Fractalkine參與腎臟疾病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展①

付冬冬 尤燕舞

(右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，百色 533000)

FKN又稱CX3CL1，1997年由Bazan等[1]發(fā)現(xiàn)的一種 Ⅰ 型跨膜蛋白，是目前唯一被發(fā)現(xiàn)的CX3C類趨化因子。FKN主要以分泌型和膜結(jié)合型形式存在，分泌型FKN由去整合素域金屬蛋白酶對(duì)黏蛋白莖的基部進(jìn)行蛋白水解切割成可溶形式，對(duì)單核細(xì)胞、自然殺傷(natural killer，NK)細(xì)胞、T細(xì)胞等發(fā)揮黏附作用；膜結(jié)合型FKN通過(guò)黏附整合素非依賴性白細(xì)胞，協(xié)同TNF-α、IFN-γ、IL-1等炎癥因子發(fā)揮趨化作用[2]。FKN在腎臟中的表達(dá)主要位于血管內(nèi)皮細(xì)胞、腎小球內(nèi)皮和上皮細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞和系膜間質(zhì)細(xì)胞[3]。FKN與受體CX3CR1結(jié)合后參與多種腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展[4]，包括狼瘡性腎炎、糖尿病腎病、腎移植急性排斥反應(yīng)、IgA腎病、腎臟纖維化、腎腫瘤等。本文主要針對(duì)趨化因子FKN在多種腎臟疾病中的研究進(jìn)行綜述，為FKN在腎臟疾病靶向治療方面的研究提供參考。

1 Fractalkine的趨化和黏附作用機(jī)制

FKN與白細(xì)胞上的特異性受體結(jié)合后通過(guò)G蛋白偶聯(lián)受體機(jī)制引起黏附分子整合素蛋白家族活化[5]。趨化因子結(jié)構(gòu)域在膜結(jié)合黏蛋白樣莖的頂端部位起到黏附作用，減少蛋白聚糖類和其他黏附分子的聚集。FKN與受體CX3CR1結(jié)合后增加了與整合素的親和力，促使白細(xì)胞外滲[6]。FKN、細(xì)胞間黏附分子-1(ICAM-1)和血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)共同參與了內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促使細(xì)胞從血液內(nèi)遷移到組織中，增加了細(xì)胞黏附功能[7]。研究表明，F(xiàn)KN在炎癥組織中的表達(dá)可以誘導(dǎo)和激活NK細(xì)胞導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷[8]。病毒感染、細(xì)菌感染、局部缺血等都是可引起FKN、ICAM-1、VCAM-1表達(dá)量的增加因素。黏附分子和 FKN表達(dá)增加引起內(nèi)皮細(xì)胞之間NK細(xì)胞的黏附和遷移，加重炎癥反應(yīng)。FKN通過(guò)募集單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞在腎組織聚集，激活NF-κB信號(hào)通路，釋放IL-1、IL-6、TNF-α等炎癥因子促進(jìn)黏附因子(ICAM-Ⅰ)表達(dá)，促進(jìn)單核細(xì)胞發(fā)揮浸潤(rùn)黏附作用[7,9]；FKN通過(guò)TGF-β1通路誘導(dǎo)纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化、腎小球硬化和腎衰竭的發(fā)生[10,11]?？傊?，F(xiàn)KN趨化作用機(jī)制是活化黏附分子整合素蛋白家族，通過(guò)黏附白細(xì)胞、NK細(xì)胞等并誘導(dǎo)激活，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，協(xié)同ICAM-1、VCAM-1參與炎癥反應(yīng)(見圖1)。

