腎間質纖維化發病機制研究現狀分析

李 欽，范 強，高 博，楊麗霞，程 濤

（1.甘肅省中醫學校，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省中醫藥研究院，甘肅 蘭州 730050）

腎間質纖維化發病機制研究現狀分析

李 欽1，范 強2，高 博1，楊麗霞3*，程 濤3

（1.甘肅省中醫學校，甘肅 蘭州 730050；2.甘肅中醫藥大學，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅省中醫藥研究院，甘肅 蘭州 730050）

腎間質纖維化（RIF）是指由多原因引起的細胞外基質（ECM）成分在腎間質內過度沉積和腎間質成纖維細胞的增生。目前，大量的實驗動物模型研究顯示，腎間質纖維化在腎臟疾病轉歸中起著主導作用，其病變程度與慢性腎臟病的進展關系密切。明確腎間質纖維化的病理機制，為臨床開發出有效的抗腎間質纖維化藥品已成為研究熱點。擬對腎間質纖維化病理機制的研究進展做一綜述，旨在為臨床工作提供參考。

腎間質纖維化；腎小管上皮細胞轉分化；發病機制

腎間質纖維化（RIF）是各種慢性腎臟病進展到終末期的共同結果。RIF程度與腎功能損害程度關系密切。近幾年，隨著高血壓、糖尿病患病率的增高，由此引發的糖尿病腎病、高血壓腎病也呈上升趨勢，腎間質纖維化的發病人數也隨之增大。因此，有關腎間質纖維化的研究已成為慢性病的研究熱點，并已取得了比較顯著的研究成績。各種病理因素引起腎臟功能損傷后，長期存在的慢性炎癥反應將啟動纖維化過程，激活腎小管間質細胞，隨之多種纖維化相關細胞因子表達顯著增強，導致細胞外基質（ECM）大量沉積，繼而出現瘢痕組織取代正常腎組織的現象，最終發展至腎衰竭。由于腎間質纖維化發病機制復雜，截至目前，尚未研發出治療腎間質纖維化的有效藥物。因此，更好地了解腎間質纖維化的發病機制，積極探索有效的治療方法，對于將來RIF的防治具有重要意義。

1 腎間質纖維化的病理因素

腎間質纖維化發病復雜，常見的病理因素概括起來主要有：炎癥（各種感染、腎小球腎炎、間質性腎炎）、各種病理損傷（血管損傷、梗阻、放射性損傷）、藥物刺激、糖尿病、高血壓和遺傳因素等[1]。

腎小球的各種疾病可經過多種病理途徑導致腎小管間質的病理性破壞，使得腎小球的通透性遭到損害，導致一些有毒、有害病理物質侵入到腎小管的管腔內部，對管腔造成浸潤性損傷。此外，當腎小球處于病理狀態下，其血液動力學也發生了不同程度的改變，引起的腎小球內壓增高直接損害腎單位；反過來，當血流減少，腎小球處于低灌注狀態，球后血流也隨之減少，最終導致腎小管間質的缺血性損傷。腎小球在一些免疫疾病狀態下時，免疫反應損害會造成免疫耐受消失，使得病理因素直接侵入腎小管造成間質損害。免疫炎癥介質能夠從腎小球向腎小管的管腔滲入或進入間質，進而造成腎小管或間質的損害。腎小球及腎小管的損壞能夠引起腎單位的喪失，最終導致健存腎單位對物質代謝發生了改變，同樣造成腎小管間質的病理性破壞。此外，一些持續性存在的疾病損傷，如糖尿病、高血壓所產生的炎癥-瘢痕不良循環反應，造成原始腎小球損傷，致使腎功能在一定程度上喪失[1]。各種原因造成的缺血、缺氧也在腎小管間質纖維化改變中發揮著顯著作用。Bohel等觀察到小管間質化區域通常喪失小管周圍毛細血管，用氨基肽酶P作為有血供毛細血管的特異性標志物證實了這一觀察結果[2]。在體外，缺血能夠激活間質成纖維細胞的大量增殖而引起細胞外基質的大量生成[3]。

