腎臟纖維化與間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化

封怡多，張東亮，劉文虎

腎臟纖維化以腎小球硬化及腎小管間質(zhì)纖維化 (renal interstitial fibrosis，RIF)為主要特征，是各種慢性腎臟疾病(chronic kidney disease，CKD)發(fā)展為終末期腎病 (end－stage renal disease，ESRD)的共同途徑。近幾年，上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化 (epithelial－mesenchymal transition，EMT)被認(rèn)為是受損腎臟產(chǎn)生肌成纖維細(xì)胞的關(guān)鍵。但新近研究表明，內(nèi)皮細(xì)胞與足細(xì)胞也可發(fā)生間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化［1－3］，導(dǎo)致腎小球硬化以及蛋白尿。本文對腎臟間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化最新觀點以及可能的治療靶點做一綜述。

1 腎臟實質(zhì)細(xì)胞與EMT

1.1 腎小管上皮細(xì)胞與EMT 大量研究證實，腎小管上皮細(xì)胞在體外經(jīng)過轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF－β)刺激后可發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，這種轉(zhuǎn)變以失去上皮細(xì)胞表型如E－cadherin、zonula occludens－1(ZO －1)等和獲得間充質(zhì)細(xì)胞表型如α平滑肌肌動蛋白 (α－SMA)、成纖維細(xì)胞特異性蛋白－1(FSP－1)、間質(zhì)細(xì)胞I型膠原等為特征［4－5］。

Strutz等［3］在抗腎小管基底膜疾病的小鼠模型中發(fā)現(xiàn)FSP－1可以在腎小管上皮細(xì)胞表達，首次證實EMT參與腎纖維化的形成。隨后，Lan等［6］在大鼠5/6腎切除腎小球硬化模型中提供了EMT存在的形態(tài)學(xué)和表型轉(zhuǎn)化的證據(jù)。Rastaldi等［7］報道了133例不同腎病患者腎活檢結(jié)果，發(fā)現(xiàn)具有EMT特性的腎小管上皮數(shù)量與血清肌酐濃度及腎間質(zhì)損害程度密切相關(guān)，表明EMT參與人腎臟纖維化過程。

1.2 內(nèi)皮細(xì)胞與EMT 新近研究表明，通過內(nèi)皮細(xì)胞－間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化 (endothelial－to－mesenchymaltransition，EndoMT)，內(nèi)皮細(xì)胞可表達成纖維細(xì)胞的標(biāo)志物。Zeisberg等［1］使用了3種小鼠CKD模型來證明EndoMT對腎臟纖維化的作用，發(fā)現(xiàn)30%～50%成纖維細(xì)胞既表達內(nèi)皮細(xì)胞標(biāo)志CD31，又表達成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞標(biāo)志，如FSP1和α－SMA。用Tie2－Cre追蹤標(biāo)記內(nèi)皮細(xì)胞和R26R－stop－EYFP轉(zhuǎn)基因小鼠也證明內(nèi)皮細(xì)胞可以轉(zhuǎn)分化為成纖維細(xì)胞，證實EndoMT在腎臟纖維化過程中對成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞的產(chǎn)生和積聚起著重要的作用。研究證實，EndoMT和EMT一樣，也可被TGF－β誘導(dǎo)產(chǎn)生，抑制TGF－β/Smad通路有可能對抑制組織纖維化甚至腫瘤形成有積極的作用［8］。研究證實，EndoMT在糖尿病腎臟纖維化早期的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用［9－10］。