2 FKN與腎臟疾病

2.1FKN與狼瘡性腎炎(lupus nephritis，LN) 狼瘡性腎炎是系統(tǒng)性紅斑狼瘡?fù)砥谧顕?yán)重、高致死率的并發(fā)癥之一[12]，其發(fā)病與免疫復(fù)合物在靶器官過(guò)度沉積、免疫細(xì)胞和細(xì)胞因子等數(shù)量和功能異常有關(guān)[13]。研究發(fā)現(xiàn)，LN患者腎小管中存在大量單核細(xì)胞浸潤(rùn)，F(xiàn)KN可能通過(guò)產(chǎn)生單核細(xì)胞誘導(dǎo)的細(xì)胞因子在腎小管上皮細(xì)胞損傷中發(fā)揮重要作用。在神經(jīng)精神性狼瘡患者外周血單個(gè)核細(xì)胞中CX3CR1 和FKN表達(dá)均顯著高于健康患者[14]。該課題組在臨床研究中發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照者相比，LN患者FKN mRNA水平顯著增高(Z=-7.165，P<0.001)，活動(dòng)性和有腎功能損害LN患者FKN水平更高(P<0.001)，與SLE疾病活動(dòng)性指數(shù)(systemic lupus erythematosus disease activity index-2000，SLEDAI-2K)正相關(guān)，與補(bǔ)體蛋白C3、C4負(fù)相關(guān)。這表明FKN參與LN發(fā)病機(jī)制，抑制FKN表達(dá)可以延緩LN病情進(jìn)展[15]。根據(jù)Tang等[16]研究結(jié)果表明，F(xiàn)KN通過(guò)TACE/TGF-β/EGFR通路參與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化過(guò)程，腎小管上皮細(xì)胞是腎臟上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化的重要源頭[17]，故推測(cè)FKN可通過(guò)調(diào)控多種信號(hào)途徑參與上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化，最終導(dǎo)致LN的發(fā)生。MRL/lpr小鼠被證實(shí)具有類狼瘡樣自身免疫性疾病的特征，常被用于研究LN的模型小鼠。本課題組研究發(fā)現(xiàn)，在12周齡雌性MRL/lpr小鼠腎組織中FKN存在高表達(dá)，主要在腎小球足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞胞漿中，經(jīng)雙氫青蒿素治療后FKN、NF-κBp65下降，同時(shí)尿蛋白水平降低，腎臟病變減輕[18]。Inoue等[19]研究發(fā)現(xiàn)，及時(shí)給MRL/lpr小鼠輸注FKN中和抗體，腎功能明顯改善，腎組織病理?yè)p傷減輕，包括腎小球細(xì)胞增生減輕，新月體減少或消失，腎小球硬化改善等。

圖1 腎臟損傷的炎癥和免疫機(jī)制模擬圖Fig.1 Inflammatory and immune mechanisms of kidney injury simulationsNote: →.Promote；.Inhibit.

2.2FKN與糖尿病腎病 糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病患者主要并發(fā)癥之一[20]，DN主要表現(xiàn)為微血管病變和炎癥反應(yīng)，以往認(rèn)為炎癥因子在腎小球局部浸潤(rùn)和腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生是DN病理變化中的主要因素。近年來(lái)，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)趨化因子在促進(jìn)DN的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。糖脂代謝紊亂、氧化應(yīng)激反應(yīng)和腎素血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensi system，RAS)活化等可刺激趨化因子FKN的高表達(dá)[21，22]。Fang等[23]研究結(jié)果表明，糖尿病患者晚期糖基化終產(chǎn)物的增加促使腎臟系膜細(xì)胞增生并引起FKN大量分泌，隨后FKN趨化黏附單核巨噬細(xì)胞沉積在腎小球系膜細(xì)胞區(qū)域，參與了糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展。當(dāng)腎臟處于炎癥狀態(tài)時(shí)，氧化應(yīng)激反應(yīng)被激活，大量增加的活性氧(reactive oxygen species，ROS)加重內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[24]。TGF-α、糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)等因子可促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中趨化因子FKN的表達(dá)[25]，刺激T淋巴細(xì)胞、中性粒細(xì)胞、單核巨噬細(xì)胞在腎間質(zhì)浸潤(rùn)參與早期糖尿病血管病變[26]。FKN能夠促進(jìn)單核細(xì)胞遷移并誘導(dǎo)細(xì)胞間的黏附，在糖尿病腎病動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)FKN/CX3CR1表達(dá)較正常對(duì)照組升高[11,27]。近年來(lái)Rutti等[28]研究首次發(fā)現(xiàn)，胰島細(xì)胞可以分泌FKN及其受體CX3CR1，F(xiàn)KN主要表達(dá)在非細(xì)胞中，CX3CR1表達(dá)在細(xì)胞中，F(xiàn)KN可以減少β細(xì)胞凋亡，并且抑制低葡萄糖刺激的人胰高血糖素的分泌，此外他們還發(fā)現(xiàn)FKN通過(guò)恢復(fù)胰島素分泌途徑中的關(guān)鍵蛋白表達(dá)和磷酸化過(guò)程來(lái)保護(hù)β細(xì)胞免受TNF-α的損害，這與之前的研究結(jié)果不一致，但在該研究中并未涉及腎臟組織病理變化。Song等[11]研究結(jié)果表明，12周齡的糖尿病CX3CR1 基因敲除小鼠與糖尿病野生型小鼠相比，腎臟炎癥及其纖維化、細(xì)胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)表達(dá)顯著降低。此外，喬青燕等[29]研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可以通過(guò)降低FKN蛋白水平起到保護(hù)高糖誘導(dǎo)的HK2細(xì)胞增殖。Li等[30]研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮ⅡA磺酸鈉通過(guò)調(diào)控wnt信號(hào)通路抑制高糖誘導(dǎo)的FKN表達(dá)而發(fā)揮抗炎作用。 這些研究結(jié)果表明FKN在糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。

