李玉琴綜述，游金輝審校

0 引 言

近年來慢性腎病(chronic kidney disease，CKD)的全球發(fā)病率和死亡率均有明顯提升，已經(jīng)成為威脅人類生命健康的全球性公共衛(wèi)生問題[1-2]。2012年國內(nèi)首個(gè)橫斷面流行病學(xué)調(diào)查顯示我國CKD的患病率高達(dá)10.8%，成為全球CKD高發(fā)國家之一[3]；2015 年我國因CKD住院的人數(shù)占全國總住院人數(shù)的 4.8%[4]。腎纖維化是CKD進(jìn)展成為終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)的最終共同途徑，由不同媒介物通過多種機(jī)制和通路介導(dǎo)，包括生長因子，細(xì)胞因子，代謝毒素、脂質(zhì)紊亂和應(yīng)激分子等[5-7]。研究證實(shí)轉(zhuǎn)化生長因子β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)是介導(dǎo)腎進(jìn)行性纖維化并最終發(fā)生、發(fā)展成為ESRD的中樞介質(zhì)，在CKD中起著致病作用[8-10]。有研究表明TGF-β1可以作為治療靶點(diǎn)以預(yù)防腎纖維化的發(fā)生和進(jìn)展，但TGF-β1除了誘導(dǎo)組織纖維化外還調(diào)節(jié)許多生物反應(yīng)，包括細(xì)胞增殖、凋亡、分化、自噬和免疫反應(yīng)等，尤其是TGF-β1作為免疫應(yīng)答的負(fù)調(diào)節(jié)因子的中心作用致使在CKD的臨床治療靶點(diǎn)研究中進(jìn)展非常緩慢和謹(jǐn)慎[11-12]。本文就近年來TGF-β/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路在CKD腎纖維化發(fā)病機(jī)制中 的調(diào)控以及抗腎纖維化靶向治療方面的研究進(jìn)展作簡要綜述，以期提高CKD的診治效率。

1 TGF-β及其在腎纖維化中的調(diào)控

1.1 TGF-β的生物學(xué)特性TGF-β家族蛋白是一種在結(jié)構(gòu)及功能上相互關(guān)聯(lián)的多功能介質(zhì)，廣泛參與調(diào)節(jié)多種生物學(xué)過程，包括細(xì)胞增殖、分化、自噬、黏附、遷移及凋亡等[12]。TGF-β家族主要包括TGF-βs，激活素/抑制素，生長因子，分化因子，骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMPs)和繆勒氏管抑制素(mullerian inhibitor substance，MIS)等[13]。TGF-βs在哺乳動(dòng)物主要有3種同工型，包括TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，三者在氨基酸水平上有70%～82%的同源性。其中TGF-β1所占比例最高，主要在內(nèi)皮、造血和結(jié)締組織細(xì)胞中表達(dá)，在腎表達(dá)最多，能夠被腎各種固有細(xì)胞合成[10, 12]。生理?xiàng)l件下，TGF-β1在腎纖維化和炎癥中起保護(hù)作用[9]；病理?xiàng)l件下，TGF-β1的過量釋放導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)的異常沉積，或誘導(dǎo)足細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞的凋亡并逐漸取代正常組織，最終造成組織器官功能障礙。

