上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化在腎纖維化中的研究進(jìn)展

金 芬，張忠壽，黃衛(wèi)鋒

(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化在腎纖維化中的研究進(jìn)展

金 芬，張忠壽，黃衛(wèi)鋒

(三峽大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 宜昌 443002)

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)參與各種纖維化疾病的發(fā)病機(jī)制，EMT和EndMT已經(jīng)成為器官纖維化研究的一個(gè)重點(diǎn)課題。EMT和EndMT在腎的纖維化過(guò)程中起到至關(guān)重要的作用。越來(lái)越多細(xì)胞內(nèi)外分子可控制EMT和EndMT的表達(dá)，尤其是microRNA(miRNA)在EMT和EndMT中的調(diào)控作用，已被確定可利用于開(kāi)發(fā)治療纖維化。本文綜述了EMT和EndMT在腎纖維化中的研究進(jìn)展，了解EMT和EndMT參與腎病纖維化過(guò)程的機(jī)制，這將會(huì)給人類(lèi)腎纖維化疾病的治療提供一種新的靶點(diǎn)和方法。

上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化；腎的纖維化；miRNA

腎纖維化是腎長(zhǎng)期損傷或正常傷口愈合過(guò)程中功能失調(diào)，導(dǎo)致過(guò)量的細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)沉積造成的。EMT與EndMT過(guò)程中激活產(chǎn)生的成纖維細(xì)胞是腎成纖維細(xì)胞的主要來(lái)源。在腎纖維化過(guò)程中，腎成纖維細(xì)胞發(fā)揮著重要的作用。在EMT和EndMT過(guò)程中存在復(fù)雜的調(diào)控，最新的研究表明，miRNA在EMT和EndMT過(guò)程中發(fā)揮重要的調(diào)節(jié)作用。miRNA是小的非編碼RNA，通過(guò)抑制蛋白質(zhì)翻譯或誘導(dǎo)mRNA降解來(lái)抑制靶基因的表達(dá)。miRNA可調(diào)控細(xì)胞的分化、增殖、死亡、代謝等多種病理生理機(jī)制的基本過(guò)程[1]。因此，研究EMT和EndMT過(guò)程在纖維化中的作用，可以推進(jìn)我們對(duì)常見(jiàn)發(fā)病機(jī)制的理解，也可能為治療干預(yù)提供新的靶點(diǎn)。這篇綜述側(cè)重于上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化和內(nèi)皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化在腎臟疾病中的生物學(xué)角色。

1 EMT在腎纖維化中的作用

在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中上皮細(xì)胞有一系列的變化，它的極性喪失，遷移和運(yùn)動(dòng)能力增強(qiáng)，同時(shí)獲得間質(zhì)細(xì)胞特性。EMT在細(xì)胞運(yùn)動(dòng)和發(fā)育過(guò)程中可促進(jìn)新組織的產(chǎn)生，但也是多種疾病的發(fā)病機(jī)制之一。上皮細(xì)胞是位于皮膚或腔道表層的細(xì)胞，它們與相鄰的細(xì)胞存在著緊密的細(xì)胞連接，從而抑制上皮細(xì)胞潛在的運(yùn)動(dòng)和分離。與此相反，間充質(zhì)細(xì)胞不形成規(guī)則的細(xì)胞層。間充質(zhì)細(xì)胞相對(duì)于上皮細(xì)胞其形狀較長(zhǎng)，呈現(xiàn)極性，遷移能力較強(qiáng)。間充質(zhì)細(xì)胞與鄰近細(xì)胞的相互作用可能影響間充質(zhì)細(xì)胞的極性，但是它們?nèi)狈Φ湫偷纳掀ぜ?xì)胞頂-底極性。此外，在組織內(nèi)間充質(zhì)細(xì)胞容易單獨(dú)遷移。間充質(zhì)細(xì)胞的發(fā)生發(fā)展對(duì)于個(gè)體的發(fā)育至關(guān)重要，他們能夠在胚胎中長(zhǎng)距離的遷移，并進(jìn)一步形成一個(gè)特定器官。在成人體內(nèi)，成纖維細(xì)胞是由胚胎時(shí)期間充質(zhì)細(xì)胞分化而成的，它的主要功能是分泌細(xì)胞外基質(zhì)來(lái)保持結(jié)構(gòu)完整性。Kalluri等[2]將EMT分為以下三種類(lèi)型：第一種類(lèi)型的主要生物學(xué)功能是通過(guò)間充質(zhì)細(xì)胞上皮化(MET)過(guò)程產(chǎn)生上皮細(xì)胞，與胚胎植入、發(fā)育和器官形成相關(guān)。這種類(lèi)型EMTs既不引起纖維化，也不誘導(dǎo)侵襲；第二種類(lèi)型的EMT是上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化成組織成纖維細(xì)胞，與組織的損傷修復(fù)、組織再生和器官纖維化相關(guān)。與第一種類(lèi)型的EMT相比，炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)第二種類(lèi)型的EMT發(fā)生，但當(dāng)炎癥反應(yīng)消失或緩解后，該類(lèi)型的EMT即自行停止，尤其是在創(chuàng)傷愈合和組織再生中[3]。在器官纖維化過(guò)程中，持續(xù)的炎癥反應(yīng)導(dǎo)致第二種類(lèi)型的EMT持續(xù)進(jìn)行，并最終造成器官纖維化[3]；第三種類(lèi)型的EMT是指與上皮細(xì)胞惡性腫瘤相關(guān)的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程。原發(fā)性上皮組織腫瘤細(xì)胞通過(guò)第三種類(lèi)型EMT形成具有遷移能力的間充質(zhì)細(xì)胞，隨血液流動(dòng)轉(zhuǎn)移至不同部位，進(jìn)而通過(guò)MET過(guò)程形成上皮細(xì)胞的腫瘤轉(zhuǎn)移灶[4]。