2 腎小管上皮細胞轉分化與腎間質纖維化

目前，腎小管上皮細胞轉分化（TEMT）被認為是腎間質纖維化過程中導致ECM大量堆積的主要病理機制。

2.1 轉分化的定義

轉分化是機體的一種比較特定的生理病理過程，正常情況下，成人的肝臟、乳腺和甲狀腺等器官中也存在轉分化，從定義上來說，轉分化指的是分化成熟的器官組織細胞上原有的表型特征丟失，細胞從形態上轉變為其他類型的細胞[4]，也叫細胞表型轉化。在成人腎臟組織中，除了集合管，絕大部分的腎小管發育源自間充質向上皮細胞轉分化，也就是后腎間充質，因此，腎小管上皮細胞轉分化將可能是腎小管上皮細胞轉化為起源于胚胎期的間充質表型的胚胎發育逆過程[5]。上皮細胞和間充質細胞具有不同的細胞特性，上皮細胞的組織表型屬于早期胚胎發育和原始脊索動物門成體的組織特性，而間充質細胞能夠在ECM中浸潤遷移，因此它具有上皮細胞沒有的細胞特征。

2.2 腎小管上皮細胞轉分化的病理機制

異常的腎小管上皮細胞轉分化是形成腎間質纖維化的主要途徑。Strutz等研究表明[6]，如果用抗成纖維細胞特異蛋白（FSP）抗體作為探針對不同狀態下的腎臟成纖維細胞進行探測，結果發現，腎間質中成纖維細胞數量發生了巨大改變，大量的成纖維細胞出現在抗腎小管基底膜病（TBM）小鼠動物模型的腎間質中，而在正常小鼠腎臟間質中FSP-1陽性細胞比較少。這項研究結果說明，腎臟處于這種炎癥狀態時，一部分腎小管細胞發生了轉化，變成了FSP-1陽性細胞，給我們的提示是：可能存在上皮細胞表型轉化。在細胞實驗中，當體外培養的小鼠腎小管上皮細胞轉分化為間充質細胞時，也有大量的FSP-1陽性表達，細胞表型特征發生了改變，顯微鏡下觀察發現，細胞形態發生了轉變，細胞由原有的正方形轉變為纖維狀，檢測后發現細胞的波形纖維蛋白（vimentin）表達顯著升高，角蛋白的表達卻有所下降[7]。Lan等研究發現，在5/6腎切除動物模型制備后3周的時間，能夠在腎小管上皮細胞檢測到新出現的α-SMA（α-平滑肌肌動蛋白），研究結果為腎小管上皮細胞轉分化的理論提供了表型轉化和形態學方面的科學依據[8]。

目前，有關腎小管上皮細胞轉分化的病理改變主要有以下幾個方面：細胞極性改變：上皮細胞的高爾基體在細胞的頂端，細胞具有端-基極性（apical-basal polarity），在底部有ECM分子，一般是板層素和膠原分子，能夠使上皮細胞固定在基底膜上，細胞的穩定性比較好，但是在上皮細胞向成纖維細胞轉化后，細胞的極性消失了；細胞間緊密連接消失：正常情況下，腎小管上皮細胞之間相互緊密地連接在一起，形成一個整體，當經過一些致病因素誘導后，如TGF-β1，基底膜發生了斷裂，細胞之間的緊密連接也就隨之消失；α-SMA的陽性表達：腎臟損傷后，成纖維細胞被激活，細胞快速增殖且外觀形態發生改變，轉變為肌成纖維細胞，這種細胞在結構特征上與平滑肌細胞接近，α-SMA陽性表達，α-SMA在靜止狀態的成纖維細胞中表達為陰性；波形纖維蛋白陽性表達：TEMT時細胞骨架重新組合，細胞間纖維蛋白消失，出現了波形纖維蛋白（Vimentin）的陽性表達，該蛋白的出現決定了成纖維細胞形態和細胞移動能力[9]。