1.2TGF-β1在腎纖維化中的作用TGF-β1是腎纖維化的主要驅(qū)動(dòng)因素，是一種動(dòng)態(tài)的病理過程，涉及腎小管細(xì)胞損傷或細(xì)胞凋亡，炎細(xì)胞浸潤，腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞活化和過量的ECM沉積導(dǎo)致腎功能受損，最終進(jìn)展成為ESRD[14]。研究表明TGF-β1的上調(diào)會(huì)降低ECM降解蛋白酶活性并上調(diào)蛋白酶抑制因子進(jìn)而導(dǎo)致過量的ECM產(chǎn)生；使用核心蛋白聚糖、TGF-β1中和抗體、反義寡核苷酸、TGF-β1抑制因子或使其受體基因表達(dá)缺失，可以減緩腎纖維化[10, 13, 15]。TGF-β1可通過對(duì)各種細(xì)胞類型的直接或間接作用促進(jìn)腎纖維化，主要包括以下幾種病理機(jī)制：①最為廣泛的機(jī)制是TGF-β1對(duì)腎中成纖維細(xì)胞型細(xì)胞(即系膜細(xì)胞和成纖維細(xì)胞)的直接作用，誘導(dǎo)其增殖、遷移、激活以及包括膠原蛋白、纖連蛋白和纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1)等纖維化分子的轉(zhuǎn)錄[10]；②TGF-β1通過Smad3依賴或非依賴機(jī)制直接誘導(dǎo)ECM的產(chǎn)生；③TGF-β1通過間接機(jī)制誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞和足細(xì)胞的凋亡，并可以促進(jìn)腎小球和腎纖維化[16]；④TGF-β1是間充質(zhì)基因表達(dá)程序的有效誘導(dǎo)劑，誘導(dǎo)上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞、周細(xì)胞等腎固有細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞。

1.3Samd家族蛋白在腎纖維化中的調(diào)控Samd家族蛋白是TGF-β1最關(guān)鍵的下游調(diào)節(jié)因子，不同的 Smads(如Smad2、Smad3 和 Smad4)在調(diào)節(jié)纖維化時(shí)卻具有獨(dú)特甚至相反的作用。Samds蛋白在纖維化調(diào)節(jié)中的作用極其復(fù)雜，具有競爭性的促纖維化和抗纖維化作用，以及與其它信號(hào)通路之間的相互作用。 Samd蛋白根據(jù)其結(jié)構(gòu)和功能不同分為3類，即受體激活型Samd蛋白(R-Smads，包括Samd1、Samd2、Samd3、Samd5、Samd8)、共同通路型Samd蛋白(Co-Smads，包括Samd4)和抑制型Samd蛋白(I-Smads，包括Samd6、Samd7)。受體激活型和共同通路型Samd蛋白是正向調(diào)控分子，抑制型Samd蛋白是負(fù)向調(diào)控分子。

2 腎纖維化中Smads家族蛋白的作用

2.1 Smad2和Smad3在腎纖維化中的調(diào)控研究證實(shí)Smad2、Smad3是TGF-β1發(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的兩個(gè)主要介質(zhì)，Smad3發(fā)揮促纖維化作用，Smad2發(fā)揮腎保護(hù)作用[9, 13, 17]。在人類和不同病因的動(dòng)物模型CKD中Smad2和Smad3均被強(qiáng)烈激活，包括原發(fā)性高血壓腎病、殘余腎病、梗阻性腎病，糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)、藥物相關(guān)性腎損害、慢性腎移植損傷等[18-20]。有研究表明通過下調(diào)TGF-β1表達(dá)、抑制Smad2/3磷酸化和上調(diào)Smad7表達(dá)等方法可降低免疫復(fù)合物沉積，恢復(fù)足細(xì)胞損傷，并防止腎小管-間質(zhì)纖維化。Smad2的條件性缺失可降低Smad3、TGF-β1和肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志物表達(dá)水平，顯著減輕DN小鼠的腎纖維化及腎小管上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transition，EMT)[20]。但另有研究報(bào)道，Smad2條件性缺失可通過促進(jìn)TGF-β1/Smad3信號(hào)傳導(dǎo)和增強(qiáng)TGF-β1的自身誘導(dǎo)而促進(jìn)腎纖維化[21]。

