急性腎損傷修復與治療干預

董建華 綜述 李世軍 審校

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·腎臟病基礎·

急性腎損傷修復與治療干預

董建華 綜述 李世軍 審校

急性腎損傷修復是一個復雜的病理生理過程，對其機制的理解，有助于尋找更好的治療方法。本文將概述急性腎損傷修復機制、生物標志物、靶向治療和影響因素，以提高對急性腎損傷修復最新理論和治療方法的認識。

急性腎損傷 生物標志物 修復

急性腎損傷(AKI)是一種常見的以腎功能快速下降及代謝廢物蓄積為表現(xiàn)的臨床綜合征。根據(jù)臨床上最新的以血清肌酐及尿量為基礎的改善全球腎臟疾病預后組織(KDIGO)標準，約40%的危重癥患者受到AKI影響，約20%的維持性腎臟替代治療的終末期腎病患者與AKI有關[1]。缺血再灌注損傷、腎毒素和膿毒癥是引起AKI的主要原因，與微循環(huán)障礙和腎小管上皮細胞功能障礙有關。AKI腎組織修復機制復雜，涉及上皮細胞、內皮細胞、炎性細胞和基質，使得用生物標志物反映損傷和修復變得很困難。本文將對AKI修復機制、生物標志物、靶向治療和影響因素進行概述，以提高對AKI修復的認識。

AKI修復機制

腎臟有顯著的修復和再生能力，AKI后腎功能可完全恢復。在急性缺血性腎損傷動物模型中，近端腎小管上皮細胞增生明顯[2]。AKI后增生的腎小管上皮細胞來源成為研究AKI修復的關鍵。Duffield等[3]利用表達增強型綠色熒光蛋白(EGFP)基因的嵌合體小鼠，發(fā)現(xiàn)骨髓來源細胞對缺血性腎損傷后上皮細胞的修復無明顯作用。隨后Humphreys等[4]使用遺傳圖譜和轉基因小鼠標記腎小管上皮細胞，發(fā)現(xiàn)殘存的上皮細胞再生是修復缺血性腎損傷的主要機制。與之相反，有學者提出可能存在具有高再生潛能和抗凋亡的特異性腎小管細胞亞群，也稱為散在腎小管上皮細胞或近端小管罕見細胞，這些細胞可能是一種特定的腎小管干細胞群[5]。為此，Kusaba等[6]和Berger等[7]分別利用轉基因小鼠標記這些腎小管細胞群，得出相同的結論，即散在腎小管細胞不是干細胞群，顯性細胞幾乎可以是任何近端腎小管細胞(圖1)。腎小管上皮細胞可轉換到一個共同的損傷反應程序，在腎小管細胞去分化的過程中，尚存的上皮細胞會重新填充缺損的細胞。

圖1 急性腎損傷修復模式圖模式1：腎小管干細胞(白色)增殖、分化；模式2：腎小管上皮細胞(藍色)去分化、遷移、增殖和再分化；但最終的實驗結果顯示殘存的腎小管上皮細胞再生是腎損傷修復的主要機制

AKI修復是一個復雜的分子生物學過程，對其分子和細胞基礎所知甚少，目前研究進展包括損害相關分子模式、腎巨噬細胞/樹突狀細胞、細胞周期調控等方面。AKI伴隨的無菌性炎癥反應可致腎小管損傷。損傷的腎小管細胞釋放細胞內因子致免疫細胞激活并產(chǎn)生炎癥介質(也稱損害相關分子模式，DAMPs)。DAMPs可激活一系列模式識別受體，如腎小管上皮細胞上的Toll樣受體4(TLR4)。最近一項研究闡述了TLR4和白細胞介素22(IL-22)在腎臟修復中作用[8]。在腎損傷早期阻斷TLR4可抑制IL-22產(chǎn)生，而在腎損傷修復期阻斷TLR4亦會抑制IL-22產(chǎn)生和腎小管細胞再生。結果顯示TLR4通過刺激單核巨噬細胞分泌IL-22，促進缺血腎損傷修復。

