肥大细胞与肾脏疾病

王 荣 综述 郑敬民 审校

肥大细胞是一种Ⅰ型变态反应效应细胞,其在Ⅰ型变态反应中的作用已有广泛深入的研究。但近20年研究表明,肥大细胞是一类多功能细胞,其生理、病理意义远不仅限于Ⅰ型变态反应,更是先天和后天免疫反应的重要调节者,与多种自身免疫性疾病、炎症性疾病、器官移植免疫耐受、肿瘤、组织损伤修复以及组织纤维化密切相关。近年来,肥大细胞在肾脏疾病中的作用逐渐受到关注。本文主要就肥大细胞与肾脏疾病的关系进行综述。

肥大细胞生物学特性

来源肥大细胞由具有多向分化潜能的骨髓祖细胞分化而来。在转录因子GATA-2、CCAAT增强子结合蛋白α(CEBP/α)及干细胞因子(SCF)的作用下,骨髓中的粒-单祖细胞分化为肥大细胞前体细胞。前体细胞进入血液循环,并在各种趋化因子作用下迁移至各组织,在向组织的迁移过程中,肥大细胞逐渐分化、成熟。除此之外,肥大细胞还可能有其他细胞起源。Poglio等[1]发现脂肪组织血管基质中的造血干/祖细胞(HSPC)可分化为肥大细胞,并形成包括肥大细胞祖细胞、肥大细胞前体细胞及成熟肥大细胞在内的整个细胞系。脂肪源性的肥大细胞亦可迁移至肠、皮肤等外周组织中发挥作用。

趋化和激活外周血循环中只有未成熟肥大细胞,在趋化因子作用下,从骨髓迁移至皮肤、肠、腹腔等处,完成分化、成熟,最终定居于该组织,发挥多种作用[2]。未成熟肥大细胞表达CD34、CD13、细胞表面分化抗原抗体117(CD117),而不表达FcεRI；成熟肥大细胞同时表达FcεRI和c-kit。除了外周血,脾脏、淋巴结和骨髓中也无成熟的肥大细胞。目前已确定白细胞介素8(IL-8)、SCF、转化生长因子β(TGF-β)、肿瘤坏死因子(TNF)、正常T淋巴细胞表达和分泌的活性调节蛋白(RANTES)等趋化因子,可分别与肥大细胞表面的趋化因子受体CXC受体2(CXCR2)、CD117、TGF-β受体、TNF受体、C-C型细胞因子受体1(CC-CKR1)等结合,趋化肥大细胞迁移至特定的组织。补体也可趋化肥大细胞,体外实验表明C3a、C5a、C1q可通过肥大细胞表面的C3aR、C5aR、C1q受体趋化肥大细胞,其中C3a是作用最强的肥大细胞趋化因子[3]。

抗原、超氧化物、补体、神经肽类、脂蛋白类等多种物质,可通过肥大细胞表面的FcεRI激活肥大细胞。体外实验表明C48/80聚合物也可激活肥大细胞,并诱导其释放组胺等生物活性物质[4]。此外,成纤维细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、树突状细胞也可通过释放SCF、IL-6、IL-8、IL-9等活性物质或直接接触肥大细胞参与肥大细胞活化。

生物活性激活的肥大细胞脱颗粒后释放大量贮存及新合成的物质,如组胺、白三烯、类胰蛋白酶、糜蛋白酶、内皮缩血管肽类、生长因子、细胞因子、趋化因子及其他蛋白水解酶等,介导炎症反应,从而引起组织损伤(图1)。此外,结缔组织中的肥大细胞还参与调节细胞迁移、分化、细胞外基质的合成、纤维瘢痕的形成。

异质性和分类肥大细胞异质性显著,不同种属的肥大细胞存在明显差异。同一种属的肥大细胞在不同的解剖部位、生理病理情况下也会有不同表型,并表达不同的生物活性物质,从而表现不同的生物功能[6,7]。

根据肥大细胞所表达的类胰蛋白酶和糜蛋白酶的不同,人类肥大细胞分为三种类型:(1)仅表达类胰蛋白酶者为MCT型；(2)仅表达糜蛋白酶者为MCC型；(3)同时表达类胰蛋白酶和糜蛋白酶者为MCTC型。MCT型为T细胞依赖性,MCTC型为非T细胞依赖性。MCC型最初为Yamada等[8]在肾移植排斥反应的肾组织中发现,后在其他器官中也发现了这一亚型的存在。