1.3 足細(xì)胞與EMT 足細(xì)胞的功能缺失在蛋白尿形成以及腎小球硬化的發(fā)生發(fā)展中起重要作用，可最終引起腎臟纖維化。研究表明腎小球足細(xì)胞也可發(fā)生表型的改變，并導(dǎo)致足細(xì)胞功能的缺失。體外培養(yǎng)的足細(xì)胞中加入TGF－β1后，細(xì)胞間隙增大，伴隨P－cadherin、ZO－1的產(chǎn)生;與此同時，細(xì)胞開始表達間質(zhì)纖維蛋白desmin、基質(zhì)金屬蛋白酶－9(MMP－9)、I型膠原和正調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子Snail，最終可損傷足細(xì)胞濾過屏障［2］。在糖尿病腎病以及局灶性節(jié)段性腎小球硬化 (FSGS)等以蛋白尿為主要表現(xiàn)的腎小球疾病中也可觀察到腎小球足細(xì)胞表型的改變，伴有明顯的足細(xì)胞形態(tài)和功能異常。Yamaguchi等［9］對49例糖尿病患者進行了腎活檢，證實其腎組織以及尿中足細(xì)胞的FSP－1表型陽性率與糖尿病所致腎損害嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。此外，ILK(integrinlinked kinase)信號通路在足細(xì)胞表型改變中起重要作用，ILK的上調(diào)可引起腎小球足細(xì)胞的間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化、細(xì)胞遷移以及功能缺失等，提示ILK可能是蛋白尿相關(guān)腎臟疾病的有效治療靶點［11－12］。

然而，目前對足細(xì)胞EMT的概念仍存在爭論。雖然體外培養(yǎng)的足細(xì)胞正常形態(tài)呈鋪路石狀，然而分化的足細(xì)胞形成許多紡錘樣突起，而且體內(nèi)的正常足細(xì)胞具有多級足突并且表達少量波形蛋白 (vimentin)，所以，與腎小管上皮細(xì)胞比較，足細(xì)胞本身具有更多的間充質(zhì)細(xì)胞的性狀，在被損傷或患病后，這些間充質(zhì)標(biāo)志物表達會進一步上調(diào)。不同于小管上皮細(xì)胞EMT后侵入腎間質(zhì)并轉(zhuǎn)變?yōu)槌衫w維細(xì)胞，足細(xì)胞EMT后反而獲得自動性，導(dǎo)致其從腎小球基底膜 (GBM)上脫落并被沖入尿液中排出體外［13］。

2 EMT的細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)及機制

目前關(guān)于EMT的分子生物學(xué)機制研究已經(jīng)較為深入，在CKD的機體環(huán)境中，主要存在的傳導(dǎo)通路有 TGF－β/Smad、integrin/ILK信號通路等，這些信號傳導(dǎo)途徑是相互聯(lián)系的一個整體，控制EMT的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)和信號傳導(dǎo)。

2.1 TGF－β與EMT TGF－β是多功能的細(xì)胞因子，除了可使成纖維細(xì)胞聚集和增殖外，還可通過EMT途徑導(dǎo)致組織的纖維化［14］。大量動物實驗及臨床研究證實TGF－β在CKD中的表達顯著增高，推斷TGF－β引起的EMT在腎臟纖維化的發(fā)病機制中起到了關(guān)鍵作用。

2.2 TGF－β/Smads通路與EMT 在纖維化的腎臟中，TGF－β的表達普遍上調(diào)。TGF－β與跨膜受體Ⅰ (TβRⅠ)和跨膜受體Ⅱ (TβRⅡ)相結(jié)合，TβRⅡ使TβRⅠ磷酸化，誘導(dǎo)Smad2和Smad3磷酸化和激活，磷酸化的Smad2或Smad3與Smad4結(jié)合后轉(zhuǎn)移到核內(nèi)，在核內(nèi)調(diào)節(jié)TGF－β相關(guān)的基因轉(zhuǎn)錄。而 Smad6及Smad7可阻礙Smad2、Smad3與TβRⅠ的結(jié)合從而抑制EMT的發(fā)生。與TGF－β在EMT中的誘導(dǎo)作用相一致，這些相關(guān)受體以及Smad家族也在EMT中發(fā)揮著很重要的作用。