成纖維細(xì)胞特異蛋白(Fibroblast-specific proteinl，F(xiàn)SP-1)、S100類(lèi)細(xì)胞骨架蛋白、α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin，α-SMA)和Ⅰ型膠原蛋白是各種器官纖維化過(guò)程中EMT的可靠標(biāo)志物[2]。以上這些標(biāo)記物，連同盤(pán)狀結(jié)構(gòu)域受體酪氨酸激酶2 (Discoidin domain receptor tyrosine kinase 2，DDR2)、波形蛋白和結(jié)蛋白，在腎、肝、肺、腸等器官中，已被用于識(shí)別慢性炎癥誘導(dǎo)的EMT過(guò)程中的上皮細(xì)胞。有些細(xì)胞既表現(xiàn)出形態(tài)學(xué)方面的上皮特異性和分子標(biāo)志物，如角蛋白和上皮細(xì)胞鈣黏蛋白(E-cadherin)，同時(shí)又伴隨FSP-1和α-SMA等間充質(zhì)細(xì)胞的標(biāo)記，這一現(xiàn)象則表示這類(lèi)細(xì)胞有可能處于EMT的中間階段。種種跡象表明，炎癥反應(yīng)誘導(dǎo)的上皮細(xì)胞EMT過(guò)程，使上皮細(xì)胞進(jìn)行了不同程度的上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化。最終，這些細(xì)胞離開(kāi)上皮細(xì)胞層，穿過(guò)底層基底膜，堆積在間質(zhì)組織中，擺脫所有的上皮標(biāo)記，并獲得完全的成纖維細(xì)胞表型。

炎性損傷的小鼠腎臟可以引起一系列的炎癥細(xì)胞聚集和入侵，炎癥細(xì)胞通過(guò)釋放細(xì)胞因子，如：轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-β)、血小板衍生因子(PDGF)、表皮生長(zhǎng)因子(EGF)、成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子-2(FGF-2)等，誘發(fā)腎臟上皮細(xì)胞發(fā)生EMT[2]。炎癥細(xì)胞中巨噬細(xì)胞和被激活的成纖維細(xì)胞起最主要的作用，它們聚集在損傷部位釋放出這些生長(zhǎng)因子。此外，這些細(xì)胞還釋放趨化因子和基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)，特別是MMP-2、MMP-3和MMP-9[5]。TGF-β在器官纖維化過(guò)程中誘導(dǎo)EMT的意義已被廣泛研究。在小鼠的腎、肝、肺、腸纖維化模型中，骨形態(tài)發(fā)生蛋白7 (BMP-7)是TGF-β的拮抗劑[6]，它可以逆轉(zhuǎn)TGF-β誘導(dǎo)的E-cadherin蛋白丟失。BMP-7通過(guò)活化素受體樣激酶2(Activin like kinase-2/-3/-6，ALK-2/3/6)和下游轉(zhuǎn)錄因子Smad蛋白，恢復(fù)E-cadherin蛋白的表達(dá)[6]。在嚴(yán)重纖維化的小鼠中重新表達(dá)BMP-7可以逆轉(zhuǎn)EMT和修復(fù)受損的腎上皮結(jié)構(gòu)，BMP-7的作用通過(guò)MET來(lái)起作用的。BMP-7在逆轉(zhuǎn)EMT的同時(shí)還伴隨器官功能的恢復(fù)，F(xiàn)SP-1+與α-SMA+陽(yáng)性標(biāo)志著間質(zhì)成纖維細(xì)胞的減少以及BMP-7信號(hào)通路的重新激活[6]。不同類(lèi)型的EMT及EMT過(guò)程中的不同階段可能由一組共同的刺激、信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、轉(zhuǎn)錄因子、轉(zhuǎn)錄后調(diào)節(jié)，誘發(fā)和調(diào)節(jié)[3]。