2.2Smad4在調(diào)節(jié)腎纖維化中的調(diào)控Smad4是TGF-β和骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)信號(hào)通路的共同組成部分，分別促進(jìn)Smad2/3和Smad1/5/8復(fù)合物對(duì)TGF-β和BMP的反應(yīng)[22]。Smad4是將R-Smads和BMP-Smads穿梭至細(xì)胞核并調(diào)節(jié)TGF-β誘導(dǎo)膠原蛋白1α1(collagen type 1 α 1，Col1α1)表達(dá)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，但Smad4調(diào)節(jié)Smad3活性可能以啟動(dòng)其靶基因表達(dá)的轉(zhuǎn)錄更重要，而不是核穿梭。一些研究表明[23-25]，Smad3結(jié)合位點(diǎn)位于Col1α2、Col2α1、Col3α1、Col5α1、Col6α1、Col6α3和TIMP-1的啟動(dòng)子區(qū)域，Smad4的破壞可以阻斷Smad3與膠原蛋白啟動(dòng)子的結(jié)合，從而抑制腎纖維化進(jìn)程；但是，Smad4破壞導(dǎo)致Smad7表達(dá)喪失并抑制Smad7啟動(dòng)子活性，進(jìn)而加速核因子-κB(nuclear factor κB，NF-κB)介導(dǎo)的腎炎癥[23-25]?？傊琒mad4是TGF-β1介導(dǎo)腎纖維化和炎癥的關(guān)鍵介質(zhì)，通過與Smad3和Smad7相互作用調(diào)節(jié)兩者在腎炎癥和纖維化中的轉(zhuǎn)錄活性，因此Smad4不能成為CKD 的治療靶標(biāo)。

2.3Smad7在調(diào)節(jié)腎纖維化中的調(diào)控Smad7是 TGF-β/Smad 信號(hào)傳導(dǎo)通路的負(fù)反饋抑制劑，通過抑制Smad2/Smad3磷酸化和促進(jìn)活化的I型受體降解來阻斷TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)[26]。有研究表明，Smad7通過基于質(zhì)粒的基因轉(zhuǎn)移過度表達(dá)可以抑制腎纖維化并減少NF-κB驅(qū)動(dòng)的炎癥[9]。在高血壓腎病動(dòng)物模型中，Smad7過表達(dá)通過抑制血管緊張素II(angiotensin II，Ang II)誘導(dǎo)的TGF-β/ Smad3和NF-κB途徑以及靶向Smad3依賴性microRNA-21，可抑制腎纖維化和炎癥反應(yīng)，進(jìn)而改善預(yù)后[18]。由此可推斷出，通過下調(diào)Smad3活性同時(shí)上調(diào)Smad7活性來恢復(fù)二者之間的平衡，可能是治療CKD腎纖維化的一個(gè)有效策略。

3 TGF-β/Smads信號(hào)通路依賴性微小核糖核酸(miRNAs)及長鏈非編碼核糖核酸(IncRNAs)在腎纖維化中的調(diào)控

近年來，有研究表明miRNAs及IncRNAs在腎纖維化的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用，TGF-β1通過上調(diào)miRNA-21、192、377、382和491-5，下調(diào)miRNA-455-3p、29、378和let-7可以促進(jìn)腎纖維化[27-30]。有研究顯示與健康供體腎活檢組織相比，CKD患者腎組織中有116種miRNAs通常失調(diào)，其中包括40種上調(diào)和76種下調(diào)；此外，該研究也顯示上調(diào)hsa-miR-3607-3p和下調(diào)hsa-miR-4709-3p可能代表抗腎纖維化的有希望的治療靶點(diǎn)[31]。另一項(xiàng)研究顯示miR-133b和miR-199b在DN大鼠腎皮質(zhì)和TGF-β1處理的人近端小管細(xì)胞中高度表達(dá)；此外，SIRT1被鑒定為HK-2細(xì)胞中miR-133b和miR-199b的靶標(biāo)，通過上調(diào)SIRT1可抑制miR-133b和miR-199b表達(dá)水平進(jìn)而減弱TGF-β1誘導(dǎo)的EMT和腎纖維化[32]。有證據(jù)表明，IncRNAs通過直接致病作用或作為某些腎病通路的間接介質(zhì)，如TGF-β1、NF-κB、STAT3和GSK-3β等信號(hào)傳導(dǎo)，參與DN的發(fā)生和發(fā)展[30]。不同的IncRNAs可以通過相同的信號(hào)傳導(dǎo)機(jī)制發(fā)揮類似的細(xì)胞效應(yīng)。例如，PVT1、TUG1、RP23、MGC和ASncmtRNA 2通過靶向調(diào)節(jié)TGF-β1通路而促進(jìn)DN中的ECM過量沉積[30]。總之，TGF-β/Smads信號(hào)通路介導(dǎo)的miRNAs、IncRNAs在腎纖維化的調(diào)控機(jī)制可能是一種有前途的治療CKD的研究方向。