巨噬細胞在腎臟修復中可表現(xiàn)出不同的功能，包括促炎癥反應(M1或經(jīng)典激活)和組織修復(M2 或選擇性激活)。有學者研究了腎巨噬細胞/樹突狀細胞在AKI修復中的作用，發(fā)現(xiàn)抑制巨噬細胞集落刺激因子-1信號通路，會阻斷巨噬細胞/樹突狀細胞增殖，降低M2極化，抑制腎功能恢復[9]。結果顯示可調節(jié)腎巨噬細胞/樹突狀細胞增殖和極化的集落刺激因子1對腎小管上皮細胞再生起重要作用。

細胞周期調控在AKI修復中起重要作用[10]。腎臟缺血性損傷24h內，腎小管上皮細胞會經(jīng)歷細胞凋亡和壞死；幸存下來的細胞，通常是處于靜止期的近端小管上皮細胞，增殖并進入細胞周期。在缺血后炎癥環(huán)境中，增殖細胞對基因毒性應激非常敏感。進入細胞周期，依次激活周期蛋白依賴性蛋白激酶(Cdks)4/6和2，并合成檢控蛋白，包括p21。這種損傷后再次進入細胞周期被看作是一種保護性反應。既往的研究表明，Cdk抑制劑p21表達會減輕損傷，p21超表達或使用其它蛋白酶抑制劑可以預防缺血性細胞死亡。因此，Cdk2 或 Cdk4/6 抑制劑瞬時表達代表了一種提高腎臟修復能力的新策略，既能預防早期腎小管細胞死亡，也能增強受損腎小管增殖修復。

AKI修復的生物標志物

目前有很多腎損傷早期的尿液生物標志物用于評估AKI，而反映腎組織修復的生物標志物卻很少。腎臟修復時，殘存的上皮細胞沿基底膜分化、遷移并增殖，以恢復細胞數(shù)目，然后再分化，使腎單位完全恢復。尿沉渣中有絲分裂的腎小管上皮細胞是一種簡單的標記物，可以反映腎小管細胞增殖。反映上皮細胞增殖的蛋白質可能成為腎臟修復的生物標志物。研究發(fā)現(xiàn)[11]，尿中金屬基質蛋白酶-2(TIMP-2)和胰島素樣生長因子結合蛋白7(IGFBP7)增加可作為早期預測AKI的生物標志物，其尿中濃度下降是腎功能恢復的強預測因子。由于TIMP-2和IGFBP7可誘導增殖細胞在細胞周期G1停滯，參與AKI早期損傷階段，故尿中TIMP-2和IGFBP7濃度下降意味著細胞增殖修復開始。腎小管上皮細胞刷狀緣表達的2a型鈉磷協(xié)同轉運蛋白(NaPiT2a)也可能成為腎臟修復的生物標志物。尿毒癥小鼠模型中，近端腎小管細胞表達的NaPiT2a降低，隨著腎臟缺氧改善，NaPiT2a的表達也隨之增加[12]。因此，如果尿中NaPiT2a水平增加，說明腎小管刷狀緣在恢復。尿中有很多由腎小管上皮細胞分泌的直徑小于100 nm的小泡，稱為外泌體，其中含有很多與疾病相關的蛋白，為AKI診斷提供了重要的疾病標志物來源。例如，AKI患者外泌體中胎球蛋白-A水平增加，可作為腎損傷的生物標志物，但暫不清楚胎球蛋白-A在腎臟修復過程中的變化[13]。

目前很難區(qū)分治療AKI是加速腎臟修復，還是限制腎損傷，顯然減少初始腎損傷可促進腎臟更好的修復。在實驗中，腎損傷時間是可知的；因此，比較修復后腎小球濾過率(GFR)與初始損傷前的GFR，可以區(qū)分不同治療方法對AKI的效果。但在臨床中，損傷結束或修復開始的時間往往是未知的，確定腎損傷時間是一個難題。因此，腎臟修復相關生物標志物在AKI中的應用非常重要。