2.3FKN與腎移植急性排斥反應(yīng) 急性排斥反應(yīng)(acute rejection，AR)是腎移植最常見的并發(fā)癥[31]，防治早期AR的發(fā)生直接影響腎移植成功率。腎小管單核細(xì)胞浸潤(rùn)和上皮細(xì)胞損傷是影響AR發(fā)生的主要因素。研究發(fā)現(xiàn)在腎移植AR中，趨化因子FKN表達(dá)增高，F(xiàn)KN通過(guò)激活T淋巴細(xì)胞，增加單核細(xì)胞和NK細(xì)胞在血管內(nèi)皮聚集浸潤(rùn)，導(dǎo)致血管內(nèi)皮損傷，同時(shí)，F(xiàn)KN介導(dǎo)白細(xì)胞黏附在腎小管中，進(jìn)一步加重了腎臟炎癥反應(yīng)。通過(guò)對(duì)腎移植患者腎小球PCR定量分析研究，結(jié)果表明在AR患者中FKN表達(dá)水平與其炎癥反應(yīng)嚴(yán)重程度呈正相關(guān)[32]。最新研究表明，AR患者尿液FKN表達(dá)水平明顯高于急性腎小管壞死和慢性移植腎病患者[33]。Zhang等[34]同樣發(fā)現(xiàn)，與非AR和健康對(duì)照患者相比，AR患者FKN、CX3CR1、CXCR3表達(dá)水平顯著增高，經(jīng)類固醇治療后，F(xiàn)KN表達(dá)水平降低。這些證據(jù)表明，F(xiàn)KN可作為預(yù)測(cè)腎移植AR的潛在因子，其具體作用機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

2.4FKN與IgA腎病 IgA腎病是全球最常見的原發(fā)性腎小球腎炎，約35%患者在20年內(nèi)可發(fā)展為終末期腎病，因此，在許多國(guó)家，IgA腎病被認(rèn)為是導(dǎo)致終末期腎病(end-stage renal disease，ESRD)的最重要因素。Otaka等[35]最近研究發(fā)現(xiàn)，在IgA患者扁桃體中CX3CR1+CD8+T細(xì)胞數(shù)量顯著增加，F(xiàn)KN趨化性也顯著增加，切除扁桃體后發(fā)現(xiàn)，T細(xì)胞浸潤(rùn)降低，血尿減少。Cox等[36]發(fā)現(xiàn)，與鏡下血尿患者相比，IgA腎病患者腎小球和尿液中FKN表達(dá)量顯著增高，此外，LPS可誘導(dǎo)IgA患者外周血單核細(xì)胞中CX3CR1的表達(dá)增加，IgA患者部分治療方式采用扁桃體切除術(shù)[37]，扁桃體器官內(nèi)單核細(xì)胞聚集可介導(dǎo)的免疫反應(yīng)，導(dǎo)致IFN-γ上調(diào)，B細(xì)胞活化因子增多，從而加速IgA的產(chǎn)生[38]。足細(xì)胞是位于腎小球基底膜外側(cè)一種高度分化終末固有細(xì)胞，損傷后可導(dǎo)致腎小球硬化和大量蛋白尿出現(xiàn)。FKN受體在足細(xì)胞中有表達(dá)，當(dāng)足細(xì)胞受損時(shí)，F(xiàn)KN表達(dá)水平增加，尤其是膜結(jié)合型FKN表達(dá)增加明顯。FKN在系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞中也有表達(dá)，并與病理學(xué)活動(dòng)指數(shù)密切相關(guān)。Kim等[39]研究發(fā)現(xiàn)，用anti-APRIL抗體干預(yù)IgA小鼠后，可顯著延緩IgA病程，降低IgA水平和減少腎小球內(nèi)IgA聚集，同時(shí)降低FKN/CX3CR1水平及其相關(guān)單核細(xì)胞介導(dǎo)的炎癥反應(yīng)。這些證據(jù)表明，F(xiàn)KN參與了IgA腎病發(fā)病機(jī)制。

