多囊肾病的进展与肾脏纤维化

宋东旭，郁胜强

多囊肾病(polycystic kidney disease，PKD)是常见的单基因遗传性肾脏疾病。据欧美国家报道，多囊肾病是终末期肾病的第4位病因[1]。据我国上海地区统计，多囊肾病所致的透析患者占透析人群的5.6%，其数量位于慢性肾小球肾炎、糖尿病肾病和良性肾小动脉硬化患者之后，亦位居第4位。多囊肾病按遗传方式可分为常染色体显性多囊肾病(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)和常染色体隐性多囊肾病(autosomal recessive polycystic kidney disease，ARPKD)，其发病率分别为0.10%～0.25%和0.000 1%～0.002 5%。常染色体显性多囊肾病的主要病理特征表现为双肾出现大量大小不等的液性囊泡，囊肿进行性增大，破坏了肾脏的正常结构和功能，最终导致终末期肾衰竭。常染色体显性多囊肾病除累及肾脏外，还可引起肝胰囊肿、心瓣膜病、结肠憩室和颅内动脉瘤等肾外病变。临床最常见的多囊肾病是常染色体显性多囊肾病，本文所提到的多囊肾病特指常染色体显性多囊肾病。不同家族多囊肾病的进展速度存在差异，在同一家族中的个体之间也存在差异。疾病进展的速度受突变基因类型和突变位点的控制，同时还受环境因素的影响。具体进展过程与囊肿的生长、囊液的分泌和肾脏纤维化密切相关。

1 多囊肾病进展的影响因素及监测

1.1 多囊肾病进展的影响因素 多囊肾病患者由于致病基因不同、发病机制差异、生活习惯及周围环境等因素的影响，其临床表现不尽相同，进展速度也存在较大差异。疾病进展速度的影响主要有以下几个方面。

1.1.1 致病基因的类型 PKD1基因突变引起的多囊肾病进展速度较PKD2基因突变引起的多囊肾病的进展速度要快许多。一项基因差异性研究的结果表明，PKD1基因突变引起的多囊肾病患者，其出现高血压和进入终末期肾病的年龄要比PKD2基因突变引起的早十余年[2]。一项来自加拿大包括90个家族484名多囊肾病患者的研究表明，38%的PKD1基因突变多囊肾病患者和24%的PKD2基因突变患者进入终末期肾病；PKD1基因突变患者进入终末期肾病的平均年龄为48.9岁，而PKD2基因突变的患者进入终末期肾病的平均年龄为70.2岁[3]。致病基因不同是多囊肾病患者疾病进展的主要影响因素，疾病的严重程度也可以为多囊肾病致病基因的检测提供帮助。

1.1.2 引起肾脏损伤的因素 多囊肾病虽是一种遗传性肾脏疾病，但近期报道的3次打击学说显示，多囊肾病的肾脏在受到额外的打击后，如一侧肾脏受到缺血再灌注损伤，其囊肿的数目和增大速度显著高于未受到损伤的对侧，表明除遗传外，肾脏再次损伤是多囊肾病进展的重要影响因素[4]。

1.1.3 其他因素 性别也影响着多囊肾病的进展速度，研究表明男性患者的肾脏总体积及囊肿体积表现出更快的增长速率[5]。另外，生活习惯也会对多囊肾病的进展产生影响。一项使多囊肾病动物模型大鼠缓慢摄入咖啡因的研究显示，咖啡因能加快多囊肾病疾病进展[4]。故推测经常摄入咖啡、巧克力等含有咖啡因的患者，其疾病进展速度可能会加快，因此多囊肾病患者需限制摄入含咖啡因的物质。

1.2 多囊肾病进展的监测 判断多囊肾病的严重程度、监测其进展速度是多囊肾病研究的另一个重要方面。多囊肾病进展速度的监测主要有以下几个方面：(1)肾功能监测：应用同位素检测肾小球滤过率，或检测传统的肾功能指标，如肌酐、尿素氮、半胱氨酸蛋白酶抑制物C等；(2)通过囊肿体积、肾脏体积的增大速度或囊肿体积和肾脏体积的比值来计算囊肿增长的速度，从而监测多囊肾病的进展。

应用肾小球滤过率、肌酐、尿素氮、半胱氨酸蛋白酶抑制物C等监测多囊肾病进展具有较大的局限性，多囊肾病患者只有在疾病发展多年后肾脏体积十分巨大时才出现血液生化异常。多项临床影像学研究证实，囊肿增大是多囊肾病患者肾功能损伤的重要因素：一项大型的临床多中心研究(Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease，CRISP)发现，多囊肾病患者肾脏体积的增大速度取决于囊肿生长速度，并与肾功能下降一致，呈持续性并可计量，肾体积快速增长将导致更快的肾脏功能下降[6]。这些重要的研究结果证实监测肾脏体积及囊肿增长能有效地判断多囊肾病患者疾病进展及肾功能受损情况，其作用远优于其他血液生化检查指标。有研究显示，估算肾小球滤过率(eGFR)>70 ml/min的患者，总肾脏体积每年增加3.7%～9.5%[7]。