AKI修復的腎功能評價指標

AKI修復包括腎臟結構和功能的恢復。目前尚沒有最佳的生物標志物評價腎臟修復，只能通過評估血清肌酐的變化反映GFR。血清肌酐是一種不敏感的AKI生物標志物，即使血清肌酐降至正常范圍，也不能反映全部腎臟組織結構和功能恢復。AKI修復的目標是腎功能完全修復(CFR)，包括腎血流灌注、GFR和腎小管功能。然而，目前幾乎所有的臨床研究只涉及GFR，而CFR包含的范圍更廣泛，如尿濃縮功能、腎小管周圍毛細血管密度等。目前尚不明確CFR的發(fā)生率，治療干預對CFR的影響，及腎功能不完全修復時的后果，故需要生物標志物評價AKI患者腎功能的變化。

腎血流灌注恢復依賴于腎血流量(RBF)和微循環(huán)功能改善。目前一些技術手段已經(jīng)用來評估RBF和微血管組織氧合功能。超聲造影技術已廣泛應用氣體微泡造影劑來評估心肌灌注，同時也用于檢測健康人群的腎功能儲備，診斷腎動脈狹窄、移植腎灌注異常及評估ICU患者潛在的AKI風險[14]。磁共振成像是一種利用脫氧血紅蛋白的順磁性原理，快速評價腎組織氧利用的非侵入性方法。有研究已應用核磁共振成像比較移植腎腎功能正常時和排斥反應急性腎小管壞死時的區(qū)別[15]。正電子發(fā)射斷層掃描和光譜分析也可用于評估RBF和腎組織氧利用[16-17]，但都需要更多的臨床研究驗證。菊粉、碘酞酸鹽或碘海醇等是測定腎小球濾過功能理想的外源性物質，其血漿清除率可準確反映GFR，但操作過程非常繁瑣，在臨床實踐中受到限制。目前一種便攜式光纖熒光分析儀可快速測量實驗動物GFR，與碘海醇測定結果一致[18]。這項技術在AKI中有廣泛的應用前景，但仍需要臨床研究證實其有效性和安全性。腎小管是AKI最常見的受損部位。小分子蛋白尿、腎性糖尿、腎小管酸化和濃縮功能等是評估腎小管功能的常用指標，卻很少有研究使用這些指標評估AKI腎功能的恢復情況?？傊?，腎功能恢復的生物標志物應反映RBF、腎組織氧利用、GFR和腎小管功能，需要結合影像學、功能性研究及前瞻性研究，尋找最佳生物標志物來評估AKI修復。

AKI治療靶目標

骨髓間充質干細胞(MSCs)遷移到受損的腎臟組織，并釋放細胞因子，包括基質衍生因子1及其受體CXCR、肝細胞生長因子(HGF)及其受體c-met、血管內皮細胞黏附信號(如 VLA-4/VCAM-1)，以及基質黏附信號(如CD44-依賴透明質酸作用)。研究表明植入的MSCs不會直接分化為成熟的腎小管上皮細胞[19]。MSCs通過旁分泌調節(jié)受傷的小管細胞的去分化、遷移、增殖和再分化，以恢復腎臟穩(wěn)態(tài)。AKI動物模型腹腔注射和靜脈注射MSCs腎臟修復效果相同，說明組織修復通過旁分泌機制調節(jié)[20]。MSCs釋放的細胞因子會促進腎小管增殖、觸發(fā)血管生成，如堿性成纖維細胞生長因子(bFGF)、IL-6、 HGF、轉化生長因子β(TGF-β)、表皮生長因子(EGF)、基質衍生因子1、血管生成素1、紅細胞生成素(EPO)、血管內皮生長因子(VEGF)和胰島素樣生長因子(IGF)等。敲除VEGF或IGF的AKI模型會降低MSCs的修復作用[21-22]。MSCs釋放的其他因子，如前列腺素(PGE2)、IL-10、一氧化氮(NO)和血紅色氧化酶1(HO-1)等，產(chǎn)生抗炎和免疫調節(jié)的作用，抑制樹突狀細胞分化或激活，抑制CD4+/CD8+T細胞增殖/細胞因子釋放，以及刺激調節(jié)T細胞[23]。在臨床應用中，需警惕MSCs惡性分化、腫瘤和超免疫抑制等副作用；同時比較骨髓MSCs與脂肪組織、臍帶血等分離的MSCs治療效果，識別MSCs旁分泌釋放的細胞因子。研究顯示MSCs來源的胞外囊泡，可能通過蛋白質和基因物質直接影響鄰近細胞的生物學行為，故胞外囊泡可通過mRNA和微小RNA轉移，誘導腎臟修復[24]。

