肾间质纤维化发生机制的研究进展

李 锋

（山东省枣庄市立医院肾内科，山东 枣庄 277100）

肾脏纤维化是指在各种致病因子如炎症、损伤、药物等的作用下，间质细胞及细胞间质增多，尤其是基质蛋白合成增加、基质降解受抑制造成细胞外基质（extracellular matrix，ECM）的大量堆积导致的肾小球硬化和小管间质的纤维化。它是肾脏疾病进展至终末期肾衰竭的共同病理表现。目前的研究证实，肾脏间质纤维化程度与肾功能减退的相关性，比肾小球硬化与肾功能减退的相关性更为密切[1]。因此，肾间质纤维化越来越受到人们的重视。进一步研究肾间质纤维化的分子机制，探索有效的防治措施，对延缓终末期肾脏疾病（Endstage renal disease，ESRD）的进程，延长患者寿命意义重大。肾间质纤维化的发病机制非常复杂，目前尚未完全清楚，因此，围绕肾间质纤维化的发病机制和防治方面的研究近年来倍受重视。本文综述了近些年来以转化生长因子β1（TGF-β1）、基质金属蛋白酶抑制物（tissue inhibitors of metallopro-teinase，TIMP）、纤溶酶原激活物抑制（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）等为主的致纤维化因子的相互作用机制。

1 肾小管间质纤维化与多种细胞（如间质成纤维细胞，肾小管上皮细胞等）转变或转分化为肌成纤维细胞有关。

近年来人们发现，转分化机制是肌成纤维细胞（myo-fibroblast，Myo-FB）的主要来源途径，也是一重要的致纤维化机制。转分化是指一种细胞失去其特有的表型，获得新的表型，转化为另一种细胞的过程。转分化的特点是细胞发生了形态、表型及功能的改变。近年来研究证实肾脏中的固有细胞如成纤维细胞、肾小管上皮细胞等可转分化为Myo-FB，在肾脏纤维化的发展中发挥重要作用。成纤维细胞是间质内主要肾脏固有细胞之一，是肾间质纤维化过程中最主要的ECM分泌细胞，因而在疾病过程中起重要的作用。在肾间质纤维化过程中 ，其特性可发生改变，如发生表型转变，表达α-平滑肌肌动蛋白（α-SMA），细胞表现为增生能力增强、ECM表达、分泌能力增强。研究表明，外源性的重组结缔组织生长因子（CTGF）和转化生长因子β1（TGF-β1）联合刺激成纤维细胞后，Myo-FB 的表面标记蛋白α－SMA水平显著增高，并增加了以纤维粘连蛋白（fibronetion，FN）为代表的ECM的分泌。表明CTGF和TGF-β1联合刺激了Myo-FB的产生。另外，多种促进成纤维细胞向Myo-FB转化的物质在体外也已经确定，如TGF-β、血小板源生长因子（PDGF）、白细胞介素21（IL21）等[2]，但对于体内肾成纤维细胞的转化过程所知不多，肾小管上皮细胞也可转分化为Myo-FB。有研究，以腺嘌呤150mg/（kg·d）灌胃，连续17周，制作大鼠肾小管间质纤维化模型。偏振光显微镜观察发现，随着病变的进展，间质中以Ⅰ型和Ш型胶原为主的大量胶原纤维增生，并逐渐加重。免疫组化结果显示，损伤的肾小管上皮细胞内逐渐出现间胚叶性标记物α-SMA 和波形蛋白（vimentin）的阳性表达。透射电镜下可见肾小管上皮细胞内原纤维出现以及突破基底膜游离到肾间质中，并与肾间质中的间质细胞、胶原纤维混合存在。证明了在大鼠肾间质纤维化的发生过程中，受损并处于再生状态的肾小管上皮细胞有向Myo-FB等间胚叶细胞转化并产生ECM的功能。同样，Yang等[3]用TGF-β诱导人类近端小管上皮细胞（proximal tubular cells，PTC），观察到细胞形态由典型的鹅卵石状变为长梭形似成纤维母细胞。他们认为肾小管上皮细胞-肌纤维母细胞转分化（epithelial-myofibroblast trans-differentiation，EMT） 需经历如下重要的步骤：①上皮细胞标志物 E-钙黏蛋白 E-cadherin）的丢失；②胞浆内出现大量的（α-SMA+）微丝，肌动蛋白骨架结构发生改变等；③小管基底膜发生崩解；④细胞迁移进入基质。其次，在探讨慢性马兜铃酸肾病肾小管上皮细胞转分化与肾间质纤维化的关系时也发现：慢性马兜铃酸肾病患者的肾小管上皮细胞可转分化为Myo-FB，参与肾间质纤维化。而这种转分化很可能与其自身高表达TGF-β1相关。此外，体外培养的正常人近端肾小管上皮细胞系（the normal human kidney proximal tubular cell line，HKC）在低血清、高糖、高白蛋白直接作用下，也发生了上皮向间胚叶的表型转化。这些都证实了上皮细胞的确可以转分化为Myo-FB。肾间质成纤维细胞、肾小管上皮细胞等，转分化为Myo-FB 后，Myo-FB大量生成ECM，包括胶原、糖蛋白及蛋白聚糖，并分泌基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）抑制物，如纤溶酶原激活物抑制（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）与基质金属蛋白酶抑制物（tissue inhibitors of metallopro-teinase，TIMP），使 MMP的降解活性下降，ECM生成大于降解，从而导致肾小管间质纤维化。