2.5FKN與腎臟纖維化 腎臟纖維化是終末期腎臟病變的主要病理表現(xiàn)，腎間質(zhì)纖維化程度與腎功能水平密切相關(guān)。目前有研究表明，在腎間質(zhì)纖維化過(guò)程中FKN發(fā)揮重要作用[12,40]。約1/3腎間質(zhì)纖維化細(xì)胞由腎小管上皮轉(zhuǎn)分化而來(lái)，多項(xiàng)研究表明，F(xiàn)KN參與腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化過(guò)程。在腎臟纖維化炎癥過(guò)程中，近端腎小管細(xì)胞分泌的FKN可以促使白細(xì)胞聚集在腎間質(zhì)組織中。Koziolek等[41]發(fā)現(xiàn)，在腎纖維化患者腎臟中FKN/CX3CR1表達(dá)水平顯著高于無(wú)腎臟纖維化和非炎癥性腎病患者。有研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)介導(dǎo)TGF-β/Smad、NF-κB信號(hào)通路，誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉淀，同時(shí)，在梗阻性腎間質(zhì)纖維化大鼠模型中，腎間質(zhì)纖維化程度隨腎功能減退加重，F(xiàn)KN表達(dá)顯著增加，辛伐他汀干預(yù)后FKN/CX3CR1表達(dá)降低，腎間質(zhì)纖維化進(jìn)展程度降低，這表明FKN在腎間質(zhì)纖維化過(guò)程中發(fā)揮促纖維化的作用，其作用機(jī)制可能是FKN通過(guò)與受體CX3CR1結(jié)合后介導(dǎo)單核/巨噬細(xì)胞、T細(xì)胞、NK細(xì)胞等的黏附和趨化作用，同時(shí)協(xié)同TGF-β激活TGF-β1、血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)等炎癥因子進(jìn)一步表達(dá)，達(dá)到促纖維化作用。Kherbeck等[42]研究表明，F(xiàn)KN可促進(jìn)肺動(dòng)脈高壓動(dòng)物模型中血管平滑肌細(xì)胞增殖?？傊?，這些研究結(jié)果表明，F(xiàn)KN可能成為干預(yù)腎間質(zhì)纖維化的有效靶點(diǎn)。