2 miRNA在EMT中的調(diào)節(jié)作用

miRNA的全基因組分析表明，miR-200、miR-205與EMT高度相關(guān)，miR-200與眾多細(xì)胞系及上皮組織E-cadherin蛋白的表達(dá)有很大關(guān)系[7-8]。miR-200與鋅指E盒結(jié)合同源蛋白1(ZEB1)和Smad相互作用蛋白1(SIP1)的3'非編碼RNA結(jié)合，抑制ZEB1和SIP1的表達(dá)，從而提高E-cadherin的蛋白表達(dá)，增強(qiáng)上皮細(xì)胞的表型。miR-200家族及其他miRNAs與EMT有關(guān)的下游靶點(diǎn)已經(jīng)確定，miR-141能夠抑制TGF-β2[8]，miR-200a可以抑制β-鏈蛋白(β-Catenin)[9]。miRNAs與TGF-β的信號(hào)通路也存在緊密的聯(lián)系。在TGF-β誘導(dǎo)EMT的乳腺上皮細(xì)胞中，smad4介導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄可以激活miR-155的表達(dá)，miR-155使上皮細(xì)胞失去極性的同時(shí)影響上皮細(xì)胞間的緊密連接[10-11]。表達(dá)miR-155的上皮細(xì)胞對(duì)TGF-β的應(yīng)答更為迅速。RhoA是miR-155下游的一個(gè)關(guān)鍵靶基因，它在細(xì)胞連接的形成和穩(wěn)定中起主要作用。RhoA mRNA中有三個(gè)與miR-155結(jié)合的保守位點(diǎn)，它們可能是miR-155的結(jié)合調(diào)控位點(diǎn)[10]。這些研究表明，除了TGF-β介導(dǎo)的泛素化降解RhoA外，miR-155在EMT的過(guò)程也會(huì)起到進(jìn)一步抑制RhoA的作用。在TGF-β誘導(dǎo)EMT的乳腺上皮細(xì)胞中，miR-29a和miR-21的表達(dá)水平上升[10]，但它們?cè)贓MT中的作用尚未完全闡明。過(guò)表達(dá)miR-29會(huì)誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生EMT，抑制鋅指同源蛋白36(Zinc finger protein 36 homolog，ZFP36)，激活Ras信號(hào)通路[11]。miR-21在各種腫瘤中高表達(dá)，并可通過(guò)誘導(dǎo)癌細(xì)胞的EMT而使癌細(xì)胞轉(zhuǎn)移。miR-21的啟動(dòng)子區(qū)域存在有典型的E-box結(jié)合原件。E-box結(jié)合原件作為ZEB1的結(jié)合位點(diǎn)，結(jié)合ZEB1后誘導(dǎo)miR-21轉(zhuǎn)錄同時(shí)解除BMP-6對(duì)乳腺癌細(xì)胞EMT的抑制作用[13]。另外有研究表明，miR-9直接作用于E-cadherin蛋白的mRNA編碼區(qū)[12]。miR-9的表達(dá)異常會(huì)誘導(dǎo)乳腺上皮細(xì)胞EMT的發(fā)生[13]。

3 EndMT在腎纖維化中的作用

血管內(nèi)皮細(xì)胞與上皮細(xì)胞有一些共同的性質(zhì)，它也可以通過(guò)類(lèi)似EMT的表型過(guò)渡產(chǎn)生成纖維細(xì)胞，這一過(guò)程稱(chēng)為內(nèi)皮間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化(EndMT)[14]。內(nèi)皮細(xì)胞排列在整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)和淋巴系統(tǒng)中，形成內(nèi)襯血管和淋巴管。這些細(xì)胞在解剖學(xué)上與鱗狀上皮類(lèi)似，表達(dá)出上皮細(xì)胞的頂-底極性同時(shí)又以粘合連接和緊密連接的方式緊密連接在一起[15]。這些細(xì)胞表達(dá)不同的生物標(biāo)志，如：VE-cadherin、CD31和細(xì)胞角蛋白。在EndMT過(guò)程中與EMT類(lèi)似，內(nèi)皮細(xì)胞失去了附著力以及上皮細(xì)胞頂-底極性，形成了具有高度侵襲力、遷徙力、梭形細(xì)長(zhǎng)的間充質(zhì)細(xì)胞。隨著細(xì)胞極性和形態(tài)的變化，細(xì)胞內(nèi)的生化狀態(tài)也隨之改變，失去內(nèi)皮細(xì)胞特異性標(biāo)志物CD31和VE-鈣粘蛋白，獲得間質(zhì)細(xì)胞特異性標(biāo)志物α-SMA和FSP1[15]。

