您所在的位置:首頁(yè) > 腎內(nèi)科醫(yī)學(xué)進(jìn)展 > 急性腎損傷腎小管再生修復(fù)調(diào)控的研究進(jìn)展
急性腎損傷(acute kidney injury,AKI)是一組以腎小球?yàn)V過(guò)率迅速下降為特點(diǎn)的臨床綜合征。常見(jiàn)的病因包括缺血缺氧、藥物中毒、膿毒血癥等。住院患者AKI 發(fā)生率約2%~7%,ICU 內(nèi)發(fā)生率更高(5%~10%),病死率高達(dá)50%以上。
在損傷因素的作用下,腎小管上皮細(xì)胞丟失正常的極性特征并大量壞死或凋亡,引起腎功能短期內(nèi)快速進(jìn)行性的下降。
盡管腎組織自身具有一定的再生修復(fù)能力,然而當(dāng)損傷因素較重、較復(fù)雜或者持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí),腎組織在多種調(diào)控因素的作用下大多只能不完全修復(fù),因而逐漸進(jìn)展為腎纖維化、慢性腎病。
臨床存活的AKI 患者中超過(guò)半數(shù)遺留不同程度的慢性腎臟病。近年來(lái),有關(guān)AKI 后腎小管再生修復(fù)機(jī)制和診治的研究不斷增多,如何促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞再生、延緩慢性化日益受到重視和關(guān)注,我們就其中的熱點(diǎn)問(wèn)題綜述如下。
一、AKI后腎小管再生修復(fù)細(xì)胞的主要來(lái)源
AKI后受損的腎小管可以再生修復(fù),但是參與修復(fù)的細(xì)胞究竟來(lái)源何處尚存爭(zhēng)議。一系列研究結(jié)果提示腎組織內(nèi)可能存在一定數(shù)量具有分化潛能的腎臟特異性的干細(xì)胞,可遷移至損傷部位分化為腎小管上皮細(xì)胞,恢復(fù)腎小管的形態(tài)和功能。
Oliver等認(rèn)為腎**可能是腎臟的干細(xì)胞巢。他們往出生3 天的大鼠幼崽體內(nèi)注射溴脫氧尿嘧啶核苷(BrdU)并追蹤其表達(dá),兩個(gè)月后在腎**的間質(zhì)中定位了許多BrdU染色陽(yáng)性的標(biāo)記保留細(xì)胞。將這些細(xì)胞分離并原代培養(yǎng)可表達(dá)上皮標(biāo)志蛋白ZO-1。
Maeshima等的研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)誘導(dǎo)大鼠缺血再灌注(I/R)AKI 后,這些BrdU 陽(yáng)性的細(xì)胞迅速進(jìn)入分裂周期并最終分化為上皮細(xì)胞,可能是參與小管修復(fù)細(xì)胞的重要來(lái)源。隨后,其他研究人員先后在成人腎組織內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一些具有自我**及多向分化潛能的CD133+ PAX?2+ 、CD24+ CD133+PDX?干細(xì)胞。
體外擴(kuò)增這些細(xì)胞并注入AKI SCID 小鼠可顯著減輕模型動(dòng)物的組織損傷。近期的研究結(jié)果提示,AKI后參與腎小管上皮再生修復(fù)的細(xì)胞更可能來(lái)源于近端小管本身。
Humphreys等應(yīng)用遺傳譜系分析技術(shù)構(gòu)建轉(zhuǎn)基因小鼠,用β-半乳糖苷酶(lacZ)和紅色熒光蛋白標(biāo)記小管上皮細(xì)胞,誘導(dǎo)I/R AKI模型后發(fā)現(xiàn),50.5%髓質(zhì)外帶上皮細(xì)胞同時(shí)表達(dá)Ki67 和RFP;同樣方法標(biāo)記間質(zhì)細(xì)胞,小管上皮細(xì)胞表達(dá)lacZ 無(wú)明顯增加,提示殘存小管上皮細(xì)胞增殖是腎小管上皮再生修復(fù)的主要群體。
