基于線粒體功能障礙探討中醫藥改善慢性腎臟病腎纖維化研究概況

王凌晨，王琛

上海中醫藥大學附屬曙光醫院，上海中醫藥大學中醫腎病研究所，上海市中醫臨床重點實驗室，上海中醫藥大學肝腎疾病病證教育部重點實驗室，上海201203

慢性腎臟病（chronic kidney disease，CKD）是指由多種原因所引起的，持續時間超過3個月，造成腎臟結構和/或功能不可逆損傷的慢性病變，控制不佳易發展為終末期腎臟病（end-stage renal disease，ESRD）。腎纖維化（renal fibrosis，RF）是各種類型CKD持續進展的共同表現和關鍵特征[1]，控制RF進程一直是臨床延緩CKD的重要手段。現代醫學治療CKD RF主要使用腎素-血管緊張素-醛固酮阻斷劑（ACEI/ARB類）等藥物，但存在一定的應用局限。近年來，通過改善線粒體功能障礙延緩RF進展成為研究熱點。為此，筆者對線粒體功能障礙在RF進展中的作用機制及其中醫藥干預的研究進展進行梳理，為中醫藥治療CKD RF提供參考。

1 線粒體動力學與腎纖維化

線粒體是一類高度可塑的動態細胞器，能夠適應各種應激條件，不斷地進行融合和分裂（線粒體動力學）以平衡自身形態來滿足細胞的能量代謝需求。線粒體的形態與功能密切相關，融合則維持ATP產生，分裂則促進線粒體活性氧（mtROS）產生，引起線粒體功能障礙。調節線粒體動力學離不開多種動力相關三磷酸鳥苷酶的參與，線粒體融合蛋白（Mfn）1、線粒體融合蛋白（Mfn）2和視神經萎縮1介導線粒體的融合，而動態相關蛋白1（Drp1）及其下游蛋白線粒體分裂1（Fis1）介導線粒體的分裂[2]。

腎臟為高能耗器官，主要依靠線粒體產生的ATP提供能量以維持正常功能。腎小管上皮細胞（RTECs）富含線粒體，具有強大的代謝活性，病理狀態下十分敏感，不僅損傷靶細胞，還是誘導RF活躍的“參與者”[3-4]。當線粒體功能障礙時，受損的RTECs發生表型轉化，破壞正常的腎小管間質結構，導致間質炎癥和纖維化[5-6]。

近期研究發現，線粒體動力學在多種因素導致的RF過程中發揮重要作用。Wang等[7]在單側輸尿管梗阻（UUO）小鼠模型中發現，抑制Drp1在絲氨酸616位點磷酸化（p-Drp1S616）可減少線粒體分裂，并調節纖維化相關基因的轉錄，抑制RF。Yang等[8]對糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）小鼠的研究表明，線粒體靶向肽SS31通過抑制Drp1表達和增加Mfn1表達，減少線粒體分裂，從而減輕腎間質纖維化（RIF）。有報道線粒體動力學與炎癥反應存在相互作用。Nam等[9]利用UUO小鼠模型證實，過氧化物酶體增殖物-γ共激活物-1α（PGC-1α）的激活可改善線粒體形態和線粒體動力學，抑制NLRP3表達，從而改善RF。Zhang等[10]使用血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）誘導小鼠RF，發現NLRP3基因敲除小鼠與對照組小鼠相比，Drp1表達顯著下調，Mfn2表達顯著上調，RF得到改善。

由此可見，改善線粒體動力學對減輕RF和延緩CKD進展具有重要作用，中醫藥在其中的作用機制也引發更加深入研究。有報道，姜黃素可改善5/6腎切除大鼠殘余腎組織的線粒體動力學失衡和氧化應激，發揮腎保護作用[11]；和厚樸酚通過激活SIRT3，改善線粒體動力學，減少線粒體分裂，并調節NF-κB/TGF-β1/Smad信號通路，減輕UUO小鼠RF[12]；淫羊藿苷可明顯改善5/6（ablation/infarction，A/I）慢性腎功能衰竭大鼠模型和TGF-β1 誘導的NRK-52E 細胞RF 模型線粒體動力學失衡，糾正能量缺失，延緩RF 進展[13]；腎衰Ⅱ號方通過激活PGC-1α調節線粒體動力學，抑制mtROS 產生，改善5/6（A/I）慢性腎功能衰竭大鼠RIF[14]；黃芪丹參方能抑制Drp1表達及OPA1蛋白水解，促進Mfn2表達，改善線粒體動力學，抑制腺嘌呤誘導的CKD大鼠RF[15]；健脾益腎方可改善5/6腎切除和腺嘌呤誘導的CKD 大鼠RIF，其機制是通過調控QPRT/NAD+/SIRT3信號通路恢復線粒體動力學平衡，下調纖維化相關蛋白表達，減少細胞外基質沉積[16]。

