腎小管周毛細血管缺失后血管新生障礙機制

黃雪云，張麗華

(東南大學附屬中大醫院 病理科，江蘇 南京　210009)

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腎小管周毛細血管缺失后血管新生障礙機制

黃雪云，張麗華

(東南大學附屬中大醫院 病理科，江蘇 南京210009)

[摘要]腎小管周毛細血管(PTC)稀疏是腎間質纖維化的重要特征，同時也是引起腎臟慢性缺氧的重要原因。慢性缺氧促使腎間質纖維化進行性發展，而缺氧后的血管新生反應明顯不足。作者對PTC在機體中的功能缺失原因、血管新生調節、血管新生與缺氧的關系作一綜述，探究慢性腎臟病中血管新生障礙的內在機制。

[關鍵詞]腎小管周毛細血管； 腎間質纖維化； 慢性缺氧； 血管新生； 文獻綜述

中國成年人慢性腎臟病發病率約為10.8%，總患病人數超過1億[1]。慢性腎臟病的發展常常是進行性、不可逆的，且多與初始病因無關。2000年Fine等[2]提出慢性缺氧假說，強調腎小管間質的慢性缺血損傷是終末期腎病的共同通路。之后，大量研究表明，腎間質纖維化是慢性腎臟病發展為腎衰竭的共同通路，血管結構或功能異常會干擾腎小管周毛細血管(peritubular capillarie，PTC)的血流狀態，引起鄰近腎間質區域氧和營養的供應減少，導致腎間質纖維化[3]。缺氧時機體發生缺氧適應性應答，缺氧誘導因子(hypoxia- inducible factor，HIF)活化并上調血管生長因子，積極糾正缺氧。若缺氧持續存在，腎實質細胞由于能量缺乏和氧化應激等可出現損傷或凋亡，導致慢性腎病[4]。作者就腎臟纖維化過程中PTC缺失與血管新生障礙的內在機制作一綜述。

1PTC功能缺失原因

1.1PTC缺失與血流灌注

正常血流對微血管壁產生的層流剪切應力能刺激內皮細胞自分泌產生血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和血管內皮生長因子受體2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR- 2)[5]，使內皮細胞維持自身穩定。另外，血流剪切應力能夠作用于內皮細胞上的力學感受器，經過信號轉導，調節內皮細胞的形態結構和生存狀態。例如:在剪切應力作用下，PI3K/Akt信號通路激活，發揮抗凋亡、促細胞生存等作用。

腎臟結構和功能改變可影響PTC的血流狀態。各種原因引起的腎動脈狹窄或者慢性腎小球腎炎等導致流經PTC的血流減少，對血管壁的剪切應力下降，血流依賴的內皮生存信號減弱，最終可引起內皮細胞凋亡[6]。在慢性腎臟病，血管活性物質失調也能夠影響腎臟血流動力學，其中，局部腎素- 血管緊張素系統的活化尤為重要，它能夠引起出球小動脈收縮、球后毛細血管低灌注，從而使血流對微血管的血流剪切應力下降，影響血管內皮細胞的生存狀態和功能。

1.2PTC缺失與周細胞

周細胞廣泛分布于全身微血管系統中，呈現多向分化潛能。在腎臟，血管周細胞位于內皮細胞基底膜側，其胞質形成釘突和凹槽，與數個內皮細胞密切接觸，彼此傳遞信息[7]。周細胞在血管發生、成熟、重塑以及損傷后修復中發揮關鍵作用。血管成熟過程中，新生內皮細胞通過釋放血小板源性生長因子(platelet derived growth factorβ，PDGF-β)募集血小板源性生長因子受體β(platelet derived growth factor receptorβ，PDGFR-β)和周細胞，使周細胞覆蓋在血管壁，促使血管結構穩定。另外，血管壁上成熟的周細胞能夠分泌VEGF、Ang- 1等，使內皮細胞處于穩定狀態，對抗外界對內皮細胞的損傷[8]。

最近研究表明，受損的上皮細胞產生的細胞因子如TGF-β、Hedgehog配體、Notch配體、PDGFs等能夠活化周細胞，誘導周細胞脫離微血管壁。該過程一方面有助于內皮細胞活化、血管新生和炎癥細胞遷移，同時也能夠增加毛細血管通透性和不穩定性，最終引起毛細血管破壞。周細胞脫離微血管既可以引起PTC缺失，也能夠導致間質中細胞外基質沉積增加，加速纖維化發展[9- 11]。

