線粒體功能障礙在急性腎損傷向慢性腎臟疾病轉變中的作用

張 欣，廖曉輝

(重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院 腎內科，重慶 400010)

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是一種以突發(fā)腎小球濾過率下降為特征的一種臨床綜合征，廣泛出現于腎缺血再灌注、膿毒血癥、聯合使用腎毒性藥物、使用造影劑和血壓過低等諸多危險因素后，其特征包括發(fā)病率高、病死率高，病因多樣、臨床缺乏有效的治療手段等。AKI是導致慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)的主要風險之一。傳統(tǒng)觀點認為，AKI發(fā)生后，如患者的腎功能指標恢復正常，即可以終止治療。而現在越來越多的觀點傾向于認為發(fā)生AKI的嚴重程度、頻率、持續(xù)時間，同時包括年齡、共病等臨床因素，與CKD發(fā)生的概率有一定的相關性，即使是最輕程度的AKI，也會導致患者后期CKD的發(fā)病概率升高[1]。然而，對于AKI患者，尤其是腎功能短期內可恢復正常的患者，其監(jiān)測及治療策略尚無共識，因此積極研究AKI向CKD轉換的機制并從中得到臨床監(jiān)測及用藥的啟發(fā)是十分有意義的。

AKI的病理特征是腎小管上皮細胞的損傷和死亡。在多數情況下，一部分腎小管上皮細胞受到了損傷，剩下存活的腎小管上皮細胞可進行去分化和增殖，逐漸代替受損的腎小管上皮細胞，從而恢復腎小管的完整性；在一些情況下，腎小管上皮細胞的修復可能不完全，這通常會導致以纖維化為特征的慢性腎病。本文將對AKI向CKD轉化的機制，特別是線粒體功能障礙相關機制作一綜述。

1 AKI后發(fā)生的CKD相關流行病學

AKI的住院總患病率的估計值在1%～66%[2]。從世界范圍內的 300多個ICU 67 033例患者的臨床資料中，得出ICU中AKI的總發(fā)病率為2.5%～92.2%[3]。所有AKI患者中約5%的患者需要腎臟代替治療[2]。

AKI后腎功能完全恢復正常的患者之后發(fā)生CKD的概率要明顯高于其他未發(fā)生過AKI的人群。在一個包含3 000余病例的多中心隊列研究中，對發(fā)生過AKI的患者的腎臟結局予以6至75個月的隨訪顯示，AKI后CKD和終末期腎病(end stage renal disease, ESRD)的發(fā)病率分別為25.8%和8.6%，遠高于未發(fā)生AKI的患者[4]。另有1項隨訪中位時間2.9年的臨床研究顯示AKI后CKD的發(fā)生率為17.8%[5]。因此，在臨床工作中，應該對AKI的治療及后續(xù)的隨訪工作更為重視。

2 AKI向CKD轉換的機制

AKI向CKD轉換的細胞和分子基礎非常復雜，涉及多種機制，包括細胞周期阻滯、腎小管的修復失調、間質炎性反應及炎性細胞浸潤、肌成纖維細胞募集和基質沉積直接導致的纖維化、自噬和衰老、血流動力學異常、內質網應激、補體的異常激活等[1,6-9]。單側缺血再灌注和反復小劑量順鉑干預兩種AKI-CKD模型中均證實T細胞、B細胞等炎性細胞大量浸潤慢性炎性反應的存在會導致腎功能不全和隨后的纖維化產生[10]。氯沙坦鉀可大大降低缺血再灌注AKI小鼠功能恢復后CKD的發(fā)生率和死亡率，證明了腎素-血管緊張素系統(tǒng)的過度激活導致的血流動力學異常對AKI-CKD轉換的推動作用，這一結論目前已在臨床研究中得到了初步驗證[11]。E3-泛素連接酶鼠雙微粒體2(murine double minute 2，MDM2)在順鉑暴露的AKI-CKD模型中，從細胞核穿梭至細胞膜導致了p53升高、細胞周期G2/M阻滯，進而參與了AKI后CKD的發(fā)生[12]。

3 線粒體功能障礙在AKI向CKD轉變中起到了重要作用

腎臟是全身線粒體密度最高的器官，腎臟約耗人體10%的總氧，而質量僅占體質量的0.5%左右，可以說線粒體作為細胞有氧呼吸、能量供應及代謝的中心，其功能對腎臟健康有至關重要的作用。

長期觀察缺血再灌注損傷大鼠模型，其部分近端腎小管上皮細胞不能再通過分化恢復正常功能，而是增殖停滯、萎縮，萎縮的腎小管在病理學上表現出促生長肽產生的增加、間質成纖維細胞的增殖和愈加明顯的纖維化。對萎縮的腎小管進行觀察、檢測，其細胞內的線粒體數目明顯減少、嵴丟失、自噬溶酶體變大、質量持續(xù)喪失，同時大鼠腎臟組織中氧化劑敏感線粒體蛋白MPV17L大規(guī)模丟失，缺氧標志物的表達升高及乳酸、丙酮酸等糖酵解產物的含量也增加，提示了AKI后線粒體耗竭導致了代謝的不可逆轉性，從而促進了早期纖維化的產生[13]。