2.3 TGF-β1信號轉導與腎小管上皮細胞轉分化

近年來，隨著科研人員對腎間質纖維化的不斷深入探索，發現信號通路TGF-β1/Smad途徑與腎間質纖維化緊密相關。

TGF-β屬于TGF超家族，主要有三大類成員，即TGF-β、骨橋蛋白、激活素。TGF-β存在5種異構體，其中TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3主要在哺乳動物中存在比較多，含量最豐富的是TGF-β1。一般情況下，TGF-β1在組織中沒有活性，一些刺激因素，如血栓素、AngⅡ、氧化等能夠活化腎組織TGF-β1。激活的TGF-β1分子幾乎存在于所有細胞里面，很多細胞表面都存在TGF-β受體，TGF-β受體一般有3種：Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型受體，絕大多數在腎臟和肝臟。Ⅰ型受體不能單獨與配體結合，只有在Ⅱ型受體存在的情況下，才可與配體相結合[10]。Ⅱ型受體可單獨與TGF-β結合，一般情況下，Ⅱ型受體決定細胞的生長與增殖。纖維化時，與ECM的合成和沉積關系密切的是TGF-β的Ⅰ型受體，Ⅱ型受體可與TGF-β1和TGF-β3結合，但與TGF-β2不結合。Ⅲ型受體有兩個亞型：betaglycan和endoglin，Ⅲ型受體可結合3種TGF-β異構體。研究表明，TGF-β主要通過Smad蛋白進行信號轉導來激活目的基因。Smad分為受體調節型、共同通道型、抑制型三類。受體調節型（R-Smad）主要有Smad2、Smad3；共同通道型（CO-Smad）主要指Smad4；抑制型（I-Smad）有Smad6、Smad7。R-Smad磷酸化后，在信號轉導時誘導受體復合物和SARA（Smad Anchor for Receptor Activation）釋放出一種蛋白質，它能夠攜帶Smad到細胞核，調控目的基因的表達。一般情況下，I-Smad能夠抵消R-Smad的作用，對抗TGF-β的信號轉導[10]。

TGF-β信號轉導途徑如下：TGF-β受體與配體相結合，誘導TGF-βⅠ型受體、TGF-βⅡ型受體形成異聚體，TGF-βⅠ型受體被TGF-βⅡ型受體磷酸化，激活TGF-βⅠ型受體激酶。接著Smad2和Smad3被TGF-βⅠ型受體磷酸化激活，TGF-β抑制炎癥反應的作用主要依賴Smad3信號途徑，而引起ECM堆積主要依賴Smad2通路。磷酸化后的Smad3或Smad2與Smad4結合形成異聚體，并移位至細胞核中發揮轉錄因子的作用。TGF-β調節靶基因表達的作用除了由Smad介導外，還有可能通過與其他通路以及其他通路之間的相互作用共同來調控靶基因的表達，與TGF-β1相關的其他信號轉導途徑主要有MAPK、Akt/蛋白激酶B（PKB）、RhoA和β-連接素[11-15]，這些途徑都可被TGF-β1激活而引起腎小管上皮細胞轉分化。

3 腎間質纖維化相關分子

早期腎間質纖維化可完全逆轉，腎功能受損程度與腎間質纖維化程度密切相關。近年來有關腎間質纖維化的研究已經集中在分子學基礎，截至目前已發現多種腎間質纖維化相關促進分子和抑制分子。