之后,他們進(jìn)一步使用DNA 類似物譜系分析的方法向小鼠體內(nèi)注射CIdU和IdU標(biāo)記不同的DNA 合成周期,以期發(fā)現(xiàn)腎內(nèi)可能存在的干細(xì)胞。
結(jié)果顯示誘導(dǎo)I/R AKI 模型后,皮質(zhì)和髓質(zhì)外帶分裂的細(xì)胞主要由受損傷和去分化的上皮細(xì)胞組成,而且這種增殖是隨機(jī)地自我**而并非少數(shù)干細(xì)胞選擇性活化的產(chǎn)物。盡管他們?cè)谀I**部也定位到了一些具有干細(xì)胞特性的CIdU 和IdU 雙陽(yáng)性細(xì)胞,但這些細(xì)胞并不參與AKI后近端小管上皮的修復(fù)。
二、骨髓干細(xì)胞在AKI修復(fù)中的作用
2003 年Lin 等將lacZ 標(biāo)記的雄性小鼠造血干細(xì)胞(HSC)移植入雌鼠體內(nèi)并誘導(dǎo)I/R AKI 模型。4 周后在雌鼠腎小管檢測(cè)到lacZ 陽(yáng)性細(xì)胞,原位雜交進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)腎小管細(xì)胞內(nèi)存在Y染色體,因而提出干細(xì)胞可用于AKI治療的細(xì)胞替代理論。
在此同時(shí),Kale 等發(fā)現(xiàn)I/R AKI 模型小鼠腎小管損傷區(qū)域存在骨髓來(lái)源的Lin- Sca-1+細(xì)胞,并可分化為腎小管上皮細(xì)胞替代先前壞死的小管;去除小鼠骨髓后同樣誘導(dǎo)I/R模型動(dòng)物的腎損傷程度加重,而如果將骨髓干細(xì)胞輸回小鼠體內(nèi)則可逆轉(zhuǎn)這種效應(yīng);進(jìn)一步提示了干細(xì)胞在AKI 小管再生修復(fù)中的治療價(jià)值。
2004 年,Morigi 等將2×105 個(gè)從雄性小鼠骨髓中分離出來(lái)的間充質(zhì)干細(xì)胞(MSC)靜脈輸入順鉑誘導(dǎo)的AKI 雌鼠體內(nèi)后發(fā)現(xiàn),與對(duì)照組相比,模型組小鼠尿素氮水平顯著降低,腎小管損傷程度減輕,Ki67陽(yáng)性細(xì)胞顯著增多。
而且循環(huán)內(nèi)的MSC 進(jìn)入腎臟,原位雜交顯示MSC 治療的AKI小鼠近、遠(yuǎn)端小管均檢測(cè)到Y(jié)染色體陽(yáng)性細(xì)胞并有正常小管上皮標(biāo)志蛋白表達(dá),提示MSC 可分化腎小管上皮細(xì)胞參與AKI 再生修復(fù)過(guò)程。此后,有關(guān)HSC 或MSC 促進(jìn)AKI 損傷后修復(fù)的研究屢見(jiàn)不鮮。
Yuan 等將過(guò)表達(dá)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)的人胚胎MSC與TCMK-1腎小管上皮細(xì)胞共培養(yǎng),通過(guò)促有絲分裂和抗凋亡途徑顯著減少順鉑引起的損傷;將這些細(xì)胞導(dǎo)入順鉑誘導(dǎo)的AKI裸鼠模型可促進(jìn)細(xì)胞增生,減少細(xì)胞凋亡,增加小管周圍毛細(xì)血管密度,增強(qiáng)MSC對(duì)AKI的治療作用。
然而,隨后有學(xué)者在骨髓移植后小鼠給予葉酸誘導(dǎo)腎損傷的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),移植受者小鼠體內(nèi)并未檢測(cè)到來(lái)源于供體骨髓細(xì)胞的腎小管細(xì)胞,這些移植的細(xì)胞分化成為多種間質(zhì)細(xì)胞,許多形似白細(xì)胞,表達(dá)淋巴細(xì)胞抗原CD45。