4 TGF-β/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路靶向治療腎纖維化的潛在策略

4.1 阻斷TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)鑒于TGF-β1在腎纖維化中的中樞作用，將抗TGF-β1作為治療靶點(diǎn)正被廣泛探討。阻斷TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)策略包括TGF-β1中和抗體，反義寡脫氧核苷酸，可溶性人TβRII和TGF-β受體特異性抑制劑(GW788388和IN-1130)等，可預(yù)防腎疾病模型中的腎纖維化[33- 34]。曹望森[35]研究報(bào)道，在腎小管細(xì)胞中TGF-β能夠抑制Klotho蛋白表達(dá)，使用TGF-β 受體抑制劑能緩解單側(cè)輸尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)導(dǎo)致的Klotho表達(dá)水平下調(diào)、Klotho 啟動(dòng)子超甲基化和DNMT1/DNMT3a異常表達(dá)，從而抑制腎纖維化。Choi等[36]研究發(fā)現(xiàn)過氧化物酶體增殖物激活受體γ共激活物-1α (peroxisome proliferator-activated receptor coactivator 1α，PGC-1α)可通過上調(diào)let-7b/c同時(shí)下調(diào)TGF-β RI抑制TGF-β/Smad信號(hào)通路激活，使其成為治療CKD有吸引力的靶標(biāo)。長非編碼核糖核酸(TGF-β/Smad3-interacting long noncoding RNA，lnc-TSI)通過與Smad3的MH2結(jié)構(gòu)域結(jié)合，特異性抑制TGF-β誘導(dǎo)的Smad3磷酸化和下游纖維化基因表達(dá)，將人lnc-TSI導(dǎo)入到UUO小鼠模型中，可抑制腎組織中Smad3的磷酸化并減輕腎纖維化[37]。乙?；?11-酮基-β-乳香酸在UUO小鼠模型中以劑量依賴的方式顯著下調(diào)TGFβ-RI，TGFβ-RII，磷酸化的Smad2/3(p-Smad2/3)和Smad4的表達(dá)，同時(shí)上調(diào)Klotho和Smad7表達(dá)，可以顯著抑制腎纖維化[38]。然而，由于廣泛抑制TGF-β信號(hào)使其喪失了抗炎和抗腫瘤的能力，致使TGF-β1靶向治療失敗。例如，Voelker等[39]的隨機(jī)雙盲II期臨床研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β1特異性人源化中和單克隆抗體未能阻止DN的進(jìn)展。

4.2選擇性抑制Smad信號(hào)傳導(dǎo)抑制TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)通路的下游靶點(diǎn)已成為研究熱點(diǎn)，如Smad2、Smad3、Smad 4、Smad7和Smad依賴的microRNAs等，可作為預(yù)防和治療腎纖維化的潛在策略。有研究表明Smad7可與Smad2、Smad3競爭結(jié)合TGF-β RI或Samd4，抑制Smad2/3磷酸化和向細(xì)胞核內(nèi)轉(zhuǎn)移，負(fù)向調(diào)節(jié)TGF-β/Smad信號(hào)傳導(dǎo)通路，抑制不同腎疾病模型中的腎炎癥和纖維化[9, 13]。Smad3磷?；倪x擇性抑制劑可通過抑制α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(alpha-smooth muscle actin，α-SMA)、肌成纖維細(xì)胞積聚和ECM沉積，顯著抑制DN和UUO進(jìn)行性腎纖維化，提示靶向治療Smad3可能是一種特異性的有效的腎纖維化治療方法[17]。

