腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化類型及其在腎臟疾病進(jìn)展中的作用*

王 軒，袁偉杰

(上海交通大學(xué)附屬第一人民醫(yī)院腎內(nèi)科，上海 200080)

腎小管上皮細(xì)胞作為腎臟固有成分之一，其形態(tài)和功能的正常對(duì)于維持腎臟正常的結(jié)構(gòu)和功能起著十分重要的作用。腎小管上皮細(xì)胞在機(jī)體正常發(fā)育過(guò)程中以及各種生理病理?xiàng)l件下，可出現(xiàn)轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象，即細(xì)胞從表形到功能均發(fā)生改變。腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化參與了多種腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展，本文旨在闡述腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象及其在多種腎臟疾病中作用的研究進(jìn)展。

1 腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化

轉(zhuǎn)分化是細(xì)胞分化發(fā)育過(guò)程中可逆的、有序的、受高度調(diào)控的一種生物學(xué)現(xiàn)象，常見于終末分化細(xì)胞在特定的病理生理因素刺激下，形態(tài)、表型、功能等發(fā)生變化，而轉(zhuǎn)變成其它類型的組織細(xì)胞[1]。轉(zhuǎn)分化可發(fā)生于同一胚層不同類型的細(xì)胞，如上皮－間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，也可出現(xiàn)于跨胚層的其它細(xì)胞系，如上皮－免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)分化[2]。

1.1 腎小管上皮細(xì)胞－間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化 上皮－間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化通常表現(xiàn)為細(xì)胞抗凋亡及遷移能力增強(qiáng)，且可大量分泌細(xì)胞外基質(zhì)，參與炎癥損傷修復(fù)及器官的纖維化[1]。早期研究發(fā)現(xiàn)腎小管上皮細(xì)胞可以向成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化并表達(dá)其標(biāo)志蛋白成纖維特異性蛋白 1(fibroblast－specific protein 1，F(xiàn)SP1)，腎小管上皮細(xì)胞－間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化是腎臟間質(zhì)纖維化的重要發(fā)病機(jī)制之一。腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化過(guò)程如下:首先腎小管上皮細(xì)胞喪失上皮細(xì)胞黏附特性，即表皮黏附分子E－鈣黏蛋白(E－cadherin)的表達(dá)減少或消失;繼而重新表達(dá)α－平滑肌肌動(dòng)蛋白(α －smooth muscle actin，α －SMA)、波形蛋白(vimentin)等間充質(zhì)細(xì)胞表型，并出現(xiàn)結(jié)構(gòu)蛋白的重組;然后腎小管基底膜斷裂;進(jìn)而細(xì)胞遷移力、侵襲力增強(qiáng)[3]。這一過(guò)程類似于胚胎腎的生理發(fā)育過(guò)程中后腎間充質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化的逆轉(zhuǎn)。腎小管上皮細(xì)胞這種形式的轉(zhuǎn)分化在多種腎臟疾病中都可見到[4－5]。目前關(guān)于腎小管上皮細(xì)胞－間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化機(jī)制的研究很多。一些細(xì)胞因子如轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子 β(transforming growth factor β，TGF － β)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(fibroblast growth factor，F(xiàn)GF)、表皮生長(zhǎng)因子(epidermal growth factor，EGF)等被認(rèn)為能促進(jìn)轉(zhuǎn)分化的發(fā)生，而肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子(hepatocyte growth factor，HGF)和骨形成蛋白7(bone morphogenic protein 7，BMP－7)則具有相反作用。