Zeisberg等[16]在2008年運(yùn)用三種小鼠模型，在單側(cè)輸尿管梗阻(Unilateral ureteral obstruction)、鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病腎病、COL4A3(α3 chain of collagen type 4)基因敲除的小鼠模型中進(jìn)行了具有里程碑意義的實(shí)驗(yàn)。該實(shí)驗(yàn)證實(shí)了EndMT在腎臟纖維化中的作用，他們?cè)谌N小鼠模型中發(fā)現(xiàn)有肌纖維母細(xì)胞表達(dá)內(nèi)皮標(biāo)記物CD31和血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1(Platelet endothelial cell adhesion molecule-1)，同時(shí)也表達(dá)成纖維細(xì)胞標(biāo)記物α-SMA和FSP-1。此外，在6個(gè)月內(nèi)單次注射鏈脲佐菌素后誘導(dǎo)的CD1小鼠腎臟模型中，它的腎臟表現(xiàn)出漸進(jìn)性腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。采用雙免疫標(biāo)記實(shí)驗(yàn)顯示，約40%的FSP-1(+)和50%的α-SMA(+)腎臟間質(zhì)細(xì)胞顯示出CD31+[16]。在22周齡COL4A3基因敲除小鼠的腎臟中約有45%的α-SMA(+)和60%的FSP-1(+)的成纖維細(xì)胞呈現(xiàn)CD31+。這些現(xiàn)象表明這些成纖維細(xì)胞可能是內(nèi)皮細(xì)胞的起源，EndMT可能會(huì)在腎臟纖維化的過(guò)程中促進(jìn)成纖維細(xì)胞的積累[16]。Li等[17]在2009年也證實(shí)了EndMT在早期糖尿病腎病中可以促進(jìn)肌纖維母細(xì)胞的產(chǎn)生。利用增強(qiáng)型綠色熒光蛋白基因(EGFP)的轉(zhuǎn)基因小鼠，他們發(fā)現(xiàn)在STZ誘導(dǎo)的糖尿病腎病小鼠中有大量的間質(zhì)α-SMA+細(xì)胞(成纖維細(xì)胞)是內(nèi)皮細(xì)胞的來(lái)源。

4 miRNA在EndMT中的作用

miRNA可以通過(guò)抑制轉(zhuǎn)錄復(fù)合物間接地上調(diào)許多基因的表達(dá)。在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，TGF-β能夠抑制磷酸酶以及人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因(PTEN)的活性，從而激活A(yù)KT，誘導(dǎo)miRNA-21的表達(dá)上調(diào)[18]。Smad3信號(hào)可增加miR-21在腎臟中的表達(dá)，促進(jìn)由TGF-β引起的腎臟纖維化，而Smad2信號(hào)對(duì)miR-21的轉(zhuǎn)錄后修飾過(guò)程起負(fù)調(diào)控作用[19]。miR-23可以抑制TGF-β誘導(dǎo)小鼠內(nèi)皮細(xì)胞的EndMT過(guò)程。通過(guò)miRNA芯片技術(shù)，Ghosh等[20]發(fā)現(xiàn)，在EndMT的過(guò)程中miR-125 b、let-7c、let-7g、miR-21、miR-30 b和miR-195的水平顯著上升，而miR-122a、miR-127、miR-196和miR-375的表達(dá)水平下降。阻礙FGF信號(hào)可以誘導(dǎo)EndMT過(guò)程的發(fā)生，let-7b可以模仿這一過(guò)程誘導(dǎo)EndMT，而let-7c會(huì)抑制這一過(guò)程。雖然這些研究大多集中在血管內(nèi)皮細(xì)胞中，但研究表明，特異性的作用于相應(yīng)miRNA，如：抑制miR-21的上調(diào)或使miR-125b的表達(dá)下調(diào)，對(duì)于阻斷腎臟中EndMT的誘導(dǎo)也許是一種可行的方法。

5 展望

目前已有的數(shù)據(jù)表明，在西方有近45%的人死于各種慢性纖維疾病[21]。EMT和EndMT已經(jīng)成為器官纖維化研究的一個(gè)重要研究方向。EMT和EndMT參與各種纖維化疾病的發(fā)生發(fā)展，包括腎的纖維化，盡管人們?cè)诜肿由飳W(xué)水平上獲得很多關(guān)于EMT和EndMT的分子機(jī)制，但是這些分子機(jī)制需要通過(guò)進(jìn)一步研究人體臨床病理資料來(lái)確認(rèn)和驗(yàn)證。未來(lái)的研究工作應(yīng)加強(qiáng)了解miRNA在腎臟疾病中的作用[22]，這些研究有可能會(huì)給人類(lèi)腎纖維化疾病的治療提供一種新的靶點(diǎn)和方法。

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R692.1+2

A

1003—6350（2014）18—2723—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2014.18.1068

2014-03-27)

黃衛(wèi)鋒。E-mail：huangwf006@126.com