腎組織修復與腎小管上皮細胞增殖和血管內皮細胞形成有關。新近的研究已經(jīng)確定在缺血再灌注和膿毒癥所致AKI中存在新的潛在治療目標。巨噬細胞可調節(jié)AKI修復，巨噬細胞在缺血的腎組織聚集，盡管在早期會加強炎癥反應，但在后期它們通過吞噬細胞碎片和其他機制促進修復。例如，巨噬細胞分泌Wnt7b促進腎小管上皮細胞增殖[25]。上皮細胞、內皮細胞潛在治療靶目標匯總在表1和表2[26]。

AKI修復的影響因素

影響AKI修復的因素包括疾病因素和患者因素。有證據(jù)表明引起AKI的病因是腎功能恢復的重要影響因素。Amdur等[27]發(fā)現(xiàn)，急性腎小管壞死比病因不清的AKI更容易發(fā)展至慢性腎功能不全。多種致病因素比單一病因(如缺血)引起的AKI進展為CKD的機率更高(38% vs 5%)[28]。膿毒癥所致AKI的病死率高、住院時間長，需要腎臟替代治療的比例高(71%)；然而，這類型的AKI腎功能恢復速度卻更快，也更易擺脫腎臟替代治療[29]。

表1 上皮細胞的修復靶目標

AKI:急性腎損傷;CKD:慢性腎臟病

表2 內皮細胞的修復靶目標

SIRT1：沉默信息調節(jié)子1

年齡和并存疾病可能是影響AKI修復的重要患者因素。衰老本身會促進AKI進展、延緩腎功能的恢復，包括氧化應激、細胞衰老、細胞凋亡增加、上皮細胞增殖下降等。老年人發(fā)生AKI的因素一般涉及多種病因，如膿毒癥、腎毒性藥物、低灌注及尿路梗阻等。年齡是否是影響AKI恢復的危險因素，目前仍存在爭議。對行腎臟替代治療的AKI患者進行Meta分析發(fā)現(xiàn)，老年患者腎功能恢復率較年輕患者低50%[30]。相反，另一項研究中[28]，425例AKI患者中，腎功能完全或部分恢復者在年齡方面并沒有顯著差異。老年AKI患者腎功能恢復效果好可能與此項研究納入患者均排除了腎臟基礎疾病有關。目前不能完全明確老齡是AKI恢復的危險因素。一項大型隊列研究發(fā)現(xiàn)，充血性心衰和糖尿病是影響AKI恢復的高危因素[31]。

小結：AKI修復的分子生物學機制復雜，涉及腎小管上皮細胞、炎性細胞、細胞因子等方面，傳統(tǒng)的生物標志物(如GFR)已不能準確反映AKI及其修復過程中腎臟結構和功能的變化，TIMP-2、IGFBP7等標志物可有助于定位腎臟修復過程，為臨床評估腎臟修復提供更好的方法。骨髓間充質干細胞可作為靶向治療的新方法，腎小管上皮細胞、內皮細胞和巨噬細胞等均可成為促進AKI修復的新靶點。

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(本文編輯 律 舟)

Repair and targeted therapy after acute kidney injury

DONGJianhua,LIShijun

NationalClinicalResearchCenterofKidneyDiseases,JinlingHospital,NanjingUniversitySchoolofMedicine,Nanjing210016,China

Acute kidney injury (AKI) repair is a complicated process of molecular biology, and the understanding of the mechanism, can be used to guide therapeutic strategies aimed at accelerating this process. In order to improve the latest theory and treatment of AKI, we review very recent discoveries in this area, including mechanisms of repair, kidney repair biomarkers, targeted therapy and influencing factors.

acute kidney injury biomarker repair

10.3969/cndt.j.issn.1006-298X.2017.03.015

南京軍區(qū)南京總醫(yī)院腎臟科 國家腎臟疾病臨床醫(yī)學研究中心 全軍腎臟病研究所(南京，210016)

2016-10-03