3.1 促纖維化分子

已經發現的促纖維化分子主要有以下幾種：（1）轉化生長因子β（TGF-β）：TGF-β是截至目前科研人員研究后發現的作用最強的腎間質纖維化促進分子，一般由腎臟固有細胞或白細胞浸潤后產生，研究最多的是TGF-β1，它被激活后才能發揮促纖維化的作用，關于其激活機制尚未闡明。TGF-β表達上調是腎間質纖維化的一個主要特征[16-17]。（2）結締組織生長因子（CTGF）：CTGF是TGF-β信號通路的一個下游因子，主要調節TGF-β的活性，它能夠促進成纖維細胞大量增生以及基質蛋白質合成。當機體組織損傷嚴重時，CTGF表達顯著增強。研究發現，CTGF抗體能下調TGF-β對成纖維細胞和腎小球系膜細胞的刺激而減少細胞外基質的產生[18]。（3）血小板源性生長因子（PDGF）：PDGF能夠使成纖維細胞形態發生轉變，變成肌成纖維細胞，肌成纖維細胞的纖維化功能比腎臟原有的成纖維細胞更強，活性更強，它能促進Ⅰ、Ⅲ膠原等細胞外基質成分的大量合成。在纖維化實驗中，PDGF表達顯著增強[19-21]。（4）血小板源性內皮細胞生長因子（PD-ECGF）：PD-ECGF能夠促進早期腎間質纖維化新毛細血管生成，新生毛細血管能夠促進炎癥反應、組織損傷及纖維化，但隨著腎間質纖維化的進行性發展，新生毛細血管也逐漸消失[22]。（5）組織基質金屬蛋白酶抑制物（TIMPs）：在單側輸尿管梗阻動物模型中，有TIMP-1的大量表達[23-29]。TIMP-1能夠抑制基質金屬蛋白酶的作用。（6）血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）：有研究表明，在單側輸尿管梗阻大鼠模型中，鼠AngⅡ遺傳缺陷的腎間質纖維化與正常大鼠相比，程度較輕[30]，說明AngⅡ具有促進腎間質纖維化的作用[31]。（7）內皮素-1（ET-1）：由腎臟產生的ET-1引發的血管收縮可導致局部組織發生缺血性壞死。此外，ET-1能夠引起TGF-β超表達，直接促進腎間質纖維化進程[32]。（8）纖溶酶原激活物抑制物（PAI-1）：PAI-1對腎小球膜內基質具有調節作用，利用單克隆抗體阻斷PAI-1活性后基質明顯減少[33]。（9）單核細胞趨化因子蛋白-1（MCP-1）：MCP-1是一種單核細胞特異性趨化因子，它的增加能夠促進單核細胞浸潤，單核細胞活化后能夠促進細胞因子、炎性介質大量產生而破壞腎臟組織結構，加速腎小管間質纖維化的進展，因此MCP-1含量與腎間質纖維化程度關系密切[34]。

3.2 抑纖維化分子

抑纖維化分子主要有以下幾種：（1）基質金屬蛋白酶（MMPS）：MMPS常以酶原形式存在，其激活機制不清，具有降解基質蛋白沉積的作用[35-36]。（2）骨形成蛋白-7（BMP-7）：BMP-7通過拮抗TGF-β1發揮抑制纖維化的作用[37]，用重組BMP-7（rhBMP-7）能夠促進鼠早期急性腎損傷的恢復和組織修復[38]，在慢性腎損傷中也有類似作用[39]。（3）肝細胞生長因子（HGF）：HGF是強抗纖維化因子，能夠通過抑制腎素-血管緊張素系統治療腎間質纖維化[40]。（4）γ-干擾素（IFN-γ）：IFN-γ能夠拮抗肌成纖維細胞的活性，抑制膠原基因表達，減少腎間質膠原合成[40]。（5）松弛素（relaxin）：生物活性比較廣泛，可以抑制巨噬細胞的組織浸潤，減少TGF-β在組織細胞的大量表達。

綜上所述，腎間質纖維化發病機制復雜，相關纖維化分子較多，要想闡明其發病機制還需要廣大科研工作者長期不懈的努力。

[1]王偉銘.腎間質纖維化的機制研究進展[J].國外醫學：內科學分冊，2000（11）：491-494.

[2]Matsui K，Nagy-Bojarsky K，Laakkonen P，et al.Lymphatic microvessels in the rat remnant kidneymodel of renal fibrosis：aminopeptidedase pand podoplanin are discriminatory markers for endothelial cells of blood and lymphatic vessels[J].J Am Soc Nephrol，2003（14）：1981-1989.

[3]張翥，蘇克亮，黃頌敏，等.腎小管纖維化的發生機理[J].國外醫學：泌尿系統分冊，2005（3）：419-423.

[4]Yang J，Liu Y.Dissection of key events in tubular epithelial to myofibroblast transition and its implications in renal interstitial fibrosis[J].Am J Pathol，2001（159）：1465-1475.