大鼠肥大细胞分型与人类不同,可根据甲苯胺蓝染色分为两种亚型:一种是T细胞依赖性的黏膜型,可被pH 5.0的甲苯胺蓝染色液染成紫色或紫红色；另一种是非T细胞依赖性的结缔组织型,可被pH 0.5的甲苯胺蓝染色液染成蓝色[9]。

肥大细胞与肾脏疾病的关系

Pavone-Macaluso[10]和Colvin等[11]最早在肾组织中发现肥大细胞,他们在一些肾活检和尸检标本中发现肾间质肥大细胞数目明显增加,但当时未引起足够重视。1996年,Lajoie等[12]首次以类胰蛋白酶作为标记分子,采用免疫组织化学方法检测肾组织中肥大细胞。与甲苯胺蓝染色相比,免疫组化染色具有灵敏度高、特异性强、影响因素少等特点,其检测结果更为可靠。此后,有关肾组织肥大细胞的报道逐渐增加。

临床研究迄今为止,已有大量有关肥大细胞与肾脏疾病的报道,包括高血压肾损害、新月体性肾炎、IgA肾病、过敏性紫癜性肾炎、特发性系膜增生性肾小球肾炎、慢性马兜铃酸肾病、多囊肾、反流性肾病、抗中性粒细胞胞质抗体相关性血管炎、肾移植排斥反应及肾淀粉样变性等在内的多种肾脏疾病患者肾组织中均发现肥大细胞增加的现象。其中以晚期糖尿病肾病(DN)患者肾组织肥大细胞增加最为显著[13],南京军区南京总医院全军肾脏病研究所通过对大量肾脏疾病患者的临床研究也证实了这一点。在多种肾脏疾病中,肥大细胞皆主要分布于肾间质,围绕在肾小球及肾小管周。有时,肥大细胞还可侵入肾小管管壁,肾小球中极少有肥大细胞。肥大细胞并不与其他浸润细胞聚集在一起,多为散在分布[9,13]。从已有研究来看,肾组织肥大细胞主要与肾小管间质损伤有关,可能通过促炎和促纤维化作用参与肾间质的损伤过程。

南京军区南京总医院全军肾脏病研究所通过系统分析不同时期DN患者的肾组织发现,肥大细胞数目及其活化水平随疾病进展逐渐增加,且其浸润程度与多种临床病理指标[估算的肾小球滤过率(eGFR)、血清肌酐、蛋白尿、间质浸润细胞等]显著相关,提示肥大细胞在DN发生发展中可能有重要作用[14]。DN患者肾组织肥大细胞均表达类胰蛋白酶、糜蛋白酶、肾素、TGF-β和TNF-α,其中TNF-α表达水平随病程进展而增高,提示肥大细胞在不同病理时期所起作用可能不同,说明肥大细胞具有异质性。不同临床亚型IgA肾病患者肾组织肥大细胞数量变化较大,与疾病的相关性也存在明显差异,再次说明肥大细胞存在异质性[15]。所有肾组织肥大细胞均表达C3aR,提示C3a/C3aR在肥大细胞招募和激活过程中可能有重要作用[16]。

动物实验研究虽然临床研究显示肥大细胞在肾脏疾病中可能起重要致病作用,但动物实验结论却并不完全一致:一些研究支持肥大细胞在肾脏疾病中起致病作用,但也有报道称其有重要保护作用。

Li等[17]发现蛋白过载肾病模型大鼠肾组织肥大细胞的浸润与间质损伤程度密切相关。在免疫复合物介导的肾炎模型小鼠中,Scandiuzzi等[18]发现肥大细胞蛋白酶4(mMCP-4,功能类似于人糜蛋白酶)缺陷小鼠的蛋白尿、血清肌酐、肾小管间质纤维化程度均较野生型小鼠轻,提示mMCP-4有致肾脏纤维化作用。Timoshanko等[19]也报道在新月体性肾炎模型中,肥大细胞缺陷小鼠(W/Wv小鼠)新月体形成、T细胞、巨噬细胞浸润、黏附分子1表达、P选择素的表达均较野生型小鼠低。

但在UUO模型中,肥大细胞缺陷小鼠[Kit(W)/Kit(W-v)小鼠]肾组织中巨噬细胞、T细胞浸润和TGF-β表达均明显增加,且肾小管损伤、间质纤维化程度也重于野生型小鼠,回输肥大细胞可减轻肾小管间质损伤程度[20]。Holdswort等[5]也发现在嘌呤霉素肾病模型中,肥大细胞缺陷小鼠纤维化程度明显重于野生型小鼠。