2 多囊肾病的进展与肾脏纤维化

多囊肾病患者增大的肾脏囊肿周围包绕着大量的间质纤维化，同其他遗传性或获得性囊肿疾病一样，多囊肾病的间质纤维化已被证实。和肾小管间质纤维化与慢性肾脏病进展之间的关系类似，多囊肾病患者肾脏的纤维化程度与疾病的进展速率相关，对患者进入终末期肾病的发病年龄和发病率有着特殊的影响，但其具体的发病机制仍未明确。不同于慢性肾脏病，多囊肾病患者在疾病的发展过程中，乃至进入终末期肾病时，其肾脏的囊肿衬里上皮细胞不断增殖，间质进行性积聚、增多，因而肾脏呈进行性增大，到晚期时显著大于正常的肾脏。多囊肾病患者肾脏的纤维化是否和慢性肾脏病的纤维化有着相同的机制、是否由于基因(PKD1或PKD2基因)变异而具有疾病特异性，这些问题还有待进一步研究。

目前对多囊肾病肾脏纤维化机制的研究相对较少，主要集中在生长因子、细胞外基质、上皮间质转化、炎症、血管重建及缺血等方面。

2.1 生长因子及纤维化信号通路的激活 在已经报道的生长因子中，转化生长因子-β(TGF-β)与肾脏纤维化关系最为密切，其在人类和动物的慢性肾脏病中表达均上调。慢性肾脏病进展包括肾小球硬化和肾小管间质纤维化。肾小球硬化是慢性肾脏病肾小球滤过率下降的主要原因，3种主要的肾小球细胞(足细胞、系膜细胞和内皮细胞)参与了纤维化过程。已有研究证实TGF-β介导了慢性肾脏病进展中一系列的关键事件，如成纤维细胞增殖、上皮间质转化、细胞外基质产生以及肾小管上皮细胞死亡等[8]。TGF-β1信号通过交互的Ⅰ型和Ⅱ型受体激活不同的细胞内途径，包括Smad(Sma and mad-related protein-3)和非Smad信号通路。Smad信号转导通路是经典的TGF-β1信号转导通路。在多囊肾病肾脏囊肿形成的初期TGF-β表达并不增多，而在多囊肾病患者和动物模型囊肿扩张的后期，TGF-β表达则逐渐增多，TGF-β-Smad 信号通路被激活，磷酸化Smad2核转移增多，表明TGF-β在多囊肾病后期囊肿的进展和肾脏纤维化中起到了重要作用[9]。特异性针对TGF-β信号通路进行抗纤维化治疗是一个潜在的分子治疗策略。

最近研究显示TGF-β1也可以激活多种非Smad信号通路[10]，包括促分裂素原活化蛋白激酶/细胞外调节蛋白激酶(MAPK/ERK)和JNK/p38MAPK、小GTPase和P13K/Akt通路等，肾脏纤维化过程中这些信号转导通路被激活。激活的MAPK/ERK信号通路可以通过上调热休克蛋白47(HSP47)的表达来增强细胞外基质蛋白的合成和积聚[11]；也可以影响转录因子Ets-1，使胶原蛋白的合成增多[12]，从而促进肾脏纤维化进展。MAPK/ERK的激活在多囊肾病细胞模型和动物模型中均存在。在体外培养的多囊肾病患者肾脏囊肿衬里上皮细胞中可观察到ERK的激活依赖于 B-Raf的cAMP激活。这些研究说明，MAPK/ERK信号通路的抑制可以减缓多囊肾病动物模型的囊肿形成，减少纤维化，从而延缓多囊肾病进展[13]。

2.2 细胞外基质 多囊肾病的肾脏存在囊肿衬里上皮细胞进行性增殖、细胞外基质组成变化及基底膜厚度变化等。与正常肾脏相比，在人类多囊肾病肾脏的囊肿上皮中可观察到层粘连蛋白、纤维连接蛋白、Ⅳ型胶原蛋白；在其基底膜上观察到硫酸乙酰肝素蛋白多糖；在其周围间质中观察到Ⅰ型胶原蛋白，而培养的多囊肾病上皮细胞在干燥的Ⅰ型胶原蛋白环境下能分泌一种独特的类似蛋白质球的细胞外基质[14]。在终末期多囊肾病的肾脏中，成纤维细胞的聚集和胶原蛋白小纤维可引起间质分隔扩张。有研究证实间质胶原蛋白Ⅰ、Ⅲ及基底膜胶原蛋白Ⅳ的表达明显增高，免疫荧光分析显示这些蛋白主要表达于环绕小囊肿的基底膜结构和终末期多囊肾病肾脏间质中的成纤维细胞。近期研究表明多囊肾病肾脏纤维化的进展以局限性改变为特征[9]。另外，多囊肾病斑马鱼模型的相关研究显示，多囊蛋白可直接调控胶原蛋白的产生，多囊蛋白的功能丧失可引起胶原蛋白的过量产生[15]。

