姜 雪 綜述 李世軍 審校

急性腎損傷(AKI)最常見原因是缺血、中毒和梗阻等因素導(dǎo)致近端小管上皮細(xì)胞凋亡或壞死，其主要組織學(xué)特征包括近端小管上皮細(xì)胞刷狀緣脫落，腎小管上皮細(xì)胞扁平和局灶性脫落，炎性細(xì)胞浸潤(rùn)以及形成富含Tamm-Horsfall蛋白的管型[1]。輕度損傷時(shí)，近端小管上皮細(xì)胞再生使腎小管形態(tài)和功能恢復(fù)。而在重度損傷區(qū)域，上皮細(xì)胞廣泛受損、管周毛細(xì)血管損傷、內(nèi)皮細(xì)胞及周細(xì)胞破壞、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、成纖維細(xì)胞和α平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)肌成纖維細(xì)胞增生，致使受損細(xì)胞外基質(zhì)重塑不良、修復(fù)失調(diào)，造成持續(xù)的慢性炎癥和纖維化[2]。腎小管萎縮、腎單位進(jìn)一步丟失和纖維化的惡性循環(huán)，導(dǎo)致AKI逐步進(jìn)展為慢性腎臟病。本文對(duì)AKI腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)的分子機(jī)制進(jìn)行綜述，以期尋找促進(jìn)近端小管再生的新治療靶點(diǎn)，抑制其慢性炎癥反應(yīng)和纖維化進(jìn)展。

腎小管上皮細(xì)胞與腎單位修復(fù)

小鼠AKI模型的遺傳命運(yùn)圖譜研究顯示，殘存的腎小管上皮細(xì)胞(tubular epithelial cells，TECs)增生修復(fù)損傷的腎小管，腎小管外的細(xì)胞群不參與上皮細(xì)胞修復(fù)，這項(xiàng)研究結(jié)果同樣適用于人類[3]。但是，仍然存在由腎小管祖細(xì)胞介導(dǎo)上皮修復(fù)的可能性。究竟是殘存的TECs還是腎小管祖細(xì)胞介導(dǎo)上皮修復(fù)仍有爭(zhēng)論[4]。參與人和小鼠近端小管修復(fù)的CD133+CD24+細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)增加了固有腎小管祖細(xì)胞群存在的可能性[5]。體外研究發(fā)現(xiàn)這些細(xì)胞具有極強(qiáng)的自我更新能力，并且可以經(jīng)誘導(dǎo)產(chǎn)生多個(gè)克隆細(xì)胞系，但體內(nèi)研究尚未完全證實(shí)。最近一項(xiàng)研究表明，與體外研究結(jié)果相比，體內(nèi)大多數(shù)器官的周細(xì)胞不具有間充質(zhì)干細(xì)胞樣特性[6]。遺傳譜系示蹤技術(shù)是追溯不同細(xì)胞群轉(zhuǎn)歸的最可靠方法，但這項(xiàng)技術(shù)不能用于人體研究。Corbeil等[7]發(fā)現(xiàn)健康小鼠腎臟近端小管中CD133表達(dá)豐富，因此質(zhì)疑這種細(xì)胞群的干/祖細(xì)胞標(biāo)記是否準(zhǔn)確。由于無(wú)法對(duì)人類體內(nèi)CD133+CD24+細(xì)胞進(jìn)行遺傳命運(yùn)圖譜分析，且其在小鼠腎臟中的表達(dá)存在爭(zhēng)議又缺乏準(zhǔn)確的分子特征，故CD133+CD24+細(xì)胞在腎臟損傷修復(fù)中的機(jī)制研究仍有困難[4]。