1.2 腎小管上皮細(xì)胞－免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)分化 上皮細(xì)胞作為機(jī)體組織防御的首道防線，在遭受病原微生物侵襲之后，上皮細(xì)胞可以募集炎癥細(xì)胞、釋放各種炎癥因子，啟動(dòng)炎癥防御或免疫耐受，參與免疫損傷的生理過(guò)程[6]，同時(shí)上皮細(xì)胞也可以轉(zhuǎn)分化為免疫細(xì)胞，在免疫防御或炎癥啟動(dòng)中發(fā)揮專職抗原提呈細(xì)胞的功能，調(diào)節(jié)適應(yīng)性免疫應(yīng)答[2]。腎小管上皮細(xì)胞表面可以表達(dá)模式識(shí)別受體之一Toll樣受體4(Toll－ like receptor 4，TLR4)[7]，TLR4 能分泌炎癥因子或趨化因子，募集并活化免疫細(xì)胞，啟動(dòng)炎癥免疫反應(yīng)，參與腎臟病理?yè)p傷[8]。正常生理情況下，腎小管上皮細(xì)胞屬于非專職抗原提呈細(xì)胞，低表達(dá)主要組織相容性復(fù)合物Ⅱ(major histocompatibility complexⅡ，MHC－Ⅱ)分子。有研究[9]顯示在感染和炎癥條件下，腎小管上皮細(xì)胞可以向免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，出現(xiàn)免疫細(xì)胞的活性，在炎癥防御和免疫啟動(dòng)中行使專職抗原提呈細(xì)胞的功能，并可獨(dú)立激發(fā)適應(yīng)性免疫應(yīng)答。早在1988年，就有報(bào)道單純體外培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞不表達(dá)MHC－Ⅱ分子，在γ干擾素(interferon γ，IFN － γ)的誘導(dǎo)下，MHC － Ⅱ分子的表達(dá)明顯上升，去除IFN－γ后，MHC－Ⅱ分子表達(dá)亦逐漸消失。Wilkinson等[10]研究也發(fā)現(xiàn)在IFN－γ等細(xì)胞因子的刺激下，腎小管上皮細(xì)胞高表達(dá)MHC－Ⅱ，同時(shí)共刺激分子程序性死亡配體1(programmed death ligand 1，PD－L1)表達(dá)也上調(diào)，即腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)了專職抗原提呈細(xì)胞的活性，將此腎小管上皮細(xì)胞與CD4+T細(xì)胞共培養(yǎng)，其能通過(guò)與CD4+T細(xì)胞上程序性死亡受體1(programmed death 1，PD－1)相互作用，從而活化CD4+T細(xì)胞，啟動(dòng)后續(xù)的適應(yīng)性免疫反應(yīng)，發(fā)揮負(fù)性免疫調(diào)控作用。腎小管上皮細(xì)胞在受到刺激后，也能通過(guò)表達(dá)共刺激分子CD40，而激活CD8+T細(xì)胞，啟動(dòng)或擴(kuò)大腎臟免疫損傷[11]。

腎小管上皮細(xì)胞受到刺激活化后可通過(guò)表型轉(zhuǎn)化顯示專職免疫細(xì)胞功能，亦能通過(guò)轉(zhuǎn)分化出現(xiàn)成纖維細(xì)胞的活性。不同病理生理?xiàng)l件下細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的意義不完全相同，既可以作為機(jī)體的一種生理性防御措施及損傷修復(fù)機(jī)制，也可以因持續(xù)分化而導(dǎo)致組織重塑、器官纖維化的發(fā)生，成為相關(guān)疾病發(fā)生發(fā)展的重要基礎(chǔ)而貫穿于整個(gè)病理生理過(guò)程。

