系膜細(xì)胞與腎臟纖維化研究進(jìn)展*

姜曉剛

(濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)學(xué)院，山東 濟(jì)寧 272067)

腎臟纖維化是局灶性硬化性腎炎等各種腎小球腎炎晚期的共同病理特征，也是高血壓、糖尿病等多種慢性疾病進(jìn)行性腎功能喪失的最后結(jié)局。在此病理改變過程中，約占腎小球固有細(xì)胞總數(shù)30%～40%的系膜細(xì)胞發(fā)揮著重要作用。本文就系膜細(xì)胞與腎臟纖維化關(guān)系的最新研究作一綜述。

1 系膜細(xì)胞基本結(jié)構(gòu)與功能

系膜細(xì)胞是腎小球內(nèi)主要的固有細(xì)胞，位于腎臟毛細(xì)血管球系膜基質(zhì)內(nèi)，形態(tài)不規(guī)則，細(xì)胞核較小，染色較深，細(xì)胞有突起，伸入內(nèi)皮細(xì)胞與基底膜之間，亦可經(jīng)內(nèi)皮細(xì)胞間隙突入毛細(xì)血管腔內(nèi)。系膜細(xì)胞胞漿中高爾基復(fù)合體、粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、溶酶體、吞噬泡等細(xì)胞器比較發(fā)達(dá)，胞體和突起內(nèi)有微管、微絲或中間絲等結(jié)構(gòu)，免疫組織化學(xué)證實(shí)其中含肌球蛋白、肌動(dòng)蛋白、紐帶蛋白、踝蛋白等，因此系膜細(xì)胞可藉此進(jìn)行收縮，調(diào)節(jié)腎小球內(nèi)毛細(xì)血管管徑大小，從而影響其血流量。系膜細(xì)胞具備內(nèi)分泌功能，分泌腎素和多種酶類物質(zhì)，可對(duì)腎小球內(nèi)血流量進(jìn)行局部調(diào)節(jié)[1]。此外，系膜細(xì)胞還可形成系膜基質(zhì)，并具有吞噬能力，因而可參與基膜更新并及時(shí)清除沉積在基膜上的沉淀物，從而維持基膜的通透性。生理狀態(tài)下，系膜細(xì)胞更新非常緩慢，但在病理狀態(tài)下，其增生活躍，吞噬清除等功能增強(qiáng)。

2 系膜細(xì)胞表面結(jié)構(gòu)

系膜細(xì)胞表面包含多種黏附分子和受體，如整合素家族、免疫球蛋白超家族、細(xì)胞表面蛋白多糖等。整合素是系膜細(xì)胞與細(xì)胞外基質(zhì)相互作用的主要介導(dǎo)者，其亞基包括α1β1、α2β1、α3β1、α5β1等，其中α1β1、α2β1能與Ⅰ、Ⅳ型膠原等細(xì)胞外基質(zhì)結(jié)合，α3β1能與纖維連接蛋白結(jié)合，β1與位于細(xì)胞外基質(zhì)上的配體結(jié)合后，經(jīng)其細(xì)胞內(nèi)羧基端胞漿之尾可與系膜細(xì)胞骨架蛋白連接，將信號(hào)從細(xì)胞外傳導(dǎo)至細(xì)胞內(nèi)，并進(jìn)一步調(diào)控細(xì)胞的貼壁、生長、組織構(gòu)建及收縮、遷移等功能。此外，細(xì)胞外基質(zhì)成分還能影響系膜細(xì)胞的增殖表型，而Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型膠原則均可促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖。

系膜細(xì)胞表面受體包括凝血酶受體、低密度脂蛋白(LDL)受體、清道夫受體等。在病理情況下，系膜細(xì)胞表面凝血酶受體表達(dá)增多，故凝血酶刺激系膜細(xì)胞致使其過度增生，并通過其受體上調(diào)組織型纖溶酶原活化因子(t-PA)及纖溶酶原激活物抑制因子(PAI-1)在系膜細(xì)胞的表達(dá)[3]；LDL受體又稱apoB/E受體，早在20世紀(jì)70年代，Goldstein和Brown發(fā)現(xiàn)位于系膜細(xì)胞胞膜上的高親和力LDL受體，它能特異性識(shí)別并結(jié)合含apoB100或apoE的LDL，LDL受體控制著系膜細(xì)胞對(duì)脂質(zhì)的攝取，介導(dǎo)的LDL代謝占近一半數(shù)量的LDL；與脂質(zhì)代謝有關(guān)的還有一種受體稱為“清道夫受體”，該受體與LDL受體不同，它能特異性結(jié)合并攝取經(jīng)過修飾的LDL，最早僅在內(nèi)皮細(xì)胞及單核細(xì)胞上發(fā)現(xiàn)該受體，后發(fā)現(xiàn)系膜細(xì)胞上也有此受體，與LDL受體在蛋白結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上不同，它能轉(zhuǎn)運(yùn)ox-LDL，防止ox-LDL進(jìn)一步的毒性作用。

