白小梅綜述，喬 晞審校

0 引 言

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是一種常見的臨床綜合征，是由多種病因在各種環(huán)境的共同作用下導(dǎo)致的，其主要原因包括腎缺血、休克、敗血癥和腎毒性物質(zhì)等[1]。過去認(rèn)為AKI后腎組織結(jié)構(gòu)能夠完全恢復(fù)，但近年來的研究發(fā)現(xiàn)，AKI后即使腎功能完全恢復(fù)，也可能遺留慢性腎病理損害，導(dǎo)致慢性腎病(chronic kidney disease，CKD)[2]。研究顯示，AKI之后CKD的患病率高達(dá)40%[3]。AKI是CKD的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，AKI之后發(fā)生CKD和終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的風(fēng)險(xiǎn)比(hazard ratio，HR)顯著增加。有研究將AKI分期，輕、中、重度，分別對應(yīng)急性腎損傷網(wǎng)絡(luò)工作小組分期的1期、2期、3期。發(fā)現(xiàn)輕度AKI后發(fā)生CKD的HR為2.0(95% CI 1.4～2.8)、中度為3.3(95% CI 1.7～6.2)、重度為28.2(95%CI 21.1～37.5)；發(fā)生ESRD的的HR分別為：輕度2.3(95% CI 1.7～3.3)、中度5.0(95% CI 2.6～9.8)、重度8.0(95% CI 1.3～48.6)。可見AKI越重，之后發(fā)生CKD及ESRD的機(jī)率越高[4]。AKI早期可造成嚴(yán)重的腎小管損傷、細(xì)胞凋亡和炎性細(xì)胞浸潤，引起永久性的腎纖維化[5]。腎纖維化是所有腎損傷導(dǎo)致ESRD的共同途徑，其特征性病理改變?yōu)槟I小管萎縮、腎小管上皮細(xì)胞凋亡、大量炎性細(xì)胞浸潤和肌成纖維細(xì)胞活化并導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)過度堆積，最終取代正常腎結(jié)構(gòu)[6]。此外亦有腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球系膜細(xì)胞異常凋亡，造成腎血流較少，腎小球?yàn)V過率下降，可進(jìn)展為CKD[7]。研究顯示，AKI和CKD是兩個緊密聯(lián)系的綜合癥[8]。近年來發(fā)現(xiàn)AKI后腎小管損傷是導(dǎo)致CKD的中心環(huán)節(jié)，但具體機(jī)制目前尚不完全清楚[9]。本文就腎小管損傷在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的作用進(jìn)行論述。

1 腎小管損傷在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的作用機(jī)制

腎小管損傷可能是AKI導(dǎo)致CKD的重要機(jī)制。而腎小管損傷可能與細(xì)胞去分化、炎性細(xì)胞浸潤、缺氧與血管密度下降、線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激、G2/M細(xì)胞周期阻滯、自噬等有關(guān)。

1.1細(xì)胞去分化AKI時(shí)多種細(xì)胞和結(jié)構(gòu)損傷，近端腎小管上皮細(xì)胞由于代謝活性高，易受到損傷。近端腎小管上皮細(xì)胞損傷可導(dǎo)致細(xì)胞去分化，其特征是細(xì)胞形態(tài)發(fā)生明顯變化，包括刷狀緣喪失、細(xì)胞體積減小、線粒體數(shù)量減少。在許多情況下，近端腎小管損傷可以完全修復(fù)，不會出現(xiàn)明顯的長期結(jié)構(gòu)損傷。然而，一些患者會發(fā)生適應(yīng)不良性修復(fù)，一部分細(xì)胞損傷不能恢復(fù)，從而導(dǎo)致持續(xù)的纖維化并進(jìn)展到CKD[10]。

