，小鼠缺乏纖維蛋白溶酶減少膠原蛋白的積累，表明纖維蛋白溶酶的顯著致病作用[15]。對于MMPs的研究也出現了一些令人吃驚的結果，MMP-2足以引起腎小管上皮細胞轉分化，過度表達MMP-2的轉基因小鼠引起纖維化病變[16]。研究表明，MMP-3誘導肉毒桿菌毒素底物1的表達，導致細胞內活性氧類增加，促進腎小管上皮細胞轉分化[17]。 所有這些表明，有些酶能激活細胞內的信號轉導，從而可能引起廣泛的細胞潛在活動，而這些酶的作用可能取決于疾病的性質和原因。此外，在疾病進展的不同階段，它們的功能可能會發生顯著變化。鑒于有如此多的不確定性，預測基質降解酶及其抑制劑的治療作用為時尚早。

2.3肝細胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)與腎臟纖維化中國傳統醫學認為人體健康狀態依賴于陰陽之間的微妙平衡，事實上，在正常生理狀態下，致纖維化因子存在的地方必有其拮抗劑抵消其作用。HGF是腎臟和其他器官中存在的內源性抗纖維化因子，在器官受到各種損傷后，有顯著促進組織修復和再生的作用，在許多方面，HGF和TGF-β對腎臟細胞作用是完全相反的[18]。HGF通常由間質來源的細胞產生，如腎小球系膜細胞、內皮細胞、間質成纖維細胞和巨噬細胞等。HGF與受體結合引起酪氨酸激酶活化，激活細胞內多個信號的級聯反應，包括磷脂酰肌醇3-激酶、磷酸激酶C等活性蛋白酶。因此,HGF是一種多效性生長因子。炎性介質(白細胞介素1、腫瘤壞死因子、TGF-β)、去甲腎上腺素等可誘導HGF的自身及受體表達的提高，并通過內分泌、自分泌、旁分泌等方式發揮作用[19]。在體外，HGF可有效抑制TGF-β介導的肌纖維母細胞活化，從而抑制腎小球系膜及間質纖維化，并阻止腎小管上皮細胞轉分化。現已證明，HGF阻斷了間質中成纖維細胞Smad2/3核轉移，上調Smad蛋白轉錄輔助阻遏物TGIF轉錄，誘導SnoN在腎小管上皮細胞表達，從而抑制腎臟纖維化[19]。不同腎臟細胞最初釋放的分散的HGF最終會匯聚到共同途徑，專門針對Smad信號發揮作用。實驗證明，在各種慢性腎臟疾病(如梗阻腎、殘腎、糖尿病腎病動物模型)中，外源性HGF或其基因注射可改善腎臟纖維化、保護腎功能[20]。

3小結

腎臟纖維化機制極其復雜,但近年來的研究使許多重要問題接近明了。在腎臟纖維化過程中，腎小管上皮細胞轉分化是一個獨特的事件,誘導和激活TGF-β/Smad信號對啟動腎小管上皮細胞轉分化至關重要；而同樣重要的是Smad拮抗劑的丟失,使腎臟纖維化失去控制。內源性抗纖維化因子HGF可充分抵消TGF-β/Smad的致纖維化作用。使促纖維化/抗纖維化因子在器官部位達到某種再平衡可能為干預腎臟纖維化提供新的思路，并為治療慢性腎臟疾病帶來光明的前景。

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Fibrosis/Anti-fibrosis Factor Imbalance and Renal FibrosisWANGYan-ye，YUWei-min. (DepartmentofNephrology,XintaiPeople′sHospital，Xintai271200，China)

Abstract：The pathogenesis of renal fibrosis is characterized by an excessive accumulation and deposition of extracelluler matrix components.Among many fibrogenic factors,transforming growth factor-β/smad plays a central role,leading to activation or transformation of mesangial cells,fibrolast cells and tublucar epithelical cells,generating massive extracelluler matrix.In many aspects,the effects of the primary antifibrotic factor-hepatocyte growth factor on kidney cell are exactly the opposite.It′s now considered that the imbalance of the fibrosis cytokines and the antifibrosis cytokines is an important mechanism of renal fibrosis.

Key words:Renal fibrosis； Renal tubular epithelial cells differentiation； Transforming growth factor-β； Hepatocyte growth factor

收稿日期：2014-10-27修回日期：2015-01-16編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.017

中圖分類號：R692

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)13-2349-03