3 系膜細(xì)胞與相關(guān)細(xì)胞因子

在病理狀態(tài)下，系膜細(xì)胞明顯增生并分泌轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)、血小板源性生長因子(PDGF)、內(nèi)皮素-1(ET-1)、纖維母細(xì)胞生長因子-β(FGF-β)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、白細(xì)胞介素-1(IL-1)等多種細(xì)胞因子。目前認(rèn)為PDGF、FGF-β、IL-1和ET-1主要促進(jìn)系膜細(xì)胞的增殖，TGF-β主要促進(jìn)系膜基質(zhì)的聚集，可導(dǎo)致系膜細(xì)胞肥大，引起系膜細(xì)胞活化，使其表達(dá)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白。與血管壁平滑肌細(xì)胞在動(dòng)脈粥樣硬化中的變化相似[2]，系膜細(xì)胞活化后分泌大量Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原等細(xì)胞外基質(zhì)[3]，不能被細(xì)胞外基質(zhì)降解酶降解清除，并可使PAI-1表達(dá)增加，從而加劇細(xì)胞外基質(zhì)在腎小球系膜區(qū)的聚集。此外，系膜細(xì)胞活化后還能分泌Ⅳ型膠原及纖維連接蛋白(FN)等，并可自分泌或旁分泌某些炎癥介質(zhì)等，使其自身由疾病初始時(shí)受損傷的靶細(xì)胞而轉(zhuǎn)變成主動(dòng)參與某些病理過程，從而使相關(guān)病變進(jìn)一步發(fā)展惡化。

4 系膜細(xì)胞致腎小球纖維化機(jī)制

在體內(nèi)因系膜細(xì)胞處于腎臟這一特定的解剖位置，因而是多種有害刺激因素作用的靶細(xì)胞，同時(shí)其又可作為效應(yīng)細(xì)胞分泌多種生物活性物質(zhì)影響自身或周圍細(xì)胞的功能，并使其數(shù)量增加。研究發(fā)現(xiàn)系膜細(xì)胞增生后通過多種途徑參與腎小球纖維化的病理過程，其發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，但本質(zhì)上是由于腎小球內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)合成及沉積增多而降解過程受到抑制的結(jié)果。

4.1 促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成及沉積增多的因素

Sanai[4]等在糖尿病腎病模型中發(fā)現(xiàn)系膜細(xì)胞可發(fā)生表型轉(zhuǎn)化伴系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)增多，并發(fā)展為腎臟硬化。此外，系膜細(xì)胞通過自分泌或旁分泌效應(yīng)擴(kuò)大細(xì)胞因子或多肽生長因子的產(chǎn)生，損害腎小球，并逐步發(fā)展至腎小球纖維化。

4.1.1TGF-β TGF-β是目前已明確的最強(qiáng)的致纖維化因子。TGF-β或某些細(xì)胞因子能促使系膜細(xì)胞及上皮細(xì)胞等轉(zhuǎn)化為間質(zhì)纖維母細(xì)胞或平滑肌細(xì)胞[5-8]，在體外培養(yǎng)的大鼠系膜細(xì)胞中加入TGF-β1，則Ⅳ型膠原等細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)增多。TGF-β主要作用是引起系膜細(xì)胞活化，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的分泌，破壞細(xì)胞外基質(zhì)的動(dòng)態(tài)平衡，導(dǎo)致纖維化的發(fā)生發(fā)展。若在分子水平阻斷腎小球系膜細(xì)胞TGF-β1表達(dá)，則系膜細(xì)胞基質(zhì)金屬蛋白酶表達(dá)增強(qiáng)及纖溶酶原激活物抑制因子1表達(dá)降低[9]，提示TGF-β1既可通過上調(diào) PAI-1 表達(dá)，使其與纖溶酶原激活物相結(jié)合，減少抑制纖溶酶生成，也可下調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)表達(dá)及其活性，降低系膜細(xì)胞分泌細(xì)胞外基質(zhì)降解酶的總量，從而干擾了腎小球內(nèi)細(xì)胞外基質(zhì)的降解過程，加劇了腎小球纖維化。但TGF-β還有抗感染和抑制免疫系統(tǒng)的作用，因而其作用具有正反雙向性。