4.3天然產(chǎn)物對(duì)Smads信號(hào)傳導(dǎo)的特異性抑制有研究顯示有些天然產(chǎn)物可以延緩腎纖維化的發(fā)生、發(fā)展，有望成為抗腎纖維化治療藥物。Zhang等[40]研究發(fā)現(xiàn)，在腺嘌呤喂養(yǎng)誘發(fā)的CKD小鼠模型中，大黃酸能劑量依賴性地增加Klotho啟動(dòng)子的基礎(chǔ)活性并抑制TGF-β介導(dǎo)的Klotho啟動(dòng)子沉默，還能顯著逆轉(zhuǎn)E-鈣粘蛋白、a-SMA、β-連環(huán)蛋白和p-Smad3的異常表達(dá)，提示大黃酸在病理?xiàng)l件下能夠有效抑制Klotho丟失從而發(fā)揮抗腎纖維化作用。鄭小鵬等[41]研究報(bào)道，黃芪苷通過下調(diào)TGF-β1的表達(dá)從而抑制a-SMA的表達(dá)，可改善腎纖維化和延緩DN的進(jìn)展。在UUO小鼠模型中，茶藨子可下調(diào)TGF-β1、α-SMA、p-Smad2/3、p-ERK1/2、p-p38和p-JNK表達(dá)，上調(diào)Smad7表達(dá)，提示茶藨子可通過TGF-β/Smad和MAPK途徑改善腎纖維化[42]。靈芝的新型小分子類萜類化合物A(petA)可通過抑制Smad3和NF-κBp 65磷酸化，減少巨噬細(xì)胞的浸潤、抑制促炎細(xì)胞因子(IL-1β和TNF-α)的表達(dá)和減少ECM沉積(α-SMA和Col)來預(yù)防腎炎癥和纖維化[43]。另有研究報(bào)道，內(nèi)源性白細(xì)胞介素-15(endogenous interleukin-15，IL-15)與TGF-β1水平的失衡可使腎更容易發(fā)生EMT，IL-15可能是人類腎中TGF-β的天然抑制劑，能夠保證上皮內(nèi)穩(wěn)態(tài)和預(yù)防EMT。此外，外源性IL-15治療可能對(duì)某些人類腎病如DN有益[19]。

5 問題與展望

慢性腎病腎纖維化目前尚無特效治療方法，TGF-β1/Smads信號(hào)通路調(diào)控及抗腎纖維化治療策略已經(jīng)得到各界廣泛關(guān)注。TGF-β1是腎纖維化進(jìn)程中的關(guān)鍵因子，完全阻斷TGF-β1不足以緩解病情并且可能通過加劇腎炎癥而使疾病惡化。為了避免TGF-β1信號(hào)通路完全阻滯而引起的副作用，其下游靶點(diǎn)如smad3、Smad7、smad依賴性miRNAs及IncRNAs和天然產(chǎn)物作為抗腎纖維化靶點(diǎn)治療劑已成為研究熱點(diǎn)，但目前大量研究僅局限于基礎(chǔ)試驗(yàn)和動(dòng)物模型，真正應(yīng)用于臨床仍有較遠(yuǎn)距離。隨著TGF-β1/Smads信號(hào)通路在腎纖維化的發(fā)病機(jī)制研究的深入，將會(huì)為CKD抗腎纖維化治療提供新的策略與思路。