2 肾小管间质纤维化与某些血管活性物质和细胞因子（如AngⅡ，TGF-β1，CTGF等）的参与有关

2.1 血管紧张素Ⅱ（angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ）作为肾素-血管紧张素系统（RAS）中最主要的血管活性肽，Ang Ⅱ除了本身血流动力学作用和对细胞生长的促进作用外，还可直接作用于肾间质纤维化的主要效应细胞，如Ang Ⅱ可促进肾间质成纤维细胞增生及纤溶酶原激活抑制物的表达，并可刺激肾小管上皮细胞（TEC）产生TGF-β1。研究结果显示，抑制RAS的药物能延缓肾小管间质纤维化及间质微血管病变，并改善肾功能，其机制已公认与RAS相关。在观察血管肽酶抑

制剂 omapatrilat（它对中性肽链内切酶和血管紧张素转换酶有双通道抑制作用）对5/6肾切除大鼠肾衰竭模型肾小管间质病变的影响时发现，omapatrilat 能明显降低5/6肾切除大鼠血压水平，显著改善其肾功能及延缓肾小管间质纤维化进展。有研究表明，血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）福辛普利可明显延缓单侧输尿管梗阻模型（unilateral ureteral obstruction，UUO）大鼠肾小管间质纤维化进程。其机制可能为：①它能显著下调TGF-β1表达，降低增殖细胞核抗原（PCNA）阳性细胞数目。②它能促进肾小管间质内肝细胞生长因子（HGF）的生成。此外，AT Ⅱ能通过促进人肾成纤维细胞（human kidney fibroblast，KFB） 增生、抑制KFB 凋亡、促进 KFB Ⅰ型胶原的表达来促进肾间质纤维化。

2.2 转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β），TGF-β是由2个分子质量为 12500亚基通过二硫键连接构成的二聚体分子，可由体内包括肾小球系膜细胞、肾小管上皮细胞等多种细胞合成、分泌。TGF-β1是一种强致纤维化因子，它可同时通过减少MMP生成及增加TIMP等合成而抑制ECM降解。TGF-β1对系膜细胞生长的作用是双向的，与其浓度相关，高浓度的TGF-β1可抑制系膜细胞增殖，而低浓度的TGF-β1则促进系膜细胞增殖，这与Hori等[4,5]报道一致。TGF-β1能直接影响ECM的合成，如各型胶原FN、层粘连蛋白（laminin，LN）、韧粘素及多种蛋白多糖等，促进ECM的积聚[6]。同时，TGF-β1可抑制降解基质的酶，如胶原酶、PA等的合成，或通过促进TIMP等蛋白酶抑制物的表达使ECM降解减少，造成ECM累积。低剂量TGF-β1可上调大鼠肾小球系膜细胞的PAI-1mRNA和蛋白质的表达，而PAI-1则通过抑制PA活性，使纤溶酶原不能转变成纤溶酶，导致纤维蛋白、FN、LN降解减少[7,8]。同时，由于纤溶酶的减少，活化的MMP减少（主要是MMP-2），使胶原降解减少，导致ECM积聚。不同类型的肾小球疾病中，肾小球系膜细胞局部累积TGF-β1，通过调节PAI-1蛋白的表达，可直接影响ECM代谢，导致ECM积聚，加快肾小球纤维化过程的进展。