研究發(fā)現(xiàn)損傷的上皮細(xì)胞中角蛋白19，Bcl2和波形蛋白表達(dá)上調(diào)[8]。在人類腎臟中，CD133+CD24+細(xì)胞表達(dá)波形蛋白，與CD133-CD24-的細(xì)胞相比，其細(xì)胞質(zhì)、線粒體較少，刷狀緣模糊。這些細(xì)胞主要于AKI后測(cè)出并表達(dá)腎損傷分子-1(Kim-1+)。Kusaba等[9]研究發(fā)現(xiàn)缺血再灌注損傷后小鼠CD24、CD133、Kim-1和波形蛋白表達(dá)上調(diào)?？傊@些研究結(jié)果表明CD133+CD24+細(xì)胞可能代表受損的TECs。持續(xù)多西環(huán)素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)顯示，損傷前標(biāo)記的TECs數(shù)量沒(méi)有增加; 而損傷后標(biāo)記細(xì)胞顯著增加[10]。雖然這種標(biāo)記無(wú)法準(zhǔn)確證實(shí)幸存TECs群體的真正增殖方式，但表明很可能是由幸存受損上皮細(xì)胞進(jìn)行AKI后的腎小管修復(fù)，一部分此類細(xì)胞表達(dá)Kim-1+Ki67+。

TECs在上皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)和損傷后都嚴(yán)格保持其管狀特征。R26VT2 / GK3小鼠研究顯示在上皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)和修復(fù)期間，克隆維系單個(gè)腎單位譜系和小管類型轉(zhuǎn)歸[11]。在上皮細(xì)胞穩(wěn)態(tài)期間，Wnt反應(yīng)細(xì)胞(Axin2+細(xì)胞)在腎皮質(zhì)和髓質(zhì)中大量復(fù)制,與ActinCre+細(xì)胞相比，它有更強(qiáng)的增殖能力。在橫紋肌溶解AKI模型中，Axin2+細(xì)胞在損傷后2個(gè)月內(nèi)表現(xiàn)出更大規(guī)模的克隆擴(kuò)增。但AKI后Wnt反應(yīng)細(xì)胞子代的細(xì)胞類型和Wnt配體的來(lái)源尚不清楚。這種細(xì)胞的遺傳穩(wěn)定性及其對(duì)腎臟修復(fù)的影響尚未驗(yàn)證，故而這些細(xì)胞在損傷后上皮再生中的作用機(jī)制仍不明確。損傷后對(duì)近端小管上皮細(xì)胞中Wnt4誘導(dǎo)提示W(wǎng)nt通路與腎臟修復(fù)之間可能存在聯(lián)系[12]。然而Wnt4的檢測(cè)基于免疫染色，迄今為止，尚無(wú)檢測(cè)Wnt蛋白的可靠抗體。隨后的研究也未證實(shí)腎小管上皮細(xì)胞中Wnt4表達(dá)。相反，在缺血再灌注損傷后，Wnt4在髓質(zhì)肌成纖維細(xì)胞中被重新激活，且去除Wnt4對(duì)纖維化或肌成纖維細(xì)胞增殖沒(méi)有影響[13]。

目前，尚無(wú)確鑿證據(jù)證實(shí)在腎單位中存在干細(xì)胞或祖細(xì)胞群。然而，仍然存在具有強(qiáng)大體內(nèi)復(fù)制能力的這種特殊TECs的可能性。因此未來(lái)可期通過(guò)藥物研發(fā)來(lái)激發(fā)具有潛在高復(fù)制能力的細(xì)胞類型以增強(qiáng)內(nèi)源性修復(fù)過(guò)程。