4.1.2結(jié)締組織成長因子(CTGF) CTGF是近年來新發(fā)現(xiàn)的與腎臟纖維化密切相關(guān)的一個(gè)生長因子，是TGF-β的下游效應(yīng)介質(zhì)。生理狀態(tài)下系膜細(xì)胞可分泌少量CTGF，在病理情況下尤其在伴細(xì)胞增生和細(xì)胞外基質(zhì)過量合成的腎小球系膜，CTGF 表達(dá)明顯增加，如在局灶性硬化性腎小球腎炎病人的腎臟中用原位雜交的方法觀察到CTGFmRNA的高表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)LDL能誘導(dǎo)系膜細(xì)胞表達(dá)CTGF，且與FN 、Ⅳ型膠原等細(xì)胞外基質(zhì)的表達(dá)量呈正相關(guān)，但 CTGF與TGF-β的細(xì)胞來源不完全相同[10]，其只發(fā)揮TGF-β“雙向作用”中的負(fù)面效應(yīng)，即促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的合成，從而加劇了腎小球纖維化的過程。

4.1.3高血脂及其他因素 眾所周知，高血脂癥在動(dòng)脈粥樣硬化和糖尿病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用[11-17]。大量動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究表明，高血脂同樣具有“腎毒性”作用。脂質(zhì)代謝紊亂是慢性腎小球疾病進(jìn)行性惡化的重要因素之一，在腎小球纖維化過程中起重要作用。LDL在較低濃度時(shí)可促進(jìn)系膜細(xì)胞合成膠原等細(xì)胞外基質(zhì)，但其降解卻減少，導(dǎo)致越來越多的細(xì)胞外基質(zhì)聚集于腎小球內(nèi)并損傷腎小球，對(duì)纖維化的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。ox-LDL[18-20]及某些細(xì)胞因子如PDGF、IL-1、FGF-β、ET、血栓素、表皮生長因子等均能刺激系膜細(xì)胞肥大并發(fā)生增殖，產(chǎn)生細(xì)胞間質(zhì)成分，誘導(dǎo)系膜細(xì)胞產(chǎn)生其他細(xì)胞因子，并相互影響，相互誘導(dǎo)，使系膜細(xì)胞不斷增殖，腎小球進(jìn)行性纖維化。

4.2 與細(xì)胞外基質(zhì)降解有關(guān)的因素

4.2.1MMPs MMPs是十分重要的降解細(xì)胞外基質(zhì)的蛋白酶類[21-22]，迄今已發(fā)現(xiàn)至少20種，根據(jù)其作用底物的不同可分為5類：間質(zhì)膠原酶(MMP-1、MMP-8)、明膠酶(MMP-2、MMP-9)、間充質(zhì)溶解素(MMP-3、MMP-7)、膜型MMPs(MMP-14、MMP-15)和其他類型。膠原酶主要降解Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅶ、Ⅷ型膠原，明膠酶降解Ⅳ、Ⅴ、Ⅶ型膠原，間充質(zhì)溶解素降解蛋白多糖、層粘連蛋白、FN、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原等，實(shí)驗(yàn)證明 MMPs 活性越低，細(xì)胞外基質(zhì)堆積越多，腎小球纖維化越明顯。

4.2.2纖溶酶原激活物抑制因子 纖溶酶原激活物/纖溶酶系統(tǒng)在絲氨酸蛋白酶類中占有重要地位，而絲氨酸蛋白酶系統(tǒng)又是細(xì)胞外基質(zhì)的降解酶之一，多種MMPs的活化均依賴?yán)w溶酶，從而使細(xì)胞外基質(zhì)降解加速，而PAI則是纖溶酶原激活物的有效生理抑制劑，能使纖溶酶原激活物失活，抑制其后的活化過程和級(jí)聯(lián)反應(yīng)，PAI水平升高和活性增強(qiáng)均能有效抑制細(xì)胞外基質(zhì)降解，PA和PAI之間的比例和平衡決定著細(xì)胞外基質(zhì)轉(zhuǎn)換的結(jié)局。

4.2.3基質(zhì)金屬蛋白酶抑制物(TIMPs) TIMPs是MMPs 的特異性抑制因子，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)4種，分別為TIMP-1～TIMP-4。實(shí)驗(yàn)證明，腎小球系膜細(xì)胞在生理狀態(tài)下可以表達(dá)TIMP-1、TIMP-2，而凝血酶能上調(diào)系膜細(xì)胞TIMP-1、TIMP-2 基因的表達(dá)，從而參與病理狀態(tài)下細(xì)胞外基質(zhì)的異常代謝過程。

5 結(jié)語

腎小球纖維化的發(fā)生發(fā)展是一個(gè)復(fù)雜的眾多因素共同參與的病理過程，這些相互作用、相互聯(lián)系的病理因素共同構(gòu)成了一個(gè)繁雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于系膜細(xì)胞是腎臟內(nèi)最主要的固有細(xì)胞，探討其在腎小球纖維化過程中的作用具有重要的臨床病理意義。當(dāng)前某些研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β等細(xì)胞因子及高血脂等各種病理因素通過系膜細(xì)胞導(dǎo)致腎小球纖維化的過程可能與某些相關(guān)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑密切相關(guān)，主要包括絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)途徑等。但由于在此方面的研究不夠充分，有關(guān)研究成果也不無矛盾之處。因此應(yīng)積極開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)研究，以便對(duì)系膜細(xì)胞與腎小球纖維化之間關(guān)系的未知問題進(jìn)行進(jìn)一步探索。

[1] 鄒仲之，李繼承.組織學(xué)與胚胎學(xué)[M].8版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2013：178-180.