2.6FKN與腎腫瘤 FKN不但通過(guò)黏附和趨化作用參與體內(nèi)炎癥反應(yīng)過(guò)程，而且在腫瘤的發(fā)生發(fā)展中也起著至關(guān)重要的作用。腎細(xì)胞癌的發(fā)生和轉(zhuǎn)移與腫瘤相關(guān)的血管生成相關(guān)，趨化因子及其受體可以通過(guò)調(diào)節(jié)血管生成的方式參與腎細(xì)胞癌發(fā)病機(jī)制[43]。趨化因子與其受體結(jié)合后通過(guò)激活下游信號(hào)通路，并與基質(zhì)細(xì)胞和腫瘤細(xì)胞相互作用，促進(jìn)腫瘤細(xì)胞增殖、侵襲、免疫逃逸及血管增生等[44]。Yao等[45]研究發(fā)現(xiàn)，與正常腎細(xì)胞相比，腎癌細(xì)胞系中FKN受體表達(dá)水平增高，F(xiàn)KN表達(dá)水平降低，且CX3CR1表達(dá)量越高，術(shù)后轉(zhuǎn)移率越高，隨后通過(guò)組織芯片研究顯示FKN在腫瘤組織中幾乎不表達(dá)，但在腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)現(xiàn)存在FKN的表達(dá)。此外，CX3CR1高表達(dá)與腎透明細(xì)胞癌預(yù)后密切相關(guān)。該課題組還發(fā)現(xiàn)，在腎細(xì)胞癌透明細(xì)胞中存在CX3CR1表達(dá)，并且FKN的表達(dá)能增強(qiáng)癌細(xì)胞的侵襲作用，F(xiàn)KN促使下游因子ERK1/2和Akt磷酸化，誘導(dǎo)癌細(xì)胞遷移。Hong等[46]研究發(fā)現(xiàn)，BALB/c小鼠C26腫瘤內(nèi)注射FKN腺病毒載體后，發(fā)現(xiàn)腫瘤生長(zhǎng)速度被顯著抑制，NK細(xì)胞明顯浸潤(rùn)，CD4+T淋巴細(xì)胞顯著增加。為了進(jìn)一步研究FKN在腫瘤細(xì)胞中的作用，該課題組用FKN腺病毒載體處理CD4-/-或CD8-/-小鼠B16F10腫瘤，結(jié)果顯示，CD4-/-小鼠抗腫瘤作用減少，CD8-/-小鼠抗腫瘤作用完全消失，這說(shuō)明FKN在體內(nèi)抗腫瘤作用主要依賴于CD8+T細(xì)胞。他們還發(fā)現(xiàn)，腫瘤組織中的FKN將表達(dá)CX3CR1的NK細(xì)胞募集到腫瘤組織中發(fā)揮裂解腫瘤細(xì)胞的作用，去除NK細(xì)胞導(dǎo)致抗腫瘤免疫應(yīng)答消失，這些結(jié)果證實(shí)FKN在T淋巴細(xì)胞和NK細(xì)胞介導(dǎo)的抗腫瘤過(guò)程中發(fā)揮重要功能。這些研究結(jié)果表明，F(xiàn)KN與腎腫瘤的轉(zhuǎn)移密切相關(guān)，通過(guò)抑制FKN受體或上調(diào)FKN表達(dá)的靶向治療可能是潛在的改善腎腫瘤的治療靶點(diǎn)。

3 展望

趨化因子FKN在多種腎臟疾病的發(fā)生發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，F(xiàn)KN與其受體結(jié)合后通過(guò)介導(dǎo)中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞、NK細(xì)胞等對(duì)腎組織血管內(nèi)皮細(xì)胞、上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞和系膜基質(zhì)等發(fā)揮免疫應(yīng)答反應(yīng)。本課題組先前研究表明，免疫抑制劑能夠顯著抑制FKN表達(dá)水平和相關(guān)信號(hào)通路活化[47]。FKN阻斷劑已被用于治療炎癥或免疫性疾病中，用抗FKN單克隆抗體治療膠原誘導(dǎo)關(guān)節(jié)炎小鼠后可以顯著改善關(guān)節(jié)炎病理評(píng)分并減少炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)[48]?？笷KN單克隆抗體也能顯著抑制新生小鼠骨的重吸收[49]。此外，更重要的是，第一種人源化抗FKN單克隆抗體E6011已被用于活動(dòng)性RA患者的1/2期臨床研究中[50]，該療法基于阻斷RA患者FKN的活性，這表明該治療也可用于其他炎癥或免疫性疾病中，例如LN。因此，我們需要更多的研究去探索FKN在腎臟疾病中的作用機(jī)制和治療策略。

在腎臟炎癥性疾病中FKN表達(dá)增高具有促腎臟疾病的作用，但在腎臟腫瘤發(fā)病過(guò)程中FKN表達(dá)減少，其具體作用機(jī)制還需進(jìn)行大量科學(xué)探索。疾病的發(fā)生是多種因素相互影響的結(jié)果，許多疾病之間相互關(guān)聯(lián)，F(xiàn)KN獨(dú)特的黏附和趨化特性與多種腎臟疾病的發(fā)病機(jī)制密切相關(guān)，這一特性也被認(rèn)為是一把雙刃劍，并為腎臟疾病發(fā)病機(jī)制和靶向治療提供新的視角。