促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)的細(xì)胞因子

腎小管上皮細(xì)胞中是否存在獨(dú)特的細(xì)胞類型仍存爭(zhēng)議，AKI后上皮再生的關(guān)鍵細(xì)胞因子仍需進(jìn)一步研究。損傷誘導(dǎo)Sox9激活是一種關(guān)鍵再生反應(yīng)[14]，研究顯示Sox9是缺血再灌注損傷后24h內(nèi)上調(diào)最高的轉(zhuǎn)錄因子之一[15]。正常腎臟的近端小管中僅有很少的Sox9+細(xì)胞，而在calbindin-28dk+的遠(yuǎn)曲小管上皮細(xì)胞中Sox9+細(xì)胞成簇存在[14]。在缺血和梗阻性AKI中，Sox9+細(xì)胞可用于區(qū)分受損的增殖性近端小管上皮細(xì)胞亞型，損傷后48h約40%至45%的Sox9+細(xì)胞與Ki67共表達(dá)。在AKI向慢性腎臟病轉(zhuǎn)化模型中，研究人員證實(shí)Sox9是受損腎單位上皮細(xì)胞再生的關(guān)鍵內(nèi)在活化因子[14]。損傷后早期激活Sox9細(xì)胞的命運(yùn)圖譜研究顯示，其子代恢復(fù)了與正常腎小管上皮細(xì)胞相似的頂端-基底端極性，從而證實(shí)這些細(xì)胞可再生近端小管上皮細(xì)胞[14](圖1)。與對(duì)照組小鼠相比，在缺血再灌注損傷后4周，近端小管特異性敲除Sox9的小鼠早期腎臟修復(fù)反應(yīng)和腎功能恢復(fù)均嚴(yán)重受損，并產(chǎn)生更嚴(yán)重的纖維化。缺血再灌注損傷后4周，大部分近端小管中Sox9表達(dá)恢復(fù)到基線水平，近端小管恢復(fù)正常，損傷表達(dá)完全消除(Kim-1-)。然而，近端小管某些區(qū)域持續(xù)表達(dá)Kim-1，且這種Kim-1+的近端小管上皮細(xì)胞同時(shí)表達(dá)Sox9，此類Kim-1+Sox9+的近端小管上皮細(xì)胞亞型損傷修復(fù)尚未完成(圖1)。此種細(xì)胞類型可能在AKI向慢性腎臟病轉(zhuǎn)化中起作用[14]。Sox9也在中毒性AKI腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)中發(fā)揮作用。Kang等[16]證明Sox9是中毒性AKI腎臟修復(fù)的關(guān)鍵細(xì)胞因子，但AKI后激活的Sox9+細(xì)胞或固有Sox9+細(xì)胞對(duì)整體修復(fù)的具體作用仍需進(jìn)一步研究。

圖1 AKI后PTEC的轉(zhuǎn)歸[21]PTEC：近端小管上皮細(xì)胞；AKI：急性腎損傷；KIM-1：腎損傷分子1；EMT：上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化

Sox9在腎小管上皮細(xì)胞形成和再生中均起著重要作用，在人類和小鼠腎臟胚胎發(fā)育中十分關(guān)鍵。單個(gè)Sox9等位基因失活突變可因其單倍體不足導(dǎo)致胃腸道發(fā)育不良綜合征[17]，其腎臟缺陷包括腎積水和腎發(fā)育不全。在腎臟胚胎發(fā)育過(guò)程中，敲除Sox8和Sox9可導(dǎo)致小鼠腎臟發(fā)育不全[18]。為了確定Sox9在近端小管上皮細(xì)胞修復(fù)和小管發(fā)育中的作用，研究人員對(duì)胚胎期腎臟Sox9+細(xì)胞進(jìn)行遺傳譜系示蹤，結(jié)果顯示Sox9+細(xì)胞可發(fā)育成大部分腎小管上皮細(xì)胞[14]。然而，重新激活的基因是否會(huì)通過(guò)與它在發(fā)育過(guò)程中相似的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)來(lái)再生受損的上皮細(xì)胞尚不明確[19]。與胚胎期相比，器官發(fā)生過(guò)程中起關(guān)鍵作用的活化基因于再生過(guò)程中可能會(huì)激活不同的基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)，Sox9的作用機(jī)制中或許存在此種因素。去分化是將分化成熟的細(xì)胞恢復(fù)到其發(fā)育期間在該譜系中的原始形式。研究發(fā)現(xiàn)葉酸誘導(dǎo)AKI后重新表達(dá)Pax2，故而Pax2被視為“腎小管上皮細(xì)胞去分化標(biāo)記物”[20]。正常成人腎臟中髓質(zhì)集合管持續(xù)表達(dá)Pax2，損傷發(fā)生后，Pax2在近端小管上皮細(xì)胞中重新表達(dá)。AKI后，Pax2+細(xì)胞的轉(zhuǎn)歸及Pax2在上皮修復(fù)中的作用仍有待研究證實(shí)。同時(shí)Pax2或Sox9能否真正界定去分化的近端小管上皮細(xì)胞亞型尚不清楚。