但他們?cè)隗w外進(jìn)行的細(xì)胞實(shí)驗(yàn)卻獲得了與既往報(bào)道相似的結(jié)果。有學(xué)者應(yīng)用遺傳譜系分析的方法證實(shí)骨髓來(lái)源的干細(xì)胞雖具有腎保護(hù)作用,但其本身并不是參與AKI 損傷后組織結(jié)構(gòu)修復(fù)的主體。
T?gel 等通過(guò)頸內(nèi)動(dòng)脈向大鼠體內(nèi)多次注射106個(gè)MSC可顯著改善I/R腎功能,減輕組織損傷,但除了注射當(dāng)時(shí)在腎小球及毛細(xì)血管內(nèi)檢測(cè)到有熒光標(biāo)記的MSC 細(xì)胞外,未檢測(cè)到MSC分化為任何類型的小管或內(nèi)皮細(xì)胞。
以上結(jié)果提示干細(xì)胞在AKI 的保護(hù)作用也可能通過(guò)一些復(fù)雜的旁分泌途徑來(lái)實(shí)現(xiàn)。有研究報(bào)道將MSC 與順鉑處理的近端小管上皮細(xì)胞(PTEC)共培養(yǎng)后可檢測(cè)到**1(IGF-1)mRNA 及蛋白表達(dá)顯著升高;通過(guò)小干擾RNA 下調(diào)MSC細(xì)胞IGF-1表達(dá)則顯著減少PTEC增殖,增加細(xì)胞凋亡;將這些MSC 細(xì)胞靜脈注入順鉑誘導(dǎo)AKI 小鼠體內(nèi)可限制MSC對(duì)腎功能和小管結(jié)構(gòu)的保護(hù)效應(yīng),提示IGF?1可能參與調(diào)控MSC 的腎保護(hù)作用。
隨后的研究發(fā)現(xiàn),MSC 分泌的微泡可能是其腎保護(hù)作用的關(guān)鍵分子。這些微泡富含大量與間質(zhì)表型、轉(zhuǎn)錄、增殖以及免疫調(diào)節(jié)有關(guān)的mRNA;其中可能的機(jī)制之一是通過(guò)微小RNA miR-126和miR-296 使靜息狀態(tài)的腎細(xì)胞發(fā)生重編程,進(jìn)入增殖狀態(tài),參與腎組織再生修復(fù)。
三、AKI再生修復(fù)的其他調(diào)控
部分AKI 在損傷后可完全恢復(fù)正常的腎臟結(jié)構(gòu)和功能。然而,在臨床上超過(guò)半數(shù)存活的AKI 患者均遺留不同程度的慢性腎損害,一部分患者需終生接受透析治療。
AKI 損傷后腎組織的不完全修復(fù)是AKI 向CKD 轉(zhuǎn)化的主要原因。研究發(fā)現(xiàn)特異靶向作用于腎小管上皮細(xì)胞的損傷可造成組織的纖維化。
Grigic等利用特異表達(dá)于實(shí)質(zhì)來(lái)源腎上皮細(xì)胞的啟動(dòng)子Six2 在小鼠腎PTEC 特異表達(dá)白喉毒素(DT)受體,隨后給予DT 可高選擇性地造成PTEC 損傷,尤其是位于球管連接部位以及S1 和S2 段的細(xì)胞。
先后3 次分別給予DT,每次間隔1 周。結(jié)果發(fā)現(xiàn)小鼠雙腎可見(jiàn)顯著纖維化、間質(zhì)毛細(xì)血管丟失和腎小球硬化。除了腎小管上皮細(xì)胞外,多種細(xì)胞因子、生長(zhǎng)因子和免疫細(xì)胞、細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白以及多條信號(hào)通路等也與AKI的修復(fù)以及慢性化的調(diào)控相關(guān)。
