移植腎纖維化與TGFβ1-Smad/p38MAPK信號(hào)通路的研究進(jìn)展

汪緒祥，王鎖剛

(河南中醫(yī)藥大學(xué)a.第一臨床醫(yī)學(xué)院2017級(jí)碩士研究生；b.第一附屬醫(yī)院泌尿外科，鄭州 450003)

針對(duì)各種原因?qū)е履I臟功能衰竭，腎臟移植已成為終末期腎臟疾病(ESRD)的最佳治療方法。隨著腎移植技術(shù)、組織匹配和器官保存技術(shù)逐步改進(jìn)以及新型免疫抑制劑的應(yīng)用，圍術(shù)期并發(fā)癥和急性排斥反應(yīng)的發(fā)生率均大大降低，極大地增加了腎臟移植后的近期生存比率。造成慢性移植腎病(CAN)、使患者重返透析和再移植的主要原因是腎小管間質(zhì)和內(nèi)膜纖維化并最終導(dǎo)致腎衰竭[1]。腎臟纖維化的不可逆轉(zhuǎn)導(dǎo)致需要腎臟移植的患者人數(shù)增加，進(jìn)一步加劇了器官短缺的矛盾。研究移植腎纖維化的機(jī)制，尋找有效的措施來(lái)促進(jìn)和改善移植受體和移植腎的長(zhǎng)期存活是重要的研究課題。

1 移植腎纖維化在CAN發(fā)生發(fā)展中的作用

纖維化過(guò)程是一個(gè)復(fù)雜的病理過(guò)程，涉及多種常見(jiàn)因素，累及許多重要器官，如腎、肝、肺、心以及皮膚等。盡管纖維化疾病可以發(fā)生在不同器官中，但其發(fā)生過(guò)程卻非常相似。各種原發(fā)性和繼發(fā)性腎臟疾病可引起腎間質(zhì)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、成肌纖維細(xì)胞聚集、腎小管間質(zhì)細(xì)胞活化、腎小管上皮細(xì)胞肌細(xì)胞轉(zhuǎn)分化(TEMT)和凋亡。生長(zhǎng)因子與細(xì)胞因子失衡、血管活性物質(zhì)和纖維化細(xì)胞因子的過(guò)度表達(dá)、細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的產(chǎn)生增加共同導(dǎo)致正常的組織破壞，嚴(yán)重?fù)p害腎功能并最終發(fā)展為終末期腎病[2-3]。移植腎纖維化是慢性移植腎病的核心要素，也是判斷移植物損傷程度的重要指標(biāo)。但是與最初的腎纖維化相比，移植腎纖維化的影響因素更多，形成過(guò)程更為復(fù)雜。

2 移植腎纖維化的發(fā)生機(jī)制

腎小管間質(zhì)纖維化是最重要的間質(zhì)病變，是多發(fā)性CKD發(fā)展為終末期腎病的常見(jiàn)途徑。有研究[4]表明腎間質(zhì)成纖維細(xì)胞主要有3種來(lái)源：1)腎臟固有的間質(zhì)細(xì)胞；2)循環(huán)獲得的間充質(zhì)細(xì)胞；3)腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化而來(lái)。腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化在腎小管間質(zhì)纖維化中的作用越來(lái)越受到重視。腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)分化是指病理?xiàng)l件下腎小管上皮細(xì)胞外環(huán)境的失衡→上皮細(xì)胞形態(tài)表達(dá)抑制、成肌纖維細(xì)胞表型基因釋放→上皮細(xì)胞的基底膜被破壞，最終各種因素互相作用互為因果使得這些細(xì)胞失去其原始的上皮特性并變成間充質(zhì)表型。細(xì)胞失去了離子和液體的轉(zhuǎn)運(yùn)功能，并轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞，從而重塑了基質(zhì)。瘢痕的形成主要是由于成纖維細(xì)胞的作用使ECM過(guò)度聚集所致。腎小管間質(zhì)纖維化的病理生理過(guò)程主要包括細(xì)胞激活和損傷階段、纖維形成的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)階段、纖維形成階段和腎臟損害階段，這與瘢痕形成的機(jī)制非常相似。