急性腎損傷后，部分近端小管上皮細(xì)胞凋亡壞死，部分幸存近端小管上皮細(xì)胞產(chǎn)生多種損傷修復(fù)反應(yīng)。(1)早期損傷修復(fù)反應(yīng)：損傷誘導(dǎo)活化Sox9+Kim-1+的近端小管上皮細(xì)胞亞型，再生受損的上皮細(xì)胞[14]。(2)慢性損傷修復(fù)反應(yīng)(小鼠缺血再灌注損傷后28d)：成功再生的上皮細(xì)胞Sox9轉(zhuǎn)陰; 而由Kim-1+的近端小管上皮細(xì)胞損傷尚未修復(fù)區(qū)域持續(xù)Sox9+應(yīng)答試圖自我再生。在此階段，大多數(shù)增殖的Ki67+近端小管上皮細(xì)胞表達(dá)Sox9+; 因此，在慢性期，Sox9+Kim-1+細(xì)胞可區(qū)分尚未完全修復(fù)的近端小管上皮細(xì)胞亞型[14]。(3)損傷激活Snai1和Twist1使部分上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化至間充質(zhì)狀態(tài)[22-23]。部分上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)與病理性促炎和促纖維化反應(yīng)有關(guān)。此類細(xì)胞的細(xì)胞周期阻滯。(4)小鼠重度AKI模型(單側(cè)缺血再灌注損傷、雙側(cè)嚴(yán)重缺血再灌注損傷、單側(cè)輸尿管梗阻模型)和經(jīng)典纖維化模型(馬兜鈴酸腎病)中，G2/M期阻滯的上皮細(xì)胞加劇了纖維化進(jìn)展[24](圖1)。

阻礙腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)的細(xì)胞因子

雖然受損的TECs在細(xì)胞類型方面高度保真; 仍有少數(shù)細(xì)胞可發(fā)生EMT，影響腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)，加重促炎和促纖維化反應(yīng)[22-23]。從部分EMT狀態(tài)治療受損細(xì)胞可提高損傷后腎臟修復(fù)效率。損傷時(shí)，TECs隨機(jī)發(fā)生部分EMT，同時(shí)分泌促炎和促纖維化因子。已有研究表明損傷激活的Snai1是胚胎發(fā)育和腫瘤進(jìn)展期間有效的EMT誘導(dǎo)劑，可誘導(dǎo)部分EMT。單側(cè)輸尿管梗阻和葉酸誘導(dǎo)的AKI中，與對(duì)照組相比，近端小管上皮細(xì)胞特異性Snai1基因敲除動(dòng)物的炎癥反應(yīng)、α-SMA+肌成纖維細(xì)胞數(shù)量及纖維化程度明顯減弱[23]。另一項(xiàng)研究表明，在缺乏Snai1和Twist1(一種關(guān)鍵的EMT調(diào)節(jié)因子)的小鼠中，AKI所致的纖維化程度顯著降低[23]。這項(xiàng)研究顯示，Snai1和Twist1可導(dǎo)致TECs的G2期阻滯，從而抑制TECs的增殖并增強(qiáng)其促炎和促纖維化反應(yīng)。部分EMT可能是嚴(yán)重受損的TECs嘗試獲得遷移表型以覆蓋裸露腎小管基膜的表現(xiàn)。然而，在這種損傷修復(fù)反應(yīng)過(guò)程中，同時(shí)啟動(dòng)了促炎和促纖維化分子程序。與完全EMT相比，發(fā)生部分EMT的受損TECs除具有遷移特性外，還獲得了轉(zhuǎn)分化為間質(zhì)肌成纖維細(xì)胞的侵襲性表型[25]。Yang等[24]發(fā)現(xiàn)G2 / M細(xì)胞周期阻滯的近端小管上皮細(xì)胞可以分泌促炎和促纖維化細(xì)胞因子，加重纖維化程度?？偟膩?lái)說(shuō)，這些研究主張更全面地了解影響腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)的細(xì)胞因子，以期尋找干預(yù)其促炎促纖維化過(guò)程的靶向藥物，減少AKI進(jìn)展為慢性腎臟病。