細(xì)胞去分化是上皮細(xì)胞的主要修復(fù)機(jī)制。AKI后部分近端腎小管損傷無法修復(fù)的機(jī)制尚不清楚，在中度至重度AKI后，有少數(shù)近端腎小管上皮細(xì)胞存在持續(xù)性損傷和去分化，這些細(xì)胞持續(xù)高表達(dá)腎損傷分子-1(kidney injury molecule 1，Kim-1)[1,10]。Kim-1是一種磷脂酰絲氨酸受體，在健康腎中是檢測不到的，但在腎小管損傷后，其高表達(dá)于受損后再生的近端腎小管上皮細(xì)胞。Kim-1通過吞噬凋亡細(xì)胞和碎片，促進(jìn)腎單位修復(fù)和組織重塑[11-12]。有研究發(fā)現(xiàn)AKI后持續(xù)高表達(dá)的Kim-1可促進(jìn)間質(zhì)纖維化。持續(xù)高表達(dá)的Kim-1促進(jìn)促炎細(xì)胞因子分泌、腎小管管周炎癥和間質(zhì)纖維化[10-11]。受損的腎小管上皮細(xì)胞細(xì)胞周期阻滯于G2/M期，導(dǎo)致纖維化生長因子，如轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)和結(jié)締組織生長因子(connective tissue growth factor，CTGF)分泌增加[2,13]。當(dāng)腎發(fā)生再次損傷時(shí)，表達(dá)Kim-1的去分化細(xì)胞的數(shù)量會增加，導(dǎo)致近端腎小管結(jié)構(gòu)完整性和功能喪失，進(jìn)展為CKD[10]。

1.2炎性細(xì)胞浸潤研究表明，AKI時(shí)有多種炎性細(xì)胞浸潤，如巨噬細(xì)胞、NK細(xì)胞、NKT細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜酸性粒細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、T細(xì)胞等。浸潤的炎性細(xì)胞特別是巨噬細(xì)胞在AKI向CKD轉(zhuǎn)變的過程中起重要作用[3,14]。由于表面抗原和極化狀態(tài)的差異，巨噬細(xì)胞可能以M1、M2兩種亞型存在，不同亞型可能對刺激的反應(yīng)不同[15]。M1巨噬細(xì)胞在AKI早期具有促炎作用，介導(dǎo)腎損害。相比之下，M2巨噬細(xì)胞通常通過促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞增殖和修復(fù)以及誘導(dǎo)纖維化的適應(yīng)不良性修復(fù)來促使AKI后腎組織重塑[16]。在AKI向CKD轉(zhuǎn)化過程中，MI巨噬細(xì)胞產(chǎn)生促纖維化生長因子，如TGF-β1。TGF-β1可以由近端腎小管上皮細(xì)胞通過單核細(xì)胞與腎小管上皮細(xì)胞表面表達(dá)的細(xì)胞間黏附分子-1( intercellular adhesion molecule-1，ICAM-1)直接接觸產(chǎn)生[4-5,17]。細(xì)胞間黏附分子-1(intercellular cell adhesion molecule-1,ICAM-1)是介導(dǎo)細(xì)胞與細(xì)胞、細(xì)胞與ECM之間黏附重要生物分子，亦是誘導(dǎo)炎性細(xì)胞向腎間質(zhì)浸潤的主要黏附分子。正常上皮細(xì)胞可以低水平表達(dá)ICAM-1，在AKI時(shí)，M1巨噬細(xì)胞亦分泌炎癥因子，如腫瘤壞死因子，當(dāng)受到炎癥因子的刺激后，腎小管上皮細(xì)胞高表達(dá)ICAM-1[18]。腎TGF-β1水平的升高也可通過促進(jìn)近端腎小管上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)和(或)成纖維細(xì)胞活化造成ECM的形成和積累[17]。

1.3缺氧與血管密度減少腎組織缺氧在AKI向CKD轉(zhuǎn)變的病理生理過程中起著關(guān)鍵作用。30%～50%的腎缺血再灌注損傷后存在腎小管管周毛細(xì)血管密度降低，這種血管密度的降低被認(rèn)為是導(dǎo)致腎組織缺氧、腎小管萎縮和間質(zhì)纖維化的原因[19]。研究表明，AKI后毛細(xì)血管密度降低可引起局部缺氧，缺氧可反過來引起腎小管上皮細(xì)胞損傷及周圍成纖維細(xì)胞活化，致ECM異常沉積；腎損傷亦可引起炎性細(xì)胞浸潤，分泌細(xì)胞因子，最終導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化[1]。間質(zhì)纖維化增加了毛細(xì)血管和腎小管上皮細(xì)胞之間的距離，導(dǎo)致氧擴(kuò)散效率降低；同時(shí)受損的腎小管上皮細(xì)胞失去分化能力，分泌血管內(nèi)皮生長因子減少，影響毛細(xì)血管生成，加重缺氧，形成惡性循環(huán)，促進(jìn)CKD進(jìn)展[20]。