移植腎間質(zhì)纖維化是由作用在移植腎上的多種致病因素共同導(dǎo)致的，導(dǎo)致腎功能下降，并逐漸發(fā)展為腎功能衰竭。腎功能惡化的程度與腎小球?yàn)V過(guò)率成正比。近年來(lái)研究[5-8]發(fā)現(xiàn)腎間質(zhì)纖維化的主要機(jī)制包括：激活腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞的轉(zhuǎn)分化、激活血管緊張素系統(tǒng)(RAS)和缺血缺氧，直到后期大多數(shù)移植的腎臟疾病都會(huì)有相應(yīng)的癥狀和體征。移植腎間質(zhì)纖維化是不可逆的、逐步的發(fā)展。因此，如何在確定病因后采取有效措施延緩腎間質(zhì)纖維化的發(fā)展已成為國(guó)內(nèi)外器官移植專家學(xué)者當(dāng)前研究的重點(diǎn)和難點(diǎn)。大量研究[9-11]表明，腎間質(zhì)纖維化的發(fā)病機(jī)制主要?dú)w因于腎間質(zhì)過(guò)剩中ECM的積累導(dǎo)致腎組織和結(jié)構(gòu)破壞，而這一切根本原因是各種致病因素和損傷后導(dǎo)致修復(fù)功能障礙引起的移植腎損害。移植腎纖維化可能是由于多種原因引起的，例如移植腎的內(nèi)在細(xì)胞和免疫細(xì)胞凋亡、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激反應(yīng)以及纖維化細(xì)胞因子失調(diào)。可以看出移植腎纖維化是多種因素共同作用的結(jié)果，涉及局部的微環(huán)境和全身的血液動(dòng)力學(xué)、免疫學(xué)、新陳代謝等多種因素，圍繞它的研究有利于揭示移植腎纖維的發(fā)生機(jī)制。

3 TGFβ1-Smad/p38 MAPK信號(hào)通路在移植腎纖維化形成中的作用

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β1(TGF-β1)是一種多功能生長(zhǎng)因子，由2個(gè)通過(guò)二硫鍵連接的分子量為12 500的亞基組成的二聚體。其在體內(nèi)可以通過(guò)腎小球系膜細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞和多種細(xì)胞合成并在許多生理過(guò)程中起著非常重要的作用，如細(xì)胞增殖、凋亡和ECM產(chǎn)生的調(diào)節(jié)。TGF-β的3個(gè)亞型(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)與Ⅱ型TGF-β受體結(jié)合，從而促進(jìn)Ⅰ型TGF-β受體的募集和酸化，最終激活下游通路。TGF-β亞型在結(jié)構(gòu)和生理功能上仍然存在矛盾或者重疊的方面，例如它可以促進(jìn)腫瘤的進(jìn)展。TGF-βR1激酶激活后→磷酸化受體調(diào)節(jié)的Smads(RSmads)→形成RSmads與常規(guī)Smads(Co-Smads)的寡聚復(fù)合物→寡聚復(fù)合物轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中→細(xì)胞核中作用調(diào)節(jié)靶基因的轉(zhuǎn)錄→激活抑制型Smads(I-Smads)，I-Smads對(duì)TGF-β信號(hào)傳導(dǎo)的傳遞產(chǎn)生負(fù)調(diào)控。在哺乳動(dòng)物中，Smad2和Smad3是TGF-β激活素特異性I-Smads，而Smad1/5/8是骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP)特異性R-Smads。有研究[12-15]表明TGF-β主要通過(guò)Smad3、COL1A2、COL3A1、COL5A1、COL6A1、COL6A3和COL2A1的啟動(dòng)子區(qū)域中的Smad3結(jié)合序列誘導(dǎo)ECM的積累，這可能取決于Smad3的作用導(dǎo)致TGF-β誘導(dǎo)的細(xì)胞外反應(yīng)。

