細胞周期阻滯在急性腎損傷向慢性腎臟病轉變中的作用機制研究進展

高 召，陳星華，丁國華

·新進展·

細胞周期阻滯在急性腎損傷向慢性腎臟病轉變中的作用機制研究進展

高 召，陳星華，丁國華*

急性腎損傷(AKI)是臨床常見的急危重癥之一，部分AKI患者進展為慢性腎臟病(CKD)。AKI向CKD轉化的具體機制尚不十分清楚，涉及多個方面，如腎小球代償性增大后硬化、腎間質炎癥及纖維化、內皮功能損傷、腎小管管周毛細血管減少、氧化應激以及腎小管上皮細胞異常修復等。近年來研究發現AKI后腎小管上皮細胞異常修復是導致CKD的中心環節，而腎小管上皮細胞周期阻滯是上皮細胞異常修復的重要機制之一。本文就細胞周期阻滯在AKI向CKD轉變中的機制進行綜述。

急性腎損傷；慢性腎臟??；細胞周期；綜述

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是臨床常見的急危重癥之一，部分AKI患者腎臟持續損傷，進展為慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)。盡管診療和科研水平發展迅速，AKI與CKD的患病率仍逐年攀升，病死率高，造成極大的社會負擔。大量研究發現，AKI與CKD和終末期腎臟病(ESRD)關系密切,對AKI患者隨訪發現AKI可增加CKD和終末期腎病的發生風險，促進已有的CKD進展[1-2]。AKI向CKD轉化的具體機制尚不十分清楚，涉及多個方面，如腎小球代償性增大后硬化、腎間質炎癥及纖維化、內皮功能損傷、腎小管管周毛細血管減少、氧化應激以及腎小管上皮細胞異常修復等[3]。

近年來研究發現AKI后腎小管上皮細胞異常修復是導致CKD的中心環節[4]。當損傷較輕時，腎小管細胞進入細胞周期，增生修復腎單位。當反復和嚴重損傷時，衰老細胞增加，出現異常修復。異常修復導致腎組織結構不完整，處于持續炎癥狀態，激活血管周圍成纖維細胞及周細胞，肌成纖維細胞蓄積，血管稀疏，慢性缺血，間質基質增多，纖維化發生[5]。AKI后異常修復引起CKD的分子機制包括：腎小管上皮細胞周期阻滯，腎小管周圍微血管密度減少所致的缺血低氧和腎間質炎性反應等產生的多種細胞因子等[6-8]。本文就細胞周期阻滯在AKI向CKD轉變中的機制綜述如下。

1 AKI和CKD

AKI和CKD是臨床常見的兩大綜合征，均以腎臟損傷及腎功能下降為主要特征。研究發現AKI可導致CKD，增加ESRD發生風險[1-2,9]。以往認為AKI是一個可逆過程，在缺血、毒素損傷后腎臟可以完全修復。然而，動物模型研究[4-5]和臨床觀察分析[1-2]發現AKI與CKD密切相關。當基礎腎小球濾過率下降時，AKI可以預測CKD，同時CKD患者易患AKI[5]。一項針對AKI轉歸的研究發現AKI后CKD的發生率為25.8/100患者年，其風險是不伴AKI人群的8.8倍，提示AKI后發生CKD的風險明顯增加[9]。HEUNG等[10]對AKI后1年患者發生CKD風險進行評估，發現AKI后患者CKD患病率為31.8%，非AKI患者CKD患病率為15.5%。特殊人群，如新生兒和老年人發生AKI后CKD患病率更高[11-12]。薈萃分析發現AKI患者更易出現蛋白尿，心血管疾病風險增加，同時 CKD也是發生AKI的主要危險因素，合并CKD患者發生AKI通常不能完全恢復，并且腎功能持續惡化[13]。動物模型也觀察到AKI后CKD的發生[4-5]。大多數動物模型采用缺血再灌注模型，造模動物包括大鼠、小鼠和豬，觀察到AKI后腎臟纖維化發生[4-5]。此外還有采用葉酸和單側輸尿管梗阻模型，觀察到類似結果[4]。膿毒癥后AKI所致的CKD鮮有報道。CHEN等[14]采用小劑量脂多糖(1 mg·kg-1·d-1)隔日注射小鼠，在第14天發現小鼠腎臟發生明顯纖維化。

2 細胞周期調控機制

細胞周期(cell cycle)是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結束所經歷的全過程。真核細胞以細胞周期的形式復制，包括G0、G1、S、G2、M期。G0期為細胞靜息狀態，不參與有絲分裂。G1、S、G2期為細胞間期。G1期合成DNA復制所需的mRNA和蛋白質。S期DNA復制。隨后是G2期，細胞快速生長，合成蛋白質。進入M期，細胞進行有絲分裂[15]。為了確保細胞周期的保真性，細胞分裂過程中存在檢驗點(checkpoint)。如果在細胞周期過程中前一事件沒有完成，細胞周期將會在此阻滯。細胞周期檢驗點主要在4個時期發揮作用：G1期檢驗點確保細胞體積足夠大進入S期，S期檢驗點檢查DNA損傷。G2期檢驗點確保3件事：DNA已經復制，所有的復制錯誤被糾正，細胞體積足夠大可以保證分裂。M期檢驗點確保染色體對準紡錘體，準備有絲分裂[5]。