過(guò)去認(rèn)為免疫細(xì)胞是參與炎性反應(yīng)損傷以及纖維化形成的重要成員,但近年來(lái)研究提示其中的某些特定類型的細(xì)胞參與了AKI 的修復(fù)再生過(guò)程。I/R AKI 的腎內(nèi)CD11c(+)F4/80(+)樹(shù)突狀細(xì)胞顯著增多。
去除這些細(xì)胞后,腎損傷持續(xù)時(shí)間延長(zhǎng)、細(xì)胞凋亡增多、炎性反應(yīng)增強(qiáng)、小管細(xì)胞增生不良,而回輸CD11c(+)細(xì)胞可部分逆轉(zhuǎn)受損的腎組織修復(fù)。TCRβ(+)CD4(+)CD25(+)Foxp3(+)調(diào)節(jié)T 淋巴細(xì)胞(Treg)可減少其他T 細(xì)胞亞型分泌促炎性細(xì)胞因子促進(jìn)AKI 的修復(fù)過(guò)程。
利用基因工程手段對(duì)巨噬細(xì)胞進(jìn)行改造,使其過(guò)表達(dá)抗炎因子IL-10可增強(qiáng)腎保護(hù)蛋白脂質(zhì)運(yùn)載蛋白2(lipocalin 2,Lcn2)表達(dá),降低TNFα、IL-1β等促炎因子水平,促進(jìn)腎組織再生,改善I/RAKI大鼠腎功能。
在AKI 患者體內(nèi)以及甘露醇誘導(dǎo)AKI 小鼠修復(fù)期均可檢測(cè)到巨噬細(xì)胞**蛋白(MSP)釋放增加,可結(jié)合腎小管細(xì)胞RON 受體,促進(jìn)細(xì)胞增殖;MSP 在體外可拮抗caspase和Fas的作用,抵抗順鉑誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡。
除了對(duì)I/R有效之外,軟骨低聚物基質(zhì)蛋白血管生成素1(cartilageoligomeric matrix protein? angiopoietin-1,COMP-Ang1)可減輕LPS誘導(dǎo)膿毒血癥AKI血管內(nèi)皮損傷,減輕內(nèi)毒素血癥引起的炎細(xì)胞浸潤(rùn)、氧化應(yīng)激反應(yīng)以及血管通透性增加等反應(yīng),穩(wěn)定平均動(dòng)脈壓,改善腎臟血流灌注。
向I/RAKI 小鼠體內(nèi)注射集落**因子1(colony- stimulatingfactor, CSF-1)可促進(jìn)腎組織愈合。腎小管損傷程度和纖維化程度減輕,腎功能顯著改善。除了直接作用以外,CSF-1可以促進(jìn)巨噬細(xì)胞和樹(shù)突狀細(xì)胞增生,促進(jìn)巨噬細(xì)胞其向M2促愈合表型極化。
有關(guān)生長(zhǎng)因子在AKI保護(hù)作用的研究并不少見(jiàn),包括肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(HGF)、表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、IGF 等。近來(lái)也有關(guān)于VEGF 以及成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子等促進(jìn)AKI再生修復(fù)的報(bào)道。
然而,生長(zhǎng)因子作用的靶點(diǎn)并不單一,而腎組織細(xì)胞構(gòu)成復(fù)雜,提高其作用的靶向性對(duì)腎小管修復(fù)可能更具有治療意義。
Ma等發(fā)現(xiàn)特異性敲除小鼠**管HGF 受體可促進(jìn)單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)AKI 小鼠間質(zhì)纖維化形成、腎小管壞死以及間質(zhì)炎細(xì)胞浸潤(rùn);解除梗阻后小管再生能力減弱。信號(hào)通路在AKI 再生修復(fù)及慢性化的調(diào)控方面可能是多通路形成的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)。