TGF-β是調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)和轉(zhuǎn)化、促進(jìn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)(單核細(xì)胞，巨噬細(xì)胞，淋巴細(xì)胞)、刺激成纖維細(xì)胞分泌ECM成分、抑制膠原酶轉(zhuǎn)錄并增加金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPS)合成的多肽，其能降低基質(zhì)金屬蛋白酶2(MMP-2)、基質(zhì)金屬蛋白酶9(MMP-9)的活性并抑制ECM的降解，在腎間質(zhì)中ECM的沉積中起重要作用[16]。TGF-β超家族成員的受體包括Ⅰ型和Ⅱ型受體，并且屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶受體家族。在腎小管上皮細(xì)胞中，引起腎纖維化的TGF-β1的下游信號(hào)主要包括Smad蛋白/整合素連接激酶(Smad/ILK)、p38 MAPK和單體G蛋白/絲氨酸或蘇氨酸激酶(RhoA/Rock3)途徑。作為誘導(dǎo)EMT的最有效的細(xì)胞因子，TGF-β1主要通過(guò)TGF-β/Samd信號(hào)傳導(dǎo)途徑調(diào)節(jié)細(xì)胞核下游基因的表達(dá)[17]。

p38 MAPK(α、β、γ和δ)即絲裂原活化蛋白激酶途徑，是MAPK家族的成員，可以被各種環(huán)境應(yīng)激反應(yīng)和炎性細(xì)胞因子激活。其他MAPK級(jí)聯(lián)膜的近端成分是絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶(MAPKKK)，它是典型的MAPK激酶的激酶(MEKK)或混合譜系激酶(MLK)。MAPKKK磷酸化并激活MKK3/6，后者是p38MAPK激酶。MKK3/6也可以在凋亡因子的刺激下被凋亡信號(hào)調(diào)節(jié)酶1(ASK1)直接激活。p38 MAPK參與調(diào)節(jié)熱休克蛋白(HSP27)、MAPK活化蛋白激酶-2(MAPKAPK-2或者M(jìn)K2)、MAPK活化蛋白激酶-3(MAPKAPK-3或者M(jìn)K3)和其他幾個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，包括重組人活化轉(zhuǎn)錄因子-2(ATF-2)、重組人細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子-1(STAT1)、Max/Myc復(fù)合體、肌細(xì)胞增強(qiáng)因子-2(MEF-2)和ELK-1蛋白等[18]。

p38 MAPK途徑參與了糖尿病腎病發(fā)病的整個(gè)過(guò)程[19]。p38 MAPK途徑可以在高葡萄糖環(huán)境中直接激活，并與該途徑的上游因子TGF-β1相互作用。一方面，p38 MAPK信號(hào)通路可以增強(qiáng)TGF-β1的活性導(dǎo)致ECM中主要成分纖維連接蛋白(FN)的表達(dá)增加；另一方面，TGF-β1可以使p38MAPK自磷酸化并激活其下游轉(zhuǎn)錄因子環(huán)狀單磷酸腺苷結(jié)合蛋白(CREB)。CREB可以與下游FN激活結(jié)合使用，亞基上的環(huán)狀腺苷單磷酸反應(yīng)上調(diào)了FN mRNA的表達(dá)，從而增加了FN的表達(dá)，進(jìn)一步加重了腎纖維化的發(fā)生，最終導(dǎo)致了CKD[20]。因此，p38 MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路TGF-β1的相互作用在整個(gè)CKD腎纖維化的形成中起著重要作用。

TGF-β1/p38 MAPK通路的表達(dá)與腎纖維化密切相關(guān)，p38 MAPK蛋白是MAPK中的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，它可以激活核轉(zhuǎn)錄因子。TGF-β1與p38 MAPK有協(xié)同作用，TGF-β1可以增強(qiáng)p38 MAPK的生物學(xué)功能。在慢性腎間質(zhì)纖維化發(fā)展過(guò)程中，TGF-β1是腎間質(zhì)纖維化的主要激活劑，而p38 MAPK在細(xì)胞基質(zhì)和細(xì)胞核中含量豐富。在腎間質(zhì)纖維化中，p38 MAPK可以作用于TGF-β1途徑以促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化，兩者之間的相互作用抑制炎性介質(zhì)的產(chǎn)生和分泌，從而進(jìn)一步加重腎間質(zhì)纖維化程度，加重腎臟損害并促進(jìn)腎間質(zhì)纖維化的發(fā)展。腎間質(zhì)纖維化的預(yù)防和治療主要通過(guò)影響促纖維化因子的活性，阻斷TGF-β1和p38 MAPK途徑來(lái)影響腎間質(zhì)纖維化的進(jìn)展[21-25]。近年來(lái)，對(duì)移植腎纖維化的探索已進(jìn)入細(xì)胞分子科學(xué)的水平。由于上皮細(xì)胞周?chē)h(huán)境的變化以及導(dǎo)電通路之間的相互作用，各種導(dǎo)電通路的相互作用機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