細胞周期正性調控蛋白包括細胞周期蛋白或稱為細胞周期素(cyclin)和細胞周期蛋白依賴蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDK)。在哺乳動物細胞中，cyclin D、cyclin E、cyclin A、cyclin B和CDK1(or called cell division cycle 2,CDC2)、CDK2、CDK4、CDK6參與細胞周期調控，其他類型的周期蛋白和CDK與細胞轉錄有關。在G1期cyclin D(cyclin D1、D2 和D3)與CDK4/6的結合，使其底物視網膜母細胞瘤蛋白(retinoblastoma protein,pRb)磷酸化，使細胞從G0期進入G1期。在G1期cyclin E與CDK2 結合，使pRb高度磷酸化，解除對E2F轉錄因子的抑制，越過檢驗點，細胞周期完成G1/S期的轉換。S期的向前推進則需要cyclin A與CDK2形成的復合物。cyclin A與CDK1結合促進G2/M期轉化，在M期cyclin B與CDK1形成復合物參與細胞有絲分裂[13]。

細胞周期負性調節蛋白主要包括細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitors,CKI)，是一類非同源的蛋白質家族，可與CDK或CDK-cyclin復合物結合并抑制其活性。CKI包括INK4家族和Cip/Kip家族。INK4家族包括p15、p16、p18和p19，與CDK4/6結合形成穩定的復合物，阻止與周期蛋白D結合。Cip/Kip家族包括p21、p27和p57，可以廣泛地作用于CDK和cyclin復合物并抑制其活性，阻礙細胞周期進程[15]。最近研究發現通過轉基因技術將表達p16陽性衰老細胞在藥物作用下清除后，可改善老年小鼠腎功能[16]。

3 細胞周期阻滯在腎損傷中作用

細胞開始分裂修復，必須按照細胞周期程序進入和退出每一期。如果細胞離開某一期或停滯在某一期太久或太短，正常的修復和恢復過程將出現紊亂。如果細胞在G1晚期離開細胞周期，將出現凋亡。短暫的細胞周期阻滯具有保護作用，當出現應激和損傷時，細胞停止分裂。如果細胞周期持續阻滯在G1期，將導致細胞表現為肥大和衰老型，釋放炎性因子白介素(IL)-6和IL-8等。當細胞周期阻滯在G2/M期，釋放促纖維化生長因子結締組織細胞因子(CTGF)和轉化生長因子β(TGF-β)，成纖維細胞增生，膠原增加，出現纖維化[13,17]。在正常腎小管上皮細胞，大部分細胞處于G0期，很少有細胞增生。然而當出現各種損傷時，如AKI，細胞周期短暫阻滯在G1期，為細胞分裂準備。協同和同步化阻滯以及適應性修復促進腎臟損傷恢復，而異常修復出現凋亡，纖維化和CKD[18]。

在盲腸結扎穿孔模型，AKI早期p21和p53調控細胞周期短暫阻滯在G1期，阻止細胞分裂，48 h后cyclin D1/CDK4和cyclin E/CDK2表達上調，促進細胞周期向S期轉化。膿毒癥早期腎功能下降與細胞周期阻滯在G1期有關，當G1期向S期過渡時，腎小管增生，腎功能改善[19]。實驗室既往研究盲腸結扎穿孔模型，發現炎性因子高遷移率族蛋白B1可誘導腎小管上皮細胞阻滯在G1期[8]。IWAKURA等[20]采用醋酸鈾和醋酸鉛模型建立AKI模型，發現腎小管細胞在AKI中恢復通過上調p21和p27表達，對G1期阻滯，增強細胞對多次損傷的抵抗。PABLA等[21]采用CDK4/6抑制劑PD0332991預處理順鉑誘導的AKI模型，通過G1期阻滯減輕腎損傷，提高存活率。在缺血再灌注模型中，采用CDK4/6抑制劑PD0332991預處理動物，改善腎功能，減輕腎臟巨噬細胞浸潤，減少炎性因子腫瘤壞死因子(TNF)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)表達。體外用PD0332991處理腎小管上皮細胞，細胞周期短暫阻滯在G0/G1期，減輕順鉑誘導的DNA損傷和細胞凋亡。由于PD0332991在動物研究中顯著效果和人體良好的耐受性，美國食品藥品監督管理局(FDA)打算將其作為突破性療法納入新藥研究[22]。胰島素樣生長因子結合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein-7,IGFBP-7)和金屬蛋白酶組織抑制劑2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2,TIMP-2)與G1期阻滯調節有關。在AKI早期，腎小管上皮細胞損傷，外源性或自身分泌的IGFBP-7和TIMP-2增多，導致p21、p27、p53上調，抑制cyclin D-CDK4/6和cyclin E-CDK2復合物，細胞周期阻滯在G1期[18]。大量研究證實尿TIMP-2和 IGFBP-7可以預測AKI，美國FDA已經批準尿TIMP-2 和 IGFBP-7作為檢測早期AKI標志物[23-25]。