調(diào)節(jié)腎臟修復(fù)的細(xì)胞分子信號(hào)通路

AKI后腎臟修復(fù)可能是損傷誘導(dǎo)的多種信號(hào)通路激活、關(guān)鍵下游分子驅(qū)動(dòng)和/或阻礙受損上皮細(xì)胞再生之間相互作用的結(jié)果。損傷誘導(dǎo)表皮生長(zhǎng)因子受體(epidermal growth factor receptor ，EGFR)、集落刺激因子1(colony stimulating factor 1，Csf-1)、經(jīng)典Wnt/β-catenin通路和視黃酸信號(hào)傳導(dǎo)通路(RA signaling)基因擾動(dòng)，影響AKI后腎臟修復(fù)。研究表明EGFR和Erbb2是缺血性AKI后小鼠腎皮質(zhì)磷酸化最多的磷酸受體酪氨酸激酶[26]。抑制表皮生長(zhǎng)因子受體磷酸化或近端小管上皮細(xì)胞特異性敲除表皮生長(zhǎng)因子受體，均可導(dǎo)致近端小管上皮細(xì)胞增殖減少、早期功能和組織學(xué)修復(fù)受損。雖然許多研究表明缺血、中毒和梗阻性AKI模型中通過(guò)配體(如外源性表皮生長(zhǎng)因子或肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子)激活表皮生長(zhǎng)因子受體通路具有修復(fù)作用[27]，但其修復(fù)過(guò)程中的下游機(jī)制仍有待闡明。近端小管上皮細(xì)胞中損傷誘導(dǎo)的STAT3-Birc5信號(hào)傳導(dǎo)通路似乎亦是一種修復(fù)反應(yīng)。γ-分泌酶抑制劑抑制STAT3(信號(hào)傳導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄激活因子3)磷酸化可導(dǎo)致Birc5表達(dá)下調(diào)、修復(fù)反應(yīng)延遲[28]。與對(duì)照組相比，近端小管上皮細(xì)胞特異性Birc5敲除小鼠的TECs增殖減弱、腎功能和組織學(xué)恢復(fù)延遲。

AKI后，TECs中表皮生長(zhǎng)因子受體和STAT3/ Birc5信號(hào)傳導(dǎo)被激活。肝素結(jié)合表皮生長(zhǎng)因子 (HBEGF)是上皮細(xì)胞釋放的表皮生長(zhǎng)因子受體信號(hào)傳導(dǎo)配體，以自分泌或近分泌方式激活表皮生長(zhǎng)因子受體信號(hào)傳導(dǎo)通路。巨噬細(xì)胞通過(guò)旁分泌促進(jìn)上皮細(xì)胞中的集落刺激因子1(Csf-1)激活，Csf-1的激活反過(guò)來(lái)促進(jìn)M2巨噬細(xì)胞表型標(biāo)志物生成。巨噬細(xì)胞旁分泌激活TECs中的RA信號(hào)傳導(dǎo)通路和經(jīng)典Wnt/β-catenin信號(hào)通路。巨噬細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌的IL-22和MMP(基質(zhì)金屬蛋白酶)分別作用于TECs促進(jìn)腎臟修復(fù)。內(nèi)皮細(xì)胞通過(guò)S1pr1(鞘氨醇1-磷酸酯受體1)和Hif1α/ Hif2α(缺氧誘導(dǎo)因子)信號(hào)傳導(dǎo)調(diào)節(jié)慢性炎癥反應(yīng)，促進(jìn)修復(fù)。此外，血管分泌因子如VEGF、Ang1和Sirt1(組織沉默調(diào)節(jié)蛋白1)均影響腎臟修復(fù)反應(yīng)[21]，但目前仍需進(jìn)一步研究加以證實(shí)(圖2)。

圖2 腎臟修復(fù)的細(xì)胞分子信號(hào)網(wǎng)絡(luò)[21]

小結(jié)：對(duì)AKI后腎小管上皮細(xì)胞修復(fù)的研究已有一定進(jìn)展。損傷誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞再生、部分EMT和細(xì)胞周期阻滯體現(xiàn)了受損近端小管上皮細(xì)胞的多樣化轉(zhuǎn)歸。目前對(duì)這些重要生物學(xué)過(guò)程的分子機(jī)制仍然知之甚少。對(duì)其機(jī)制的進(jìn)一步研究可能會(huì)提示新的治療策略和方向，從而發(fā)現(xiàn)腎臟修復(fù)過(guò)程中有希望的治療靶點(diǎn)和生物標(biāo)志物，以促進(jìn)腎臟自身修復(fù)、抑制其伴隨的纖維化，減少AKI進(jìn)展為慢性腎臟病。