1.3PTC缺失與腎小管上皮細胞

在正常腎臟，腎小管上皮細胞表達VEGF、PDGF等血管新生因子，能夠調節內皮細胞穩定性和血管新生過程。但在腎纖維化進展階段，腎小管上皮細胞失去再生能力，出現衰老和凋亡，導致腎小管萎縮和塌陷。腎小管上皮細胞由再生向死亡過渡的原因并不完全清楚，可能與細胞周期停滯、再生信號缺失、細胞自噬、內質網應激和氧化應激等有關[12- 13]。

腎小管上皮細胞損傷可由原發性腎小管損傷引起，也可由腎小球病變累及腎小管所導致。腎小管上皮細胞可通過多條途徑參與纖維化的過程:(1) 產生細胞因子，作用于周細胞和局部成纖維細胞，促使其向肌成纖維細胞分化；(2) 產生調節血管內皮細胞的信號，影響內皮細胞與周細胞相互作用；(3) 增強肌成纖維細胞生成細胞外基質的能力；(4) 募集和活化固有免疫細胞，如巨噬細胞等[14]。腎小管上皮細胞損傷或損失后，表達VEGF等血管活性因子能力下降，可能是引起PTC缺失的原因之一。

2血管新生及與缺氧關系

2.1血管新生

血管新生是指在缺血組織已有的血管床上，促進內皮細胞發芽長出新支，形成血管網。正常血管重塑是促血管新生因子和抑制血管新生因子間正負效應相平衡的結果。正常狀態下，內皮細胞可通過釋放PDGF-β募集PDGFR-β和周細胞，使周細胞覆蓋在血管壁，促使血管穩定[8]；且能夠自分泌成纖維細胞生長因子(FGF)、表皮生長因子(EGF)、轉化生長因子(TGF)、肝細胞生長因子(hepa- tocyte growth factor，HGF)、腫瘤壞死因子α(TNF-α)等對抗輕、中度損傷，維持自身穩定[15]。同時，微血管壁上成熟周細胞也能旁分泌細胞生存信號如VEGF、Ang- 1等進一步維持微血管穩定性。

血管出芽過程中，尖端細胞接受VEGF信號后上調表達DLL4，并激活臨近柄細胞的Notch，使柄細胞下調VRGFR- 2，導致柄細胞對組織中VEGF濃度梯度反應性差。尖端細胞與柄細胞對VEGF反應性的高低差異確保尖端細胞處在血管芽頂部，使血管新生有序進行[16]。越來越多的研究表明，VEGFR- 2信號途徑的生物學效應依賴于它的亞細胞定位，例如在VEGF誘導動脈形成中，VEGFR- 2必須由細胞內接受信號，VEGF和VEGFR2活性增高可以促進血管增長[17]。在小鼠，敲除編碼VEGF蛋白的基因導致腫瘤血管易破碎和高度膨脹，可能與周細胞缺陷導致血管滲漏、扭曲、小動脈瘤形成和出血有關[18]。

Ang/Tie信號途徑也參與血管新生過程。Ang- 1由壁細胞表達，Ang- 2由血管尖端細胞釋放。Ang- 1是Tie- 2的激活劑，而Ang- 2以背景依存的方式競爭性抑制Ang- 1。在血管新生中，Ang- 1能刺激壁細胞覆蓋和基底膜沉積，起加固血管的作用，而出芽的內皮細胞釋放Ang- 2，拮抗Ang- 1和Tie- 2信號途徑，促使周細胞脫離血管、增加血管通透性、促進內皮細胞出芽[7]。

血管新生還涉及Notch信號通路、hedgehog家族、基質金屬蛋白酶(MMPs)等[9- 11]。另外，抑制血管新生因子包括:血小板反應蛋白- 1(TSP- 1)、血管抑素、內皮抑素等。