[2] 李玉林.病理學(xué)[M].8版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2013：129-132.

[3] Abdelsamie SA,Li YCH,Huang Y,et al.Oxidized LDL immune complexes stimulate collagen IV production in mesangial cells via Fc gamma receptors I and III[J].Clinical Immunology,2011,139(3):258-266.

[4] Sanai T,Sobka T,Johnson T,et al.Expression of cytoskeletal proteins during the course of experimental liabetic nephropathy[J].Diabetologia,2000,43(1):91-100.

[5] Fadini GP,Tjwa M.A role for TGF-beta in transforming endothelial progenitor cells into neointimal smooth muscle cells[J].Atherosclerosis,2010,211(1):32-35.

[6] Barnes JL,Glass WF.Renal interstitial fibrosis:a critical evaluation of the origin of myofibroblasts[J].Contrib Nephrol.2011,169:97-123.

[7] Zeisberg M,Duffield JS.Resolved:EMT produces fibroblasts in the kidney[J].J Am Soc Nephrol,2010,21:1247-1253.

[8] Bondi CD,Manickam N,Lee DY,et al.NAD(P)H oxidase mediates TGF beta1-induced activation of kidney myofibroblasts[J].J Am Soc Nephrol,2010,21:93-102.

[9] Song CY,Kim BC,Lee HS.Lovastatin inhibits oxidized low-density lipoprotein-induced plasminogen activator inhibitor and transforming growth factor-β1 expression via a decrease in Ras/extracellular signal-regulated kinase activity in mesangial cells[J].Translational Research,2008,151(1):27-35.

[10] 趙青，陳楠，王偉銘，等.結(jié)締組織生長因子在腎間質(zhì)纖維化中的表達(dá)及其意義[J].腎臟病與透析腎移植雜志，2002，11(1):21-26.

[11] Mitra S,Goyal T,Mehta JL.Oxidized LDL,LOX-1 and Atherosclerosis[J].Cardiovasc Drugs Ther,2011,25(5):419-429.

[12] Imazu M,Ono K,Tadehara F,et al.Plasma levels of oxidized low density lipoprotein are associated with stable angina pectoris and modalities of acute coronary syndrome[J].Int Heart J,2008,49(5):515-524.

[13] Itabe H,Ueda M.Measurement of plasma oxidized low-density lipoprotein and its clinical implications[J].J Atheroscler Thromb,2007,14(1):1-11.

[14] Carracedo J,Merino A,Briceno C,et al.Carbamylated low-density lipoprotein induces oxidative stress and accelerated senescence in human endothelial progenitor cells[J].FASEB J,2011,25(4):1314-1322.

[15] Ishigaki Y,Oka Y,Katagiri H.Circulating oxidized LDL:a biomarker and a pathogenic factor[J].Curr Opin Lipidol,2009,20(5):363-369.

[16] Mitra S,Deshmukh A,Sachdeva R,Lu J,et al.Oxidized low-density lipoprotein and atherosclerosis implications in antioxidant therapy[J].Am J Med Sci，2011,342(2):135-142.

[17] Antonio G-M,Emilio R,Manuel C,et al.Relationship between serum levels of triglycerides and vascular inflammation,measured as COX-2,in arteries from diabetic patients:a translational study[J].Lipids in Health and Disease,2013,12:62-70.

[18] 姜曉剛.氧化低密度脂蛋白誘導(dǎo)系膜細(xì)胞周期變化[J].中國公共衛(wèi)生，2013，29(9):1378-1380.

[19] Nosadini R,Tonolo G.Role of oxidized low density lipoproteins and free fatty acids in the pathogenesis of glomerulopathy and tubulointerstitial lesions in Type 2 diabetes[J].Nutr Metab Cardiovasc Dis,2011,21(2):79-85.

[20] Hakim FA,Pflueger A.Role of oxidative stress in diabetic kidney disease[J].Med Sci Monit,2010,16(2):37-48.

[21] Hagemann C,Anacker J,Ernestus RI,et al.A complete compilation of matrix metalloproteinase expression in human malignant gliomas[J].World J Clin Oncol,2012,3(5):67-79.

[22] 宿曉東，石俊強(qiáng).基質(zhì)蛋白酶與腫瘤微環(huán)境的調(diào)節(jié)[J].濟(jì)寧醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，34(1)：71-73，75.