近年研究報(bào)道可能參與的信號(hào)通路包括:EGF受體(EGFR)、Notch、mTOR、Wnt、TGFβ/BMP通路等。EGFR 途徑可促進(jìn)AKI 損傷后的腎小管修復(fù),參與調(diào)控腎小管上皮細(xì)胞損傷后的去分化和再分化;特異性敲除PTEC 上的EGFR 可延緩I/R AKI小鼠PTEC進(jìn)入修復(fù)期。
Kobayashi等在I/R AKI大鼠受損腎近端小管發(fā)現(xiàn)Notch 通路分子Delta-1、Hes-1 及剪切Notch-2 表達(dá)升高;體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn),Delta-1 可顯著**NRK-52E 細(xì)胞增殖,提示Notch 通路參與了AKI 的腎小管再生。
mTOR 抑制劑雷帕霉素可抑制S6 蛋白激酶活化顯著減少I(mǎi)/R 大鼠腎小管細(xì)胞增殖,增加凋亡,延緩腎功能恢復(fù)。Wnt 通路與AKI 再生修復(fù)也直接相關(guān)。特異性敲除腎小管上皮β-連環(huán)素可顯著加重I/R 和葉酸導(dǎo)致AKI 小鼠腎損傷;而在PTEC 細(xì)胞特異性敲除其下游抑制性GSK3β可改善***急性毒性腎損傷小鼠的腎功能,改善存活,促進(jìn)組織修復(fù)。
特異性激活腎小管上皮TGFβ信號(hào)可顯著增加小管細(xì)胞凋亡/壞死,加重氧化應(yīng)激,促進(jìn)間質(zhì)炎細(xì)胞浸潤(rùn),促腎功能惡化。而在I/R、UUO等多種AKI小鼠模型發(fā)現(xiàn)TGFβ超家族另一重要成員BMP受體活化素樣激酶3(activin?like kinase 3, Alk3)在腎損傷后表達(dá)升高;在小管上皮敲除其表達(dá)可增強(qiáng)Smad3 表達(dá),促進(jìn)上皮損傷和纖維化。
另有研究發(fā)現(xiàn)敲除腎臟高表達(dá)拮抗BMP 作用的子宮增敏相關(guān)基因1(USAG?1)可增加I/R 小鼠對(duì)腎損傷的耐受性。我們既往的研究發(fā)現(xiàn)上調(diào)LLC?PK1 細(xì)胞p18 表達(dá)可減少順鉑引起的細(xì)胞凋亡,p18基因敲除小鼠給予順鉑誘導(dǎo)AKI腎組織損傷較野生型顯著加重。
Yang等在I/R、毒物以及梗阻性等多種小鼠AKI 模型中發(fā)現(xiàn):腎小管上皮細(xì)胞G2/M 期停滯是觸發(fā)纖維化形成的關(guān)鍵點(diǎn)之一。PTEC 的G2/M 期停滯可激活JNK 信號(hào)通路,上調(diào)TGFβ1、CTGF 等促纖維化細(xì)胞因子的mRNA 及蛋白表達(dá)。
給予JNK 抑制劑阻斷JNK 通路給予p53 抑制劑或移除對(duì)側(cè)腎臟繞開(kāi)G2/M期停滯可逆轉(zhuǎn)I/R AKI的纖維化形成。
四、結(jié)語(yǔ)
AKI的再生修復(fù)與預(yù)后密切相關(guān),其過(guò)程受多種因素調(diào)控,是它們相互影響、共同作用的結(jié)果。如何促進(jìn)腎組織修復(fù),同時(shí)減少纖維化形成、延緩慢性化進(jìn)程對(duì)AKI 的治療具有重要意義。隨著機(jī)制研究的逐漸完善和不斷深入,以及腎臟靶向治療技術(shù)的不斷成熟,有望為改善臨床AKI患者的預(yù)后開(kāi)辟新的治療思路和途徑。
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