細胞周期阻滯在G2/M期，是AKI后CKD重要機制[6]。當發生反復和嚴重的損傷時，腎小管上皮細胞出現異常修復，細胞周期阻滯在G2/M期，產生促纖維化因子，通過旁分泌途徑作用周圍周細胞和成纖維細胞[6,26-27]。YANG等[28]研究缺血再灌注、馬兜鈴酸腎病和梗阻性腎病模型，發現上皮細胞阻滯在G2/M期，激活JNK/c-jun信號通路，產生促纖維化因子CTGF和TGF-β，出現腎臟纖維化。當分別應用JNK和p53抑制劑時，腎臟纖維化減輕。先前臨床研究將CDK2抑制劑用于多囊腎病、系膜增生性腎小球腎炎、新月體腎炎和塌陷性腎小球病的治療，未獲成功。CDK2抑制劑用于IgA腎病治療，由于其嚴重并發癥，終止研究。CDK2抑制劑誘導細胞周期阻滯在G2/M期或S期，促進細胞凋亡，限制其應用[22]。通過各種途徑使細胞克服G2/M期阻滯，有可能成為治療腎臟慢性纖維化的新靶點[5]。

4 結語

大量研究證實AKI可導致CKD，上皮細胞異常修復是導致CKD的中心環節。輕度損傷導致上皮細胞的細胞周期短暫阻滯在G0/G1期，出現適應性修復。嚴重和反復的損傷導致上皮細胞異常修復，細胞周期阻滯在G2/M期，產生促纖維化因子，從而導致纖維化，干預細胞G2/M期阻滯，有望成為治療CKD的新靶點。

本文文獻檢索策略：

檢索數據庫：萬方數據知識服務平臺、PubMed；關鍵詞：急性腎損傷、慢性腎臟病、細胞周期、acute kidney injury、chronic kidney disease、cell cycle；檢索時間：2006—2016年。檢索出38篇文獻，納入標準：AKI和/或CKD轉化機制包含細胞周期的文獻，排除標準：單純研究AKI或CKD不包含細胞周期機制的文獻。

作者貢獻：高召檢索、查閱文獻，撰寫論文；陳星華進行論文的修訂；丁國華負責文章的質量控制及審校，對文章整體負責，監督管理。

本文無利益沖突。

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ResearchProgressofMechanismofCellCycleArrestinChronicRenalDiseaseafterAcuteRenalInjury

GAOZhao,CHENXing-hua,DINGGuo-hua*

DepartmentofNephrology,RenminHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430060,China

*Correspondingauthor：DINGGuo-hua,Professor,Mainresearchdirection：thepathophysiologymechanismsofpodocytedisease；E-mail：ghxding@gmail.com

Acute renal injury(AKI) is one of the most common severe acute diseases.Some patients with AKI may be likely to develop chronic kidney disease(CKD).However,the specific mechanism of CKD after AKI is not clear,which is associated with many factors,such as glomerular sclerosis after compensatory hyperplasia,renal interstitial inflammation and fibrosis,endothelial dysfunction,peritubular capillary rarefaction,oxidative stress and tubular epithelial cell abnormal repair.In recent years,it has been found that tubular epithelial cells abnormal repair after AKI plays a crucial role in developing CKD,and cell cycle arrest of tubular epithelial cells is one of the important mechanisms of epithelial cell abnormal repair.In this review,we summarized the recent advances in how cell cycle arrest links AKI to CKD.

Acute kidney injury；Chronic kidney disease；Cell cycle；Review

R 692

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.06.y26

2017-01-21；

2017-06-08)

(本文編輯：陳素芳)

國家自然科學基金資助項目(81500516,81570617)

430060湖北省武漢市，武漢大學人民醫院腎內科

*通信作者：丁國華，教授，主要研究方向：足細胞疾病的病理生理機制；E-mail：ghxding@gmail.com

高召，陳星華，丁國華.細胞周期阻滯在急性腎損傷向慢性腎臟病轉變中的作用機制研究進展[J].中國全科醫學，2017，20(29)：3679-3682.[www.chinagp.net]

GAO Z,CHEN X H,DING G H.Research progress of mechanism of cell cycle arrest in chronic renal disease after acute renal injury[J].Chinese General Practice，2017，20(29)：3679-3682.