[5]Ikenouchi J，Matsuda M，Furuse M，et al.Regulation of tight junctionsduring the epithelium-mesenchyme transition：direct repression of thegene expression of claudins/occludin by Snail[J].J Cell Sci，2003（116）：1959-1967.

[6]Strutz F，Okada H，Cecilia WL，et al.Identification and characterization of a fibroblast marker[J].J Cell，1995（20）：393-405.

[7]Ng YY，Huang TP，Yang WC，et al.Tubular epithelial-myofibroblast transdifferentiation in progressive tubularinterstitial fibosis in 5/6 nephrectiomize rats[J].Kindey Int，1998（54）：864-876.

[8]Hay ED，Znk A.Transformations between epithelium and mesenchyme：normal pathological and experimentally induced[J].Am J Kidney Dis，1995（26）：678-690.

[9]Liliana Attisano.Signal transduction by the TGF-beta superfamily[J]. Science，2002（296）：1646-1647.

[10]Li JH，Zhu HJ.Smad7 inhabits fibrotic effect of TGF-on renal tubular epithelial cells by blocking smad2 activation[J].J AM Soc Nephrol，2002，13（6）：1464-1472.

[11]PessahM，Prunier C.C-jun interactswith the corepressor TG-interacting factor（TGIF）to suppress smad2 transcriptional activity[J].Pronc Natl A－cad Sci USA，2001，98（11）：6198-6293.

[12]Kretzschmar M，Doody J.A mechanism of TGF-beta/smad signaling by oncogenic ras[J].Geno Dev，1999，13（7）：804-816.

[13]Tabibzadehs.Homeostasis of extracellular matrix by TGF-beta and lefty[J].Front Biosci，2002（7）：1231-1246.

[14]Dai C，Yang J，Liu Y.Transforming growth factor potentiates renal tubular epithelial cell death by a mechanism independent of Smad signaling[J].J Biol Chem，2003（14）：12537-12545.

[15]Eddy AA.Molecular basis renal fibrosis[J].Pediatr Nephrol，2000（15）：290-301.

[16]Wang W，Koka V，Lan HY.Transforming growth factor and Smad signalling in kidney diseases[J].Nephrology，2005，10（1）：48-56.

[17]Wahab NA，Yevdokimova N，Weston BS，et al.Role oconnective tissue growth factor in the pathogenesis odiabetic nephropathy[J].Biochem J，2001（359）：77-87.

[18]Borkham Kamphorst Erawan，Herrmann Jens，Stoll Doris，et al.Domi-nant-negative soluble PDGF-beta receptor inhibitshepatic stellate cell activation and attenuates liver fibrosis[J].J Laboratory Investigation，2004，84（6）：766-777.

[19]Basciani Sabrina，Mariani Stefania，Arizzi Mario，et al.Expression of platelet-derived growth factor（PDGF）in the epididymis and analysis of the epididymal development in PDGF-A，PDGF-B and PDGF receptor beta deficient mice[J].J Biology of Reproduction，2004，70（1）：168-177.

[20]Ghosh Siddhartha S，GehrTodd WB，Ghosh Shobha，et al.PPARγligand attenuates PDGF-induced mesangial cell proliferation：Role of MAP kinase[J].Kidney International，2003，64（1）：52-63.

[21]Ruizortega M，Bustos C，Plaza JJ，et al.Overexpressioof extracellular matrix proteins in renal tubulointestiticells by platelet-activating-factor stimulation[J].Nephr Dial Transplant，1998，13（4）：886-892.

[22]Johnson TS，Haylor JL，Thomas GL，et al.Matrix metalloproteinases and their inhibitions in experimental renal scarring[J].Exp Nephrol，2002，10（3）：182-195.

[23]Nakamura T，Ushiyama C，Suzuki S，et al.Elevation of serum levels of metalloproteinase-1，tissue inhibitor of metalloproteinase-1 and typeⅣcollagen，and plasma levels of metalloproteinase-9 in polycystic kidney disease[J].Am J Nephrol，2000，20（1）：32-36.