肥大细胞参与肾脏疾病的可能机制

释放生物活性物质肥大细胞囊泡中贮存有大量生物活性物质,包括TGF-β、类胰蛋白酶、糜蛋白酶、肾素、组胺、肝素、金属蛋白酶、碱性成纤维细胞生长因子(bFGF)、血管内皮生长因子(VEGF)、TNF-α、IL-4、IL-10等。肥大细胞被激活后通过脱颗粒将这些物质释放至胞外；同时,活化的肥大细胞不断合成、释放新的生物活性物质,对肾脏造成损伤。

转化生长因子β(TGF-β) TGF-β是一种多功能生长因子,能调节细胞增生,诱导细胞分化、凋亡,促进细胞外基质蛋白合成,刺激细胞表达黏附分子,促使成纤维细胞转分化为肌成纤维母细胞。TGF-β在肾组织损伤中的作用已为众多研究证实[21]。TGF-β启动Smad信号通路是肾小管间质纤维化的重要机制[22]。此外,TGF-β可趋化更多的肥大细胞浸润至肾间质,加重肾损伤。

类胰蛋白酶 类胰蛋白酶主要由肥大细胞合成、分泌,是肥大细胞的特异性酶,具有促细胞分裂原作用,也是重要的促炎因子。它可趋化成纤维细胞,刺激其合成Ⅰ型胶原,并与肝素等其他物质协同作用,促进成纤维细胞增生。

糜蛋白酶 肥大细胞囊泡内有大量糜蛋白酶。糜蛋白酶可将血管紧张素Ⅰ转化为血管紧张素Ⅱ,是血管紧张素Ⅱ合成的旁路途径,参与肾脏局部炎症、纤维化过程。糜蛋白酶还可通过Ⅱ型TGF-β受体激活TGF-β前体,增加活化的TGF-β浓度[23]。

肾素-血管紧张素系统(RAS) RAS在肾组织病理损伤中的作用已为较多研究证实[24]。肥大细胞可合成、分泌肾素；糜蛋白酶可将血管紧张素Ⅰ转化为血管紧张素Ⅱ,增加局部血管紧张素Ⅱ浓度。血管紧张素Ⅱ可诱使TGF-β产生,抑制基质降解,促进基质沉积[25]。许多肾脏疾病存在肾组织局部RAS系统活化的现象。而局部RAS活化与肥大细胞浸润密切相关[26]。

其他 肥大细胞释放的组胺、肝素、金属蛋白酶、生长因子等也可能在肾脏疾病的发生发展中起重要作用。比如组胺、肝素可调节成纤维细胞增生,刺激胶原的合成、成熟,两者协同作用能促进瘢痕组织形成。金属蛋白酶是成纤维细胞趋化因子,具有有丝分裂原作用,可介导纤维化损伤。bFGF、VEGF可促进成纤维细胞增生、分泌细胞外基质,加重纤维化。Ehara等[27]的研究表明肥大细胞产生的bFGF与IgA肾病纤维化密切相关。

与其他细胞的相互作用肥大细胞还可能通过细胞间直接相互作用参与肾损伤。Ehara等[9]发现IgA肾病患者肾间质肥大细胞的突触与成纤维细胞、淋巴细胞直接接触,推测可能存在细胞间直接相互作用。人类肥大细胞系1(HMC-1)和原代培养的胎儿包皮肥大细胞与皮肤成纤维细胞共培养时,均可促使后者增生,该共培养体系中并不存在细胞因子等生物活性物质的交换,提示肥大细胞可能直接接触成纤维细胞而促进其增生[28]。

小结:目前研究已确定肥大细胞参与一些肾脏疾病的发生发展过程,但其确切病理作用和机制仍不清楚,可能通过释放各种生物活性物质参与肾组织病理损伤。可以设想,在各种致病因素作用下,肾组织细胞释放一系列炎症因子、细胞因子,招募、激活肥大细胞；浸润的肥大细胞活化后,释放大量促炎和促纤维化因子,诱使包括肥大细胞在内的更多的炎性细胞浸润,促进肾组织病理损伤的发生发展。肥大细胞的参与很可能是一些肾脏疾病迁延难愈的重要原因之一。作为潜在的肾脏疾病防治靶目标,肥大细胞在肾脏疾病中的作用值得关注,Summers等[29]已报道肥大细胞膜稳定剂色甘酸钠可明显减轻顺铂诱导的急性肾损伤小鼠的肾脏损伤程度。需指出的是,肥大细胞是一类高度异质的细胞,在不同病理情况下,肥大细胞可有不同表型,其病理意义也可能不同。

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