2.2血管新生與缺氧

隨著慢性腎病進展，PTC呈進行性缺失，可引起或加重腎間質缺氧。在缺氧早期階段，腎臟細胞產生缺氧適應性應答，其中HIF轉錄因子發揮核心調節作用[19]。HIF- 1活化后可誘導多種靶基因表達，包括紅細胞生成素、VEGF、Ang- 1、Ang- 2和PDGF- B等[20]，促進血管新生、增加氧供。在小鼠，下調HIF- 1水平會損害胚胎血管發育、缺血組織血管重建和減少組織和腫瘤中的血管新生[21]。理論上，PTC稀疏化引起缺氧，缺氧反應中HIF- 1活性增加，誘導VEGF表達，而VEGF能夠刺激出芽性血管新生。但是在腎纖維化過程中，可出現缺氧和HIF- 1活性降低，使缺氧誘導下的血管新生反應明顯不足。

腎臟慢性缺氧時，腎小管上皮細胞等處在能量缺乏和氧化應激狀態，氧化應激能夠降低細胞氧利用率，進一步加重缺氧。缺氧過于嚴重會使HIF活性抑制或消失，引起細胞壞死或凋亡[22]。缺氧也可通過HIF- 1誘導TGF-β1表達，TGF-β1功能具有多樣性，既能夠誘導VEGF參與血管新生，也能夠活化Alk5/Smad3途徑促進毛細血管退化和內皮細胞凋亡[23]。后者作用占主導，這可能也是PTC缺失的原因之一。

3血管新生障礙的可能機制

血管新生是內皮細胞固有的增生機制與所在微環境相互作用的結果。在腎臟，腎小球毛細血管和PTC既具有維持自身穩定的機制，也能夠對血管新生刺激產生應答。但是隨著纖維化程度的加重，微血管自身穩定機制遭受干擾，同時血管新生受到抑制。動物模型研究以及臨床實踐表明，在腎纖維化進展階段應用促血管新生藥物具有保護腎臟微血管的作用。但是，由于新生血管炎癥和通透性改變引起的副作用使臨床上應用傳統促血管新生藥物治療腎纖維化受限[24]。腎纖維化中引起血管新生障礙的機制有待進一步闡明。

目前認為，慢性腎病進展期血管新生障礙的可能機制包含兩方面:(1) PTC所在微環境發生改變。①腎小管上皮細胞缺失，在HIF誘導產生的血管新生因子不足，不能有效保持PTC內皮細胞穩定和促進血管新生順利進行。另外，損傷的腎小管上皮細胞能夠釋放多種細胞因子，可能與周細胞活化、脫離血管和分化有關。②缺氧條件下，HIF可誘導缺氧適應性應答，促使血管新生、增加氧供，但氧化應激、尿蛋白等可抑制HIF活性，使HIF不能充分發揮作用。嚴重缺氧可能還會抑制HIF活性，使缺氧無法得到糾正，血管新生無法進行。③在纖維化進展階段，腎間質中TGF-β1濃度過高，激活內皮細胞的ALK5/Smad3，引起內皮細胞VEGF受體下調并誘導其凋亡。(2) 內皮細胞固有增生機制障礙。例如損傷引起的周細胞與內皮細胞分離，內皮細胞與周細胞間信息交流被阻斷，可能會損傷內皮細胞固有的增生機制，無法對外界環境中血管新生因子產生正常應答，引起血管新生障礙[25]。

4總結

中國慢性腎病發病率高，患病人數逐年增加。目前尚無有效治療措施能防止慢性腎病向終末期腎病進展。各種慢性腎病進展階段普遍發生PTC缺失，引起或加重腎間質缺氧，且缺氧后血管新生機制障礙，兩者相互交織形成惡性循環，促使腎臟向纖維化方向發展。目前，以血管新生為靶點的抗腎纖維化療法取得了令人歡心鼓舞的成績，但其應用仍然受到諸多限制，尚需要進行更多、更加深入的病理基礎研究。對缺氧時微血管新生障礙的深入研究將有助于建立更加完備的血管新生療法，為腎纖維化防治提供新思路。

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doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.031

[中圖分類號]R363.1

[文獻標識碼]A

[文章編號]1671- 6264(2016)02- 0263- 04

[通信作者]張麗華E- mail:njwaterlily@126.com

[作者簡介]黃雪云(1988-)，女，湖北襄陽人，在讀碩士研究生。E- mail：zhaoyc518@163.com

[收稿日期]2015- 10- 07[修回日期] 2015- 12- 01

[引文格式] 黃雪云，張麗華.腎小管周毛細血管缺失后血管新生障礙機制 [J].東南大學學報:醫學版，2016，35(2)：263- 266.

·綜述·