基质转换的调控维持着细胞外基质的完整性和数量。基质金属蛋白酶(MMPs)是一组分泌性的膜结合锌依赖性内肽酶，目前该家族已经分离鉴别出26个成员(MMP1～26)。MMPs能降解多种底物，在细胞外基质的转换中起着关键作用。研究证实，在多囊肾病动物模型中表达于囊肿衬里上皮细胞的主要是MMP-14，而其特异性抑制剂，组织金属蛋白酶抑制剂-2(TIMP-2)几乎完全在成纤维细胞表达，MMP-14和TIMP-2基因的调控失衡，在多囊肾病早期促进囊肿的扩大。同时由于TIMP-2基因的表达增多，抑制了囊肿周围间质中MMPs降解基质的作用，因此在多囊肾病后期促进了纤维化的进展[16]。

2.3 上皮间质转化(EMT) EMT是一个已分化的上皮细胞转变表型的过程，从而使产生基质的成纤维细胞和肌成纤维细胞增多，EMT经常发生于慢性间质炎症之前，与慢性间质炎症关系密切，其原因可能是上皮细胞处于恶劣或改变的微环境时做出的适应性反应。有研究表明，除肾小管上皮细胞外内皮细胞和肾小球足细胞在损伤后也会进行转化。一些细胞内信号转导通路，如TGFβ/Smad、整合素连接激酶(ILK)和 Wnt/β-catenin等参与了EMT的过程[17]。肾小管上皮细胞失去极性并拉长，通过损伤的基底膜移向管周间质，并大量增殖，引起肾小管间质的纤维化。EMT主要包括4个关键步骤：(1)上皮细胞黏附性丧失；(2)α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)的改变；(3)肾小管基底膜的破坏；(4)细胞迁移和侵袭的加强[18]。目前EMT在多囊肾病肾脏纤维化中所起作用的研究还很少。最近有研究应用免疫组化的方法分析了多囊肾病肾脏中上皮间质转化相关的标志物，结果显示多囊肾病患者肾脏出现间质纤维化及α-SMA阳性肌成纤维细胞，囊肿肾小管上皮细胞失去了上皮细胞的标志蛋白(E-钙黏蛋白)，而表达了肌成纤维细胞的标志蛋白(α-SMA，波形蛋白)，提示EMT可能在多囊肾病肾脏纤维化中起着一定作用[19]。

2.4 炎症、血管重建与缺氧 囊肿衬里上皮细胞中纤溶酶原激活物抑制剂(PAI-1)表达增多，而PAI-1的表达与肾脏纤维化-间质巨噬细胞和肌成纤维细胞等关键细胞效应的召集有关[20]。纤维化的一个标志就是存在持续的炎症状态，而在PKD1基因致病的肾脏囊肿中发现免疫/炎症应答相关的基因大量表达[21]。

管周毛细血管的丢失和组织缺氧是慢性肾脏病肾小管间质纤维化的特征，而管周毛细血管损伤由肾小球损伤所致。研究表明，在多囊肾病肾脏囊肿的囊壁中有广泛的毛细血管网络，并存在血管畸形。研究发现血管内皮细胞生长因子受体2(VEGFR-2)、血管内皮细胞生长因子受体165在肾脏囊肿细胞中表达。体外培养的多囊肾病囊肿衬里上皮细胞分泌的血管内皮细胞生长因子165、基质MMP-2和整合素αvβ 3在多囊肾病血管共表达。这些发现说明，在多囊肾病中存在着血管生成的过程，而研究中在间质纤维化区域观察到了扭曲和扩张的血管[22]。类似的血管活性因子的失衡能够促进纤维化的进展，并影响到多囊肾病疾病的进展。

研究发现多囊肾病肾脏中促红细胞生成素(EPO)与间质血管相对增多，EPO和一些血管活性因子由低氧诱导因子(HIFs)调节。研究表明，人类多囊肾病和多囊肾病大鼠模型中HIF的表达增多可引起EPO升高，从而对多囊肾病的进展产生影响[23]。另外，PKD1基因致病的多囊肾病肾脏囊肿中大量表达与缺氧、衰老、免疫/炎症应答相关的基因[21]。最近对人类和啮齿动物的研究发现，肾脏的氧化应激反应先于基质积聚，表明缺氧可能促发和增强纤维化反应。体外研究也显示，缺氧能引起肾小管间质细胞的前纤维化改变[24]。

抑制囊肿和肾脏体积的增大可减少正常肾小管的受损，从而延缓进入终末期肾脏疾病。肾脏纤维化是影响多囊肾病进展的另一个重要因素，因此阻止或减慢肾脏纤维化也可以延缓多囊肾病的进展。多囊肾病与慢性肾脏病的纤维化在机制方面存在某些共同点，对慢性肾脏病纤维化的研究可以指导多囊肾病肾脏纤维化的研究。但在多囊肾病中，基因缺陷会导致特异的疾病进展过程，对多囊肾病肾脏纤维化的深入研究可为抗纤维化治疗提供新的干预靶点。

3 结语

未来多囊肾病的治疗策略将是多方面、多靶点的联合治疗，不仅着眼于减缓囊肿生长和囊液分泌的速度，同时也要对肾脏纤维化进行干预，从而延缓多囊肾病的进展。

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