2.3 肾小管间质纤维化与ECM代谢失调有关。目前认为，ECM在肾小球内的沉积并导致肾小球纤维化的发生，是基质降解酶及其组织内抑制物失衡所致[9,10]。ECM的过度沉积和ECM降解受抑制是肾间质纤维化形成机制之一[11]。ECM的过度积聚主要是Ⅰ、Ⅱ、Ш、Ⅳ型胶原、FN、LN的沉积。近年发现肾组织 ECM降解蛋白酶主要有两大系统：纤溶酶原激活物（plasminogen activator，PA）/纤溶酶系统和基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase，MMP）系统（MMPS）。PA使纤溶酶原转变为纤溶酶，后者降解基质。纤溶酶原激活物抑制物1（plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1）是主要生理性抑制物，PAI-1活性增加能抑制PA的活性，减少基质降解，促进基质积聚。MMPS可降解大部分基质成分，金属蛋白酶组织抑制物（tissue inhibitor of metalloproteinase，TIMP）可抑制MMPS活性，故PAI-1和TIMP大量产生能加重组织纤维化故PAI-1大量产生能加重组织纤维化。纤溶酶还可激活MMP形成PA/纤溶酶/MMP的级联放大效应，而TGF-β1具有降低金属蛋白酶（MMP）活性并增加此酶抑制剂TIMP活性，从而使基质降解减少，具有抑制肾小球硬化的作用。MMPS可以有基础表达，也可以有许多生长因子、细胞因子、或激素为诱导表达和调控，一种MMP可以直接降解某种或几种ECM，也可通过激活其他类型的MMPS来发挥作用，形成瀑布效应。在生理情况下，基质金属蛋白酶/基质金属蛋白酶抑制物存在着复杂的网络调节以维持机体ECM的动态平衡，但其内在机制尚需深入研究。MMPS/TIMPs是调控ECM降解的重要酶系，其中TIMPs对活性MMPS具有专一抑制作用，也可与MMPS酶原的形式结合阻止其活化。目前TIMPs已知有四种，TIMP-1、2、3、4，每种都可与几种MMPS以共价键形成1：1的复合物，能与活性MMP不可逆结合，抑制其对 ECM的降解活性。四种TIMP均存在于肾脏，其中TIMP-1和 TIMP-2在ECM积聚和降解的生理平衡中起关键作用。在肾间质纤维化的动物试验中发现[12]，TIMP-1 mRNA、TIMP-2 mRNA、TIMP-3 mRNA均增高，MMPS的活性下降。在糖尿病肾病、IgA肾病等临床病例中也发现，肾活检标本的肾间质中可见TIMPs显著增多，而MMPS的表达则显著减少。以上实验表明MMPS的活性下降系TIMPs增多所致。但Cheng等[13]在实验中的发现则与上述结果不同，因为在TGF-β缺乏时活化的MMP-2能单独诱导肾小管上皮细胞向肌成纤维细胞转分化，从而促进肾间质纤维化的发生发展。总之，实验方法不同可能引起结果的不同，但多数实验证实，TIMPs高表达和（或）MMPS的活性下降，参与肾间质纤维化的发病过程，而肾间质纤维化的发病过程则涉及细胞、ECM、细胞因子和生长因子及其之间的相互关系[14]。

2.4 肾小管间质纤维化与肾小管间质细胞增殖和凋亡失衡有关。目前推测肾小管间质纤维化过程中，大量肾小管上皮细胞和肾间质细胞消失可能与细胞凋亡有关。Choi等[15]研究发现输尿管梗阻后。肾小管和肾间质细胞凋亡均增加。同时多种与细胞凋亡相关的调控因子的mRNA表达也增多。包括Fas、FasL等。但同时间质细胞增殖也增加。但其程度远低于细胞凋亡。故研究结果提示，肾脏疾病时肾小管和肾间质细胞增殖与凋亡之间的失衡可能是导致肾小管萎缩和肾小管间质纤维化的机制之一。

总之，肾间质成纤维细胞和肾小管上皮细胞在肾间质纤维化中有多方面的作用，它们不仅可以转分化为Myo-FB，其具有更强的产生ECM的潜能；而且活化后还可以分泌多种生长因子和细胞因子。

3 局部缺血、缺氧

影响肾间质纤维化的最主要因素之一是慢性缺血。由于AngⅡ生成增多，一氧化氮合成减少，使血管长期处于收缩状态，导致组织缺血、缺氧。关于这一说法，Bohle等首先观察到发生肾间质纤维化的区域管周毛细血管丧失。最近有学者以血管特异性标记物氨基肽酶P进行相关研究，也证实了这一点[16]。肾小管局部血流量降低，是肾小管缺血、萎缩，甚至消失。而其余肾小管要适应功能上高代谢的需要，必须增加氧耗量，如此恶性循环必然加重肾间质的缺氧状态。体外实验表明，缺氧可刺激成纤维细胞增殖，促进TEC产生ECM沉积[17]。

上诉作用相互交错，但其最终结果是ECM在肾间质中的沉积。至于肾间质成纤维细胞怎样活化、肾小管上皮细胞在外界因素的作用下通过什么途径转化，还有待进一步研究。故进一步研究探讨肾间质纤维化的发病机制并研制抗肾间质纤维化的药物是今后研究的方向和重点，这对于延缓慢性肾衰竭意义重大。

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