研究證實，Smad突變體的表達可以干擾Smad的功能，應(yīng)用小干擾RNA下調(diào)Smad的表達同樣可以抑制上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的表型轉(zhuǎn)換［15－16］。然而一些研究發(fā)現(xiàn)，Smad2可以作為TGF－β的拮抗體影響TGF－β所致的EMT過程，其機制可能與Smad2的缺失增強了Smad3及Smad4的表達有關(guān)［17］。另外，抑制體Smad7的高表達可抑制各種上皮細(xì)胞中TGF－β所致的 EMT。在受損的腎臟中Smad表達亢進，不僅是因為TGF－β的表達上調(diào)，還因為Smad相互調(diào)節(jié)失衡。Smad信號還可通過肝細(xì)胞生長因子(hepatocyte growth factor，HGF)和骨形態(tài)蛋白7(bone morphogenic protein－7，BMP －7) 抑制 EMT［15－16］。

2.3 導(dǎo)致EMT的其他信號通路 ILK是一種細(xì)胞內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，研究表明integrin/ILK信號通路在TGF－β所致的EMT中起關(guān)鍵作用，TGF－β可通過Smad依賴性信號通路促進ILK的表達，引起間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化。另外，ILK可導(dǎo)致基質(zhì)金屬蛋白酶－2(MMP－2)表達，促使細(xì)胞在基底膜基質(zhì)中發(fā)生細(xì)胞遷移及浸潤。

其他諸如 Wnt/β－catenin信號通路在腎小管和足細(xì)胞EMT中的潛在作用目前仍不十分肯定［18］。胞內(nèi)的多種信號通路相互聯(lián)系、相互作用，激活β連環(huán)蛋白，從而影響許多β連環(huán)蛋白目的基因的表達，如 Snail1、Twist等，最終導(dǎo)致EMT轉(zhuǎn)錄途徑的激活。

3 腎臟纖維化的EMT治療靶點

EMT包含了大量的胞內(nèi)信號級聯(lián)反應(yīng)及調(diào)節(jié)機制，理論上阻斷其中任何一步均可能削弱EMT過程，防止纖維化的發(fā)生。很多研究試圖通過抑制TGF－β阻止腎纖維化進展，包括反義核苷酸、抗TGF－β抗體等，然而研究發(fā)現(xiàn)長期抑制TGF－β會誘發(fā)炎癥。有研究證實阻斷Smad信號通路后發(fā)現(xiàn)可延緩腎臟纖維化，如Li等［19］發(fā)現(xiàn)Smad3特異性抑制物SIS3可有效抑制Smad3的磷酸化，抑制EndoMT的發(fā)生，在鏈霉素誘導(dǎo)的糖尿病腎病模型中阻止了腎臟結(jié)構(gòu)的改變，起到了保護腎臟功能的作用。另有研究表明，應(yīng)用小分子抑制劑 QLT－0267抑制 ILK，可廢除TGF－β所致的cyclinD1的表達，在很大程度上保留了E－cadherin及閉鎖小帶的表達。在梗阻性腎病模型的大鼠體內(nèi)，QLT－0267抑制了β－catenin的積聚，抑制了Snail1、α－SMA、粘連蛋白、vimentin以及Ⅰ型和Ⅱ型膠原的表達［20］。此外，最近研究發(fā)現(xiàn)了一些內(nèi)源性抗纖維化蛋白，尤其是肝細(xì)胞生長因子 (HGF)和BMP－7，能拮抗TGF－β的促纖維化作用，而C－肽 (C－peptide)及骨形成蛋白－2(BMP－2)等因子可通過修飾TGF－β信號通路阻礙EMT的發(fā)生［21］。

4 前景與展望

腎小管上皮細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞均可發(fā)生間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化。TGF－β/Smad、integrin/ILK等信號傳導(dǎo)對EMT起著重要的介導(dǎo)作用。這些研究將為抑制和逆轉(zhuǎn)腎臟間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化提供新的線索，最終將為臨床治療腎臟纖維化提供新的干預(yù)手段。如能尋找到有效的逆轉(zhuǎn)間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化的方法將使CKD的治療登上一個新的臺階。

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