2 腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化在各種腎臟疾病中的作用

2.1 糖尿病腎病 糖尿病腎病是終末期腎病最常見的原因，以進(jìn)行性的腎臟纖維化為病理特性，尤其以小管間質(zhì)的纖維化甚為突出。腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生機(jī)制主要是細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生與降解失衡以及成纖維化細(xì)胞的增生，而新增的成纖維細(xì)胞有一部分就來(lái)源于腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。TGF－β是目前研究最多，被認(rèn)為最重要的誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化的細(xì)胞因子[12]。Hills 等[4]報(bào)道在體外高糖環(huán)境下，使用不同濃度的TGF－β誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞，結(jié)果顯示腎小管上皮細(xì)胞喪失原有的“鋪路石樣”的上皮細(xì)胞形態(tài)，轉(zhuǎn)變?yōu)榧?xì)長(zhǎng)的成纖維細(xì)胞樣表型，同時(shí)E－鈣黏蛋白表達(dá)下降，波形蛋白、Snail蛋白上調(diào)，且三者的變化與TGF－β的濃度呈劑量依賴性。高糖亦能通過(guò)誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞核轉(zhuǎn)錄因子活化蛋白1(activator protein－1，AP－1)活化，上調(diào)波形蛋白、Snail表達(dá)，下調(diào)E－鈣黏蛋白，使其發(fā)生轉(zhuǎn)分化[13]。此外，糖尿病腎病中，局部腎素－血管緊張素系統(tǒng)(renin－angiotensin system，RAS)的活化，激活血管緊張素Ⅱ1型受體(angiotensinⅡtype 1 receptor，AT1R)，刺激 TGF－β 上調(diào)，也是引起腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的因素之一[14]。糖尿病腎病患者體內(nèi)清除自由基系統(tǒng)明顯受損，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、過(guò)氧化氫酶等活性大大降低，過(guò)氧化物堆積。我們的研究也證實(shí)高糖環(huán)境能引起腎臟細(xì)胞活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生顯著增加[15]，大量自由基及過(guò)氧化物等也能誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的發(fā)生。尿蛋白、脂質(zhì)代謝紊亂同樣能通過(guò)TGF－β途徑下調(diào)E－鈣黏蛋白，上調(diào)波形蛋白，促使細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。

單側(cè)輸尿管梗阻導(dǎo)致的腎小管間質(zhì)纖維化以及各種慢性腎臟疾病發(fā)展到終末出現(xiàn)的腎臟纖維化中，都存在著腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化，其發(fā)生也與TGF－β、血管緊張素Ⅱ等因素的參與密切相關(guān)[5，16 －17]。

2.2 乙肝相關(guān)性腎炎 乙肝相關(guān)性腎炎的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全闡明，但已有研究[18]表明乙型肝炎病毒能侵襲腎小管上皮細(xì)胞，在腎小管上皮細(xì)胞中復(fù)制，引起腎小管上皮細(xì)胞的凋亡損傷。我們的研究[19]發(fā)現(xiàn)乙型肝炎病毒亦能引起腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。我們收集乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)DNA拷貝在1010～1011/L患者的血清，用該血清去感染人近端腎小管上皮細(xì)胞株HK－2，免疫熒光檢測(cè)α－SMA，結(jié)果顯示正常的HK－2細(xì)胞核中可有少量α－SMA的表達(dá)，胞漿中表達(dá)不明顯;感染24 h后，即可見α－SMA表達(dá)較對(duì)照組顯著增多，認(rèn)為HK－2細(xì)胞出現(xiàn)了轉(zhuǎn)分化現(xiàn)象;而感染48h后，α－SMA的表達(dá)水平并未增加，反而下降，這可能與感染時(shí)間延長(zhǎng)、細(xì)胞受損嚴(yán)重、α－SMA的表達(dá)相應(yīng)降低有關(guān)。目前，關(guān)于乙型肝炎病毒引起腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化機(jī)制的研究甚少，尚需進(jìn)一步深入研究來(lái)探索相關(guān)的影響因素。

2.3 狼瘡性腎炎 狼瘡性腎炎病理特征表現(xiàn)為腎小球、血管硬化，腎小管間質(zhì)纖維化，在這一病理過(guò)程中存在著腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化。Rossini等[20]使用免疫組化方法檢測(cè)到狼瘡性腎炎患者腎穿標(biāo)本中FSP1在小管間質(zhì)中表達(dá)明顯，同時(shí)顯微鏡下觀察到FSP1陽(yáng)性細(xì)胞呈成纖維細(xì)胞樣，表明狼瘡性腎炎中存在著腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化。體內(nèi)外的一些研究[21－22]結(jié)果說(shuō)明狼瘡性腎炎進(jìn)展過(guò)程中腎小管上皮細(xì)胞亦可以向免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)化，出現(xiàn)免疫細(xì)胞的活性。Sui等[21]發(fā)現(xiàn)和對(duì)照組相比，狼瘡性腎炎患者腎小管上皮細(xì)胞大量表達(dá)共刺激分子CD80(B7－1)和CD86(B7－2)，為激活后續(xù)適應(yīng)性免疫提供第二信號(hào)。狼瘡性腎炎腎小管上皮細(xì)胞亦能上調(diào)共刺激分子B7－H4的表達(dá)，且體外混合淋巴細(xì)胞試驗(yàn)說(shuō)明腎小管上皮細(xì)胞能通過(guò)B7－H4激活T細(xì)胞反應(yīng)，在狼瘡性腎炎的進(jìn)展中起一定作用[22]。