1.4線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激線粒體參與能量和自由基生成以及各種信號通路的傳導(dǎo)，在代謝活躍的器官如腦、心臟、腎和肌肉中尤為重要。在腎中，特別是腎小管上皮細(xì)胞中，線粒體每日消耗的能量約占身體總消耗量的7%[21]。線粒體可維持細(xì)胞氧化還原和能量穩(wěn)態(tài)，是細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的主要來源。然而，受損的線粒體可產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)，誘發(fā)氧化應(yīng)激，間接損傷腎小管上皮細(xì)胞。線粒體功能障礙的腎表現(xiàn)主要為近端腎小管功能障礙、腎小管間質(zhì)性疾病[16, 22]。在AKI時(shí)，持續(xù)的線粒體功能障礙誘導(dǎo)持續(xù)細(xì)胞損傷，可導(dǎo)致纖維化和CKD的進(jìn)展[8,23]。

氧化應(yīng)激在CKD的發(fā)展過程中發(fā)揮重要作用，表現(xiàn)為ROS的產(chǎn)生與抗氧化之間的不平衡[24]。線粒體功能障礙導(dǎo)致氧化應(yīng)激[25]。ROS是指化學(xué)性質(zhì)活潑、含有氧功能基團(tuán)的化合物，由于其存在未配對電子而具有很高的化學(xué)反應(yīng)活性。一定水平的ROS對于維持機(jī)體正常的生理功能具有重要意義，而過量的ROS則會對機(jī)體造成損傷。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶是機(jī)體ROS生成的主要酶類，在哺乳動物中，已證實(shí)的NADPH氧化酶有7個亞型，分別是Nox1、Nox2、Nox3、Nox4、Nox5、Duox1 和Duox2。Nox1、Nox2和Nox4 在腎表達(dá)，其中Nox4主要存在于腎小管上皮細(xì)胞，是腎纖維化時(shí)ROS的主要來源[26]。此外，Nox1和Nox2 也能催化產(chǎn)生ROS。ROS可直接或間接促使炎性細(xì)胞浸潤，并誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子和趨化因子的表達(dá)，導(dǎo)致成纖維細(xì)胞的活化和積聚[27]。

1.5G2/M細(xì)胞周期阻滯研究表明，AKI的恢復(fù)以腎小管上皮細(xì)胞的再生為特征[26]。然而,嚴(yán)重的損傷會伴有適應(yīng)不良性修復(fù)，無論其病因(缺血性、腎毒性物質(zhì)或梗阻)如何，均可導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞細(xì)胞周期阻滯于G2/M期，造成向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化和活化，誘導(dǎo)其產(chǎn)生促纖維因子TGF-β1和CTGF，導(dǎo)致腎小管間質(zhì)纖維化[28-29]。

1.6自噬自噬是一種細(xì)胞防御機(jī)制。從功能上講，自噬是通過清除受損的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器來維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的重要機(jī)制[27, 30]。自噬包括5個主要步驟：①隔離膜或噬菌體的形成；②中間自體吞噬泡的形成；③成熟自噬體的封閉；④自噬體與溶酶體融合；⑤自噬體的終止或降解[26]。AKI時(shí)，腎小管細(xì)胞自噬迅速激活。在機(jī)制上，近端腎小管上皮細(xì)胞的自噬可能通過激活腎小管細(xì)胞凋亡、間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤，引起CTGF、TGF-β等促纖維化因子表達(dá)增加，從而促進(jìn)纖維化[31]。

2 腎小管損傷在AKI向CKD轉(zhuǎn)變的信號通路

信號通路指細(xì)胞接受外界信號，通過一整套特定機(jī)制，將細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)為細(xì)胞內(nèi)信號，最終調(diào)節(jié)指定基因的表達(dá)，引起細(xì)胞的應(yīng)答反應(yīng)。在細(xì)胞中各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子相互識別、相互作用，將信號進(jìn)行轉(zhuǎn)化和傳遞，構(gòu)成信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。細(xì)胞去分化、炎性細(xì)胞浸潤、G2/M細(xì)胞周期阻滯、自噬均可激活TGF-β信號通路，而炎性細(xì)胞浸潤、線粒體功能障礙與氧化應(yīng)激可激活Wnt信號通路[9,13,17, 28-29,32]。研究顯示，TGF-β信號通路起主導(dǎo)作用，可以誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，激活Wnt/β-catenin信號通路[33]。