2 線粒體自噬與腎纖維化

線粒體自噬通過特定線粒體外膜受體結合形成周圍自噬小體，自噬小體與溶酶體融合發揮降解作用，選擇性清除被破壞和功能失調的線粒體[17-18]。若受損的線粒體未被及時清除，線粒體碎片積累會導致氧化應激和mtROS過度產生。因此，通過去除受損的線粒體控制線粒體質量對維持細胞穩態和腎臟功能至關重要[19-20]。

線粒體自噬主要受假定激酶1（PINK1）和泛素連接酶（Parkin）調節[21]。Yoon等[22]研究發現，在腺嘌呤誘導的CKD小鼠模型中，miR-4516/SIAH3/PINK1線粒體自噬信號通路激活可減輕線粒體自噬缺陷引起的慢性腎損傷和RF。Han等[23]利用DN小鼠模型，發現二甲雙胍通過p-AMPK/PINK1/Parkin通路激活線粒體自噬，改善氧化應激和RF。Bhatia等[24]使用TGF-β1刺激腎巨噬細胞，發現腎巨噬細胞通過調節PINK1/MFN2/Parkin通路調節線粒體自噬，從而改善RF。Li等[25]利用UUO小鼠和缺氧條件下的HK-2細胞，確認Drp1通過調節PINK1/PARK2線粒體自噬通路，清除受損的線粒體和mtROS，從而抑制TGF-β1信號激活和RF進展。

中醫藥在調控線粒體自噬減輕RF方面的相關研究日益增多。有報道利用高脂飲食誘導的CKD腎損傷模型和棕櫚酸刺激的HK-2細胞發現，菊苣酸通過激活Nrf2/PINK/Parkin通路，促進線粒體自噬，改善腎小管損傷[26]；Xiao等[27]通過RNA-seq分析UUO小鼠腎組織中長鏈非編碼RNA（lncRNAs）和信使RNA的表達譜發現，去甲斑蝥素可增加PINK1的lncRNAs和基因表達，激活自噬并改善RF。另外，槲皮素是一種存在于多種中草藥中的天然類黃酮，可通過激活SIRT1調控PINK1/Parkin介導的線粒體自噬，從而抑制UUO大鼠RF[28]；姜黃素通過抑制PI3K/AKT/mTOR通路激活自噬，保護線粒體功能，從而抑制NLRP3炎性小體活性，下調白細胞介素（IL）-1β，減輕UUO大鼠RF[29]。在造影劑腎病大鼠模型中，川芎嗪通過抑制CCL2/CCR2通路激活，調節腎小管細胞線粒體自噬，改善線粒體功能障礙和RF[30]。通絡益腎方通過調節PINK1/Parkin介導的線粒體自噬，改善線粒體功能障礙和氧化應激，減輕UUO大鼠RF并改善腎功能[31]。

3 線粒體氧化應激與腎纖維化

ROS主要由線粒體的氧化磷酸化產生，其過量生成會導致氧化應激，誘導線粒體功能障礙。線粒體氧化應激不僅是RF結果，還是RF的重要致病機制[32]。線粒體氧化應激促進了促纖維化信號轉導，并以多種方式參與RF進程。在5/6腎切除小鼠殘余腎組織中氧化應激標志物超氧化物歧化酶2、丙二醛表達顯著上升，線粒體靶向抗氧化劑Mito-TEMPO可改善線粒體氧化應激而達到抗RF目的[33]。Ogura等[34]確認NAD+降解酶CD38可降低2型糖尿病大鼠腎臟中NAD+/NADH比率，抑制SIRT3活性，增加線粒體氧化應激，從而誘導RF。另外，線粒體氧化應激在參與上皮間質轉化（EMT）中發揮促RF 作用。He 等[35]使用AngⅡ刺激NRK-52E細胞誘導腎小管EMT，顯示SIRT3通過去乙酰化和激活錳超氧化物歧化酶抑制線粒體氧化應激，減少腎小管EMT。Liu等[36]利用UUO大鼠和H2O2刺激的HK-2細胞，表明活性氧調節因子通過激活TGF-β信號通路誘導線粒體氧化應激，加劇EMT。