[24]Kim H，Oda T，Lopez-Guisa J，et al.TIMP-1 deficiency does not attenuate interstitial fibrosis in obstructive nephropathy[J].J Am Soc Nephrol，2001，12（4）：736-748.

[25]Li JH，Zhu HJ，Huang XR，et al.Smad7 inhibits fibrotic effect of TGF-Beta on renal tubular epithelial cells by blocking Smad2 activation [J].J Am Soc Nephrol，2002，13（6）：1464-1472.

[26]Behrens P，Rothe M，Florin A，et al.Invasive properties of serous human epithelial ovarian tumors are related to Ets-1，MMP-1 and MMP-9 expression[J].Int J Mol Med，2001，8（2）：149-154.

[27]Nishikava A，Iwasaki M，Akutagawa N，et al.Expression of various matrix proteases and Ets family transcriptional factors in ovarian cancer cell lines：correlation to invasive potential[J].Gynecol Oncol，2000，79（2）：256-263.

[28]Zeisberg M，Bottiglio C，Kumar N，et al.Bone morphogenic protein-7 inhibits progression of chronic renal fibrosis associated with two genetic mouse models[J].Am J Physiol Renal Physiol，2003，285（6）：1060-1067.

[29]Fern RJ，Yesko CM，Thornhill BA，et al.Reduce angiotensinogen expression attenuates renal interstitial fibrosis obstructive nephropathy in mice[J].J Clin Invest，1999（103）：43-46.

[30]RuizOrtega M，Egido J.AngiotensinⅡmodulates cegrowth-relatedevents and synthesis of matrix proteins irenal interstitial fi broblasts[J]. Kidney Int，1997（52）：1497-1510.

[31]Hocher B，Thone-Reineke C，Rohmeiss P，et al.Endothelin-1 transgenic mice develop glomeruloscle-rosis，interstitial fibrosis，and renal cysts but not hypertension[J].J Clin Invest，1997（99）：1380-1389.

[32]Oda T，Jung YO，Kim HS，et al.PAI-1 deficiency attenuates the fibrogenic response to ureteral obstruction[J].Kidney Int，2001，60（2）：587-596.

[33]Kondo S，Kagami S，Kido H，et al.Role of mast cetryptase in renal interstitial fibrosis[J].J AM Soc Nephrol，2001，12（8）：1668-1976.

[34]Mujumdar VS，Smiley LM，Tyagi SC.Activation of matrixmetalloproteinase dilates and decreases cardiac tensile strength[J].Int J Cardiol，2001，79（2）：277-286.

[35]Martin J，Eynstone L，Davies M，et al.Induction ofmetalloproteinases by glomerularm esangial cells stimulated by proteins of the extracellular matrix[J].J Am Soc Nephrol，2001，12（1）：88-96.

[36]Wang SN，Lapage J，Hirschberg R.Loss of tubularbonemorphogenetic protein-7 in diabetic nephropathy [J].J Am SOC Nephrol，2001，12（11）：2392-2399.

[37]Hruska K，Guo GJ，WozniakM，et al.Osteogenic protein-1 pre-vents renal fibrogenesis associated with ureteral obstruction[J].Am J Physiol，2000，279（1）：130-134.

[38]Zeisberg M，Bottiglio C，KumarN，et al.Bone morphogenic protein-7 inhibits progression of chronic renal fibrosis associated with two geneticmouse models[J].Am J Physiol Renal Physiol，2003，285（6）：1060-1067.

[39]Yang J，Dai C，Liu Y.Hepatocyte growth factorgene therapy and angiotensin II blockade synergistically attenuate renal interstitial fibrosis in mice[J].J Am Soc Nephrol，2002，13（10）：2464-2477.

[40]Guo G，Morrissoy J，Mccraken R，et al.Role of TNFR1 and TNFR2 receptors in tubulointerstitial fibrosis of obstructive nephropathy[J].AM J Physiol，1999（277）：766-772.

（*通訊作者：楊麗霞）

R193

B

1671-1246（2017）04-0155-04

國家自然科學基金（81560764）；甘肅省中醫藥管理局項目（GZK-2016-70、GZK-2015-32）