4 移植腎纖維化的防治進(jìn)展

目前尚無(wú)真正有效的方法治療移植腎纖維化。因此，深入研究預(yù)防和治療腎纖維化的實(shí)用策略，積極控制腎纖維化的臨床進(jìn)展以及改善并延長(zhǎng)移植腎的長(zhǎng)期存活率已成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究腎纖維化的病理機(jī)制的重點(diǎn)和熱點(diǎn)。但是，目前在治療CAN的方法中尚無(wú)統(tǒng)一的臨床途徑，其主要的治療方法包括[26]：限制蛋白質(zhì)飲食、增加或減少環(huán)孢素(CsA)的劑量或使用他克莫司(FK506)替代CsA、調(diào)節(jié)激素和免疫抑制藥物的劑量、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑(ACEI)或血管緊張素Ⅱ受體拮抗劑(ARB)的應(yīng)用、調(diào)控血壓、調(diào)控血脂和抗凝等。然而，由于CAN的影響因素眾多、機(jī)制更為復(fù)雜，傳統(tǒng)的憑經(jīng)驗(yàn)增強(qiáng)的免疫抑制療法不能有效地預(yù)防CAN[27]。因此，深入研究實(shí)用的CAN綜合防治策略可以提高移植腎的長(zhǎng)期生存率，提高移植腎患者的生活質(zhì)量。

預(yù)防和治療CAN發(fā)展為終末期腎臟疾病是一個(gè)世界性的問(wèn)題。預(yù)防和治療CAN的主要措施是早期有效的藥物干預(yù)細(xì)胞轉(zhuǎn)導(dǎo)，以此抑制腎間質(zhì)和動(dòng)脈內(nèi)膜纖維化的發(fā)生。盡管免疫抑制療法取得了巨大的進(jìn)步，通過(guò)新的免疫抑制劑殺死淋巴細(xì)胞和抑制淋巴細(xì)胞的增殖和活化實(shí)現(xiàn)抗排斥，但尚未有效預(yù)防抗原依賴性和非抗原依賴性因子，并且大多數(shù)免疫抑制劑的價(jià)格昂貴、對(duì)CAN缺乏療效會(huì)引起嚴(yán)重的不良反應(yīng)，例如骨髓抑制、肝功能損害、感染、高血壓、高脂血癥和高血糖癥。

總之，目前尚無(wú)真正有效的CAN藥物治療方法，因此從源頭上探索預(yù)防和延緩腎纖維化移植和抑制CAN發(fā)生發(fā)展的有效策略是亟待解決的問(wèn)題。

5 展望

腎纖維化的移植在CAN的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。TGFβ1-Smad/p38 MAPK信號(hào)通路在腎纖維化發(fā)展中起重要作用，因此有必要尋找有效的藥物來(lái)調(diào)節(jié)TGFβ1-Smad/p38 MAPK信號(hào)，該途徑已成為治療CAN的研究目標(biāo)。若能夠緩解供體器官短缺的矛盾，為社會(huì)和患者節(jié)省大量的醫(yī)療資源和巨額資金，對(duì)于幫助建設(shè)和諧社會(huì)、健康中國(guó)具有重大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)意義。因此當(dāng)下及將來(lái)的目標(biāo)是：探索針對(duì)性強(qiáng)、療效確切、不良反應(yīng)少的新方法或者新藥，力求做到防治并舉并完善一整套在科學(xué)上可行、安全有效、易于掌握和低成本的方法并推廣應(yīng)用。