2.1TGF-β信號通路TGF-β信號通路可調(diào)節(jié)多種細(xì)胞功能，包括細(xì)胞增殖、分化、凋亡、各種類型的細(xì)胞黏附、遷移和ECM的產(chǎn)生[34]。在CKD中，TGF-β信號通路被激活，誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生ECM，導(dǎo)致腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化[16, 35]。然而，TGF-β信號在AKI中的作用是矛盾的，可能與其在AKI的不同階段、對于不同類型的細(xì)胞具有多種病理生理功能有關(guān)[36-37]。一些早期研究報(bào)道顯示，AKI時(shí)TGF-β信號短暫激活，可能促進(jìn)損傷的腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生凋亡和成纖維細(xì)胞的增殖[10,36]。與之形成鮮明對比的是，最近的研究表明TGF-β是一種損傷因子，通過抑制TGF-β信號通路可減少腎小管損傷。TGF-β活化早期可能刺激間質(zhì)細(xì)胞增殖，但TGF-β持續(xù)高表達(dá)通過自噬介導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞分解，導(dǎo)致腎小管上皮細(xì)胞變性。因此，AKI后期TGF-β信號的持續(xù)升高具有損傷作用[16]。

哺乳動物的TGF-β有3種亞型，分別為TGF-β1、TGF-β2及TGF-β3，其中TGF-β1是促進(jìn)纖維化的關(guān)鍵細(xì)胞因子[35]。TGF-β1促進(jìn)多種細(xì)胞如腎小管上皮細(xì)胞、毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和腎小球系膜細(xì)胞轉(zhuǎn)化為間充質(zhì)成纖維細(xì)胞，表達(dá)平滑肌肌動蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)，并產(chǎn)生大量ECM成分。大量研究表明，α-SMA的豐度與腎纖維化的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，并預(yù)示著腎功能的下降。TGF-β1抑制腎小管上皮細(xì)胞E-鈣黏蛋白(E-cadherin)的表達(dá)，E-cadherin是一種跨膜糖蛋白，能維持上皮細(xì)胞的極性。E-cadherin表達(dá)的減少是腎小管EMT的早期變化[6]。EMT是發(fā)生腎纖維化的關(guān)鍵步驟和機(jī)制，在腎纖維化過程中約30%的肌成纖維細(xì)胞是通過EMT生成的[36]。

2.2Wnt信號通路Wnt信號也參與了AKI向CKD的轉(zhuǎn)變[38]。小鼠模型實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Wnt配體存在于小鼠胚胎早期，在腎發(fā)生中起重要作用。一旦腎發(fā)育完成，Wnt配體表達(dá)減少，典型的Wnt信號通路受到抑制。然而，在損傷過程中，上皮細(xì)胞和間質(zhì)細(xì)胞均表達(dá)Wnt信號[10, 21, 42]。研究發(fā)現(xiàn)，在沒有其它損傷的情況下，誘導(dǎo)近端腎小管特異性表達(dá)Wnt1足以誘導(dǎo)間質(zhì)纖維化。在體外近端腎小管上皮細(xì)胞可分泌Wnt1配體，在損傷的腎中增加。Wnt1通過激活經(jīng)典Wnt信號通路，促進(jìn)肌成纖維細(xì)胞增殖誘導(dǎo)間質(zhì)纖維化[38]。在AKI中，Wnt信號通路是促使腎小管上皮細(xì)胞增殖和修復(fù)所必需的，而慢性過表達(dá)Wnt可誘導(dǎo)間質(zhì)纖維化和肌成纖維細(xì)胞增殖，可能導(dǎo)致AKI向CKD轉(zhuǎn)變[10]。另一方面，有研究證實(shí)Wnt/β-Catenin信號通路的持續(xù)激活在AKI向CKD進(jìn)展中起決定性作用[39]。Wnt/β-Catenin激活水平與AKI的嚴(yán)重程度相關(guān)，持續(xù)Wnt/β-Catenin激活，加速從AKI到CKD進(jìn)展[40]。

3 結(jié) 語

綜上所述，AKI是全球性的公共衛(wèi)生問題，大量的臨床和實(shí)驗(yàn)研究證實(shí)，AKI可以轉(zhuǎn)變?yōu)镃KD，可將AKI和CKD看作是一個連續(xù)的疾病過程。雖然越來越多的證據(jù)顯示腎小管損傷是AKI向CKD轉(zhuǎn)變重要機(jī)制，但尚有具體的損傷通路仍未完全闡明，故目前尚缺乏AKI向CKD轉(zhuǎn)變有效預(yù)防及治療手段，因此需深入研究腎小管上皮細(xì)胞的損傷途徑，早期采取干預(yù)措施保護(hù)腎小管上皮細(xì)胞，可能阻斷AKI向CKD進(jìn)展，改善AKI預(yù)后。