2.4 IgA腎病 Chen等[22]進(jìn)行臨床研究發(fā)現(xiàn) IgA腎病患者腎組織中腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)共刺激分子B7－H4，且B7－H4的表達(dá)水平與小管損傷程度相關(guān)，但其是否能發(fā)揮抗原提呈功能，啟動(dòng)和擴(kuò)大后續(xù)免疫反應(yīng)尚需進(jìn)一步研究。IgA腎病慢性進(jìn)展可出現(xiàn)小管間質(zhì)纖維化，最新研究表明IgA腎病纖維化過(guò)程中也出現(xiàn)腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化[23]。Ohnuki等[23]使用免疫組化方法檢測(cè)到IgA腎病腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)波形蛋白，且波形蛋白陽(yáng)性的細(xì)胞同時(shí)表達(dá)Snai1蛋白，由此認(rèn)為Snai1蛋白在誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，促使IgA腎病纖維化進(jìn)展中起一定作用。

2.5 急性間質(zhì)性腎炎 急性間質(zhì)性腎炎以腎間質(zhì)炎細(xì)胞浸潤(rùn)及腎小管變性為主要病理特征，多為藥物過(guò)敏、感染等引起。早在1989年，有報(bào)道急性間質(zhì)性腎炎中腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)MHC－Ⅱ分子水平明顯升高，細(xì)胞間黏附分子－1(intercellular adhesion molecule－1，ICAM－1)和血管細(xì)胞黏附分子 －1(vascular cell adhesion molecule－1，VCAM －l)亦呈現(xiàn)高表達(dá);Hagerty等[24]認(rèn)為，ICAM －1與其配體淋巴細(xì)胞功能相關(guān)抗原(lymphocyte function associated antigen－1，LFA－1)結(jié)合可以為T細(xì)胞活化提供共刺激信號(hào)，但充分激活T細(xì)胞尚需其它共刺激分子同時(shí)存在。VCAM－1與其配體遲現(xiàn)的抗原4(very late appearing antigen，VLA4)結(jié)合不僅參與小管上皮細(xì)胞抗原呈遞過(guò)程，而且還可能參與T細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞毒作用，從而損傷小管上皮細(xì)胞本身。

2.6 腎移植排斥 腎移植是治療慢性腎功能衰竭終末期患者的一種理想方法，但是腎移植后急慢性排斥反應(yīng)影響著移植腎長(zhǎng)期存活。Starke等[25]使用RT－PCR方法檢測(cè)到急性腎移植排斥反應(yīng)患者腎組織中存在PD－L1和PD－1，且免疫組化證實(shí)PDL1在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)，PD－1在局部浸潤(rùn)的淋巴細(xì)胞中表達(dá)，在腎移植急性排斥反應(yīng)中，腎小管上皮細(xì)胞發(fā)揮了免疫活性作用。慢性腎移植排斥反應(yīng)最終會(huì)引起腎功能下降、移植腎纖維化，在移植腎纖維化進(jìn)程中存在著腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化，可能通過(guò)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶2(extracellular signal－regulated kinase 2，ERK2)途徑實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)分化過(guò)程[26]。

3 展望

綜上所述，腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化參與了多種腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展過(guò)程，抑制腎小管上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化能延緩腎臟疾病的進(jìn)展，維持腎臟正常的形態(tài)和功能，為臨床治療腎臟疾病提供了新的思路和新靶點(diǎn)。然而目前腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的機(jī)制尚未完全闡明，尤其是腎小管上皮免疫細(xì)胞轉(zhuǎn)分化的研究尚少，還需進(jìn)一步的研究來(lái)深入了解其發(fā)生機(jī)制，這對(duì)于腎臟疾病的診治具有重要意義。

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