3.1 AKI后線粒體損傷導致的氧化應激反應促進了CKD的發(fā)生

腎臟近端小管細胞是僅依賴于有氧代謝的高代謝細胞，其能量供應主要來源于大量線粒體中的脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，FAO)，在不同類型的AKI中FAO關鍵酶和調節(jié)因子的表達降低，導致氧化應激的發(fā)生，表現為近端腎小管細胞脂質積聚、ATP耗竭，最終導致腎臟的纖維化[14]。磷酸吡哆醛、褪黑激素及茯苓酸A可降低細胞的氧化應激反應，均能使缺血再灌注AKI動物模型的遠期腎功能明顯恢復，同時能顯著降低腎臟纖維化水平[15-16]。

3.2 AKI后線粒體損傷通過直接介導炎性反應促進了CKD的發(fā)生

線粒體功能障礙可以啟動調控內含核苷酸結合域、富含亮氨酸重復序列家族、嘧啶域的NLRP3[NOD(nucleotide binding oligomerization domain)-like receptors(NLRP3)]炎性小體，直接導致炎性反應發(fā)生[17]。除此之外，AKI受損的線粒體釋放如活性氧、DNA和心磷脂等危險因子，這些分子可導致NLRP3炎性反應活化和白細胞介素-18(interleukin-18，IL-18)、白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)的上調；這些炎性因子表達的持續(xù)增加，在缺血后1個月才開始出現，僅予以有絲分裂保護劑(SS-31；依拉米普利)治療，所有炎性反應標志物的表達水平均有改善[13]。線粒體DNA與內質網膜分子可產生相互作用，也稱為細胞器串擾，也可直接觸發(fā)AKI腎小管炎性反應的進展，作為一種新的炎性途徑促進CKD的進展[18]。

3.3 AKI后線粒體損傷通過介導細胞凋亡促進CKD的發(fā)生

在缺血再灌注小鼠模型中觀察到了線粒體通透性轉換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)的開放和隨后的細胞死亡，親環(huán)素D(CypD)是mPTP的重要組成部分，p53-CypD復合物與細胞死亡有關，通過進一步的體外實驗，驗證了p53-CypD復合物通過mPTP開放介導腎小管細胞凋亡的假說[19]。

4 臨床研究方向

目前尚無達成共識的臨床藥物用于治療或預防AKI向CKD的轉化。有觀點表明在AKI急性期后使用RAAS受體阻滯劑可以預防遠期CKD的進展，但目前尚需要更多的臨床證據支持這一觀點[11]。針對上皮間質轉化-miRNA(EMT-miRNA)對AKI向CKD的推動作用，miR-101a-3p (或其模擬物)的過表達可以減輕腎組織損傷的程度[20]。人脂肪源性間充質干細胞(human adipose-derived mesenchymal stem cells，hADMSCs)在缺血再灌注小鼠模型中證實有預防AKI-CKD轉變的切實效果[21]。?；侨パ跄懰?tauroursodeoxycholic acid，TUDCA)和4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid，4-PBA)的可抑制缺血后腎臟的內質網應激，從而阻止AKI小鼠向CKD進展[7]。生長因子，如表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)、胰島素樣生長因子(epidermal growth factor,IGF)和轉化生長因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)等近期也被作為治療AKI和AKI-CKD轉變的治療靶點[22]。

在抑制線粒體功能障礙方面，除了上文提到氧化應激抑制劑磷酸吡哆醛、褪黑激素、茯苓酸A等，N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-cysteine,NAC)等，魚藤酮也可以通過直接保護線粒體，有效阻止AKI向CKD的進展[23-24]。CypD抑制劑環(huán)孢霉素A或siRNA可通過抑制ATP耗竭的HK-2細胞中mPTP的開放，阻止線粒體膜去極化和減少凋亡,從而達到腎臟保護作用[19]。

5 問題與展望

由于AKI病因的多發(fā)性和機制的復雜性，目前對于AKI的治療仍缺乏突破性進展，尤其是距離大范圍的臨床應用仍有一段距離，包括本院課題組對肝再生增強因子可通過調節(jié)線粒體動力學、促進線粒體生物發(fā)生減輕腎小管細胞急性期的損傷。

在近年越來越認識到AKI后CKD的發(fā)生，應該將AKI治療藥物效果的隨訪時間延長，以遠期腎臟情況的預后而不是一時的檢驗學結果來評估AKI的治療效果。因此，需要進一步研究AKI向CKD進展的機制，特別是線粒體相關機制，為臨床減少AKI后CKD、ESRD的發(fā)生，提供更多潛在治療靶點。

短篇綜述