研究表明，中藥治療CKD是基于其抗氧化特性。如三七皂苷R1和丹參乙酸乙酯提取物均通過上調Nrf2表達抑制線粒體氧化應激，減輕DN小鼠腎組織線粒體損傷，發揮腎保護作用[37-38]；姜黃素通過抑制糖原合成酶激酶3β活性，增加抗氧化活性，抑制線粒體氧化應激，調節氧化還原穩態，減輕5/6腎切除小鼠殘余腎組織線粒體氧化損傷和線粒體功能障礙[39]；蒼術內酯Ⅲ可減輕線粒體損傷，增加抗氧化酶活性，減少ROS產生，通過調節線粒體氧化應激介導的PI3K/AKT/mTOR通路，減輕5/6腎切除術誘導的大鼠腎損傷[40]；芍藥苷通過激活AMPK/SIRT1/PGC-1α通路，抑制ROS過度產生和線粒體氧化應激，提高線粒體膜電位改善線粒體功能障礙，改善5/6腎切除大鼠腎功能及間質纖維化[41]；川芎嗪硝酮通過激活AMPK/PGC-1α通路，抑制線粒體氧化應激，改善線粒體功能，改善DN大鼠的RIF和腎小球硬化[42]。酸棗皂苷A是從酸棗仁中提取的一種三萜皂苷，具有抗氧化特性，可通過下調NOX4表達和調節線粒體呼吸鏈緩解線粒體氧化應激，改善DN大鼠RF和腎功能[43]。

4 線粒體依賴的凋亡途徑與腎纖維化

細胞凋亡目的是清除有害和具有潛在危險的細胞，精確調節細胞數量[44]。線粒體是內在凋亡途徑的中心細胞器，大多數凋亡途徑聚集在線粒體上[45]。線粒體凋亡主要受到Bcl-2家族成員的調控，Bcl-2家族成員通過調節線粒體外膜參與凋亡過程并發揮著決定作用[46-47]。Bcl-2 和Bcl-xL 屬抗凋亡成員，Bax、Bak、Bim屬促凋亡成員。p53被認為是線粒體凋亡途徑的關鍵部分，通過與抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用誘導凋亡[48]。

線粒體依賴的凋亡途徑與RF作用機制之間的研究也日益深入。Li等[49]發現，與對照組相比，腎素受體基因敲除的DN小鼠細胞凋亡和RF減輕，進一步證實腎素受體通過上調線粒體NOX4/SOD2/UCP2 信號通路，產生線粒體功能障礙，誘導凋亡和RF。Li等[50]發現，腎近端小管特異性二硫鍵A 氧化還原酶樣蛋白（DsbA-L）基因敲除UUO 小鼠與對照組相比，RIF、凋亡和炎癥均有改善，表明DsbA-L通過激活Hsp90/Smad3和p53/CTGF通路，促進凋亡和RIF。Zhao等[51]在大鼠5/6腎切除大鼠模型中，通過重組腺相關病毒（rAAV）過度表達細胞色素P450環氧合酶（CYP2J2），發現rAAV-CYP2J2通過調節TGF-β1/Smads和凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2、Bcl-xL的表達，抑制凋亡和RF。

中醫藥因其長期有效性和安全性而適用于CKD治療。鑒于線粒體依賴的凋亡途徑激活與RF之間的緊密聯系，中醫藥通過此途徑而發揮腎保護作用的相關研究較多。如蟲草素可降低Bax表達并增加Bcl-2表達，抑制細胞凋亡和DN大鼠RF[52]；芒柄花素是從黃芪中分離出的一種新型異黃酮，利用DN大鼠和高糖刺激的HK-2細胞，顯示其可通過調節SIRT1/PGC-1α通路，調節凋亡相關蛋白Bax、Bcl-2和cleaved-caspase-3表達，減輕腎小管細胞凋亡以及線粒體損傷[53]；水蛭素可調節UUO 大鼠腎組織中凋亡相關蛋白pro-caspase-3、pro-caspase-9、Bcl-2和Bax表達，抑制RTECs凋亡和纖維化[54]；蟬蛻通過調節SIRT1/p53 通路并抑制caspase-3活性，發揮抗凋亡作用，改善高血壓性腎病大鼠RIF[55]；蒿甲醚是一種青蒿素類似物，有報道，通過阿霉素腎病小鼠模型發現，蒿甲醚可降低Bax表達，增加Bcl-xL表達，通過抑制RTECs凋亡發揮抗RF作用[56]；穿心蓮內酯可降低Bax和caspase-3表達，增加Bcl-2表達，抑制RTECs凋亡和mtROS過度產生，改善DN小鼠腎小管損傷和RF[57]；大黃黃芪膠囊可改善UUO 大鼠RIF，其機制與抑制TGF-β1/p38 MAPK 通路，降低Bax/Bcl-2比值，減少RTECs凋亡有關[58]。

5 結語

上述整理線粒體功能障礙在CKD腎纖維化進展的作用機制，圍繞線粒體動力學、線粒體自噬、線粒體氧化應激、線粒體依賴的凋亡途徑展開敘述，并梳理中醫藥干預的研究進展，表明中醫藥抗RF效果顯著。無論體內還是體外實驗，中藥都可恢復線粒體功能，減輕腎損傷。總之，中醫藥通過減少線粒體功能障礙發揮抗RF作用涉及眾多影響因素和多種途徑，值得今后進一步探究。