肾小管周毛细血管缺失后血管新生障碍机制

黄雪云，张丽华

(东南大学附属中大医院 病理科，江苏 南京　210009)



肾小管周毛细血管缺失后血管新生障碍机制

黄雪云，张丽华

(东南大学附属中大医院 病理科，江苏 南京210009)

[摘要]肾小管周毛细血管(PTC)稀疏是肾间质纤维化的重要特征，同时也是引起肾脏慢性缺氧的重要原因。慢性缺氧促使肾间质纤维化进行性发展，而缺氧后的血管新生反应明显不足。作者对PTC在机体中的功能缺失原因、血管新生调节、血管新生与缺氧的关系作一综述，探究慢性肾脏病中血管新生障碍的内在机制。

[关键词]肾小管周毛细血管； 肾间质纤维化； 慢性缺氧； 血管新生； 文献综述

中国成年人慢性肾脏病发病率约为10.8%，总患病人数超过1亿[1]。慢性肾脏病的发展常常是进行性、不可逆的，且多与初始病因无关。2000年Fine等[2]提出慢性缺氧假说，强调肾小管间质的慢性缺血损伤是终末期肾病的共同通路。之后，大量研究表明，肾间质纤维化是慢性肾脏病发展为肾衰竭的共同通路，血管结构或功能异常会干扰肾小管周毛细血管(peritubular capillarie，PTC)的血流状态，引起邻近肾间质区域氧和营养的供应减少，导致肾间质纤维化[3]。缺氧时机体发生缺氧适应性应答，缺氧诱导因子(hypoxia- inducible factor，HIF)活化并上调血管生长因子，积极纠正缺氧。若缺氧持续存在，肾实质细胞由于能量缺乏和氧化应激等可出现损伤或凋亡，导致慢性肾病[4]。作者就肾脏纤维化过程中PTC缺失与血管新生障碍的内在机制作一综述。

1PTC功能缺失原因

1.1PTC缺失与血流灌注

正常血流对微血管壁产生的层流剪切应力能刺激内皮细胞自分泌产生血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)和血管内皮生长因子受体2(vascular endothelial growth factor receptor 2，VEGFR- 2)[5]，使内皮细胞维持自身稳定。另外，血流剪切应力能够作用于内皮细胞上的力学感受器，经过信号转导，调节内皮细胞的形态结构和生存状态。例如:在剪切应力作用下，PI3K/Akt信号通路激活，发挥抗凋亡、促细胞生存等作用。

肾脏结构和功能改变可影响PTC的血流状态。各种原因引起的肾动脉狭窄或者慢性肾小球肾炎等导致流经PTC的血流减少，对血管壁的剪切应力下降，血流依赖的内皮生存信号减弱，最终可引起内皮细胞凋亡[6]。在慢性肾脏病，血管活性物质失调也能够影响肾脏血流动力学，其中，局部肾素- 血管紧张素系统的活化尤为重要，它能够引起出球小动脉收缩、球后毛细血管低灌注，从而使血流对微血管的血流剪切应力下降，影响血管内皮细胞的生存状态和功能。

1.2PTC缺失与周细胞

周细胞广泛分布于全身微血管系统中，呈现多向分化潜能。在肾脏，血管周细胞位于内皮细胞基底膜侧，其胞质形成钉突和凹槽，与数个内皮细胞密切接触，彼此传递信息[7]。周细胞在血管发生、成熟、重塑以及损伤后修复中发挥关键作用。血管成熟过程中，新生内皮细胞通过释放血小板源性生长因子(platelet derived growth factorβ，PDGF-β)募集血小板源性生长因子受体β(platelet derived growth factor receptorβ，PDGFR-β)和周细胞，使周细胞覆盖在血管壁，促使血管结构稳定。另外，血管壁上成熟的周细胞能够分泌VEGF、Ang- 1等，使内皮细胞处于稳定状态，对抗外界对内皮细胞的损伤[8]。

最近研究表明，受损的上皮细胞产生的细胞因子如TGF-β、Hedgehog配体、Notch配体、PDGFs等能够活化周细胞，诱导周细胞脱离微血管壁。该过程一方面有助于内皮细胞活化、血管新生和炎症细胞迁移，同时也能够增加毛细血管通透性和不稳定性，最终引起毛细血管破坏。周细胞脱离微血管既可以引起PTC缺失，也能够导致间质中细胞外基质沉积增加，加速纤维化发展[9- 11]。

1.3PTC缺失与肾小管上皮细胞

在正常肾脏，肾小管上皮细胞表达VEGF、PDGF等血管新生因子，能够调节内皮细胞稳定性和血管新生过程。但在肾纤维化进展阶段，肾小管上皮细胞失去再生能力，出现衰老和凋亡，导致肾小管萎缩和塌陷。肾小管上皮细胞由再生向死亡过渡的原因并不完全清楚，可能与细胞周期停滞、再生信号缺失、细胞自噬、内质网应激和氧化应激等有关[12- 13]。

肾小管上皮细胞损伤可由原发性肾小管损伤引起，也可由肾小球病变累及肾小管所导致。肾小管上皮细胞可通过多条途径参与纤维化的过程:(1) 产生细胞因子，作用于周细胞和局部成纤维细胞，促使其向肌成纤维细胞分化；(2) 产生调节血管内皮细胞的信号，影响内皮细胞与周细胞相互作用；(3) 增强肌成纤维细胞生成细胞外基质的能力；(4) 募集和活化固有免疫细胞，如巨噬细胞等[14]。肾小管上皮细胞损伤或损失后，表达VEGF等血管活性因子能力下降，可能是引起PTC缺失的原因之一。

2血管新生及与缺氧关系

2.1血管新生

血管新生是指在缺血组织已有的血管床上，促进内皮细胞发芽长出新支，形成血管网。正常血管重塑是促血管新生因子和抑制血管新生因子间正负效应相平衡的结果。正常状态下，内皮细胞可通过释放PDGF-β募集PDGFR-β和周细胞，使周细胞覆盖在血管壁，促使血管稳定[8]；且能够自分泌成纤维细胞生长因子(FGF)、表皮生长因子(EGF)、转化生长因子(TGF)、肝细胞生长因子(hepa- tocyte growth factor，HGF)、肿瘤坏死因子α(TNF-α)等对抗轻、中度损伤，维持自身稳定[15]。同时，微血管壁上成熟周细胞也能旁分泌细胞生存信号如VEGF、Ang- 1等进一步维持微血管稳定性。

血管出芽过程中，尖端细胞接受VEGF信号后上调表达DLL4，并激活临近柄细胞的Notch，使柄细胞下调VRGFR- 2，导致柄细胞对组织中VEGF浓度梯度反应性差。尖端细胞与柄细胞对VEGF反应性的高低差异确保尖端细胞处在血管芽顶部，使血管新生有序进行[16]。越来越多的研究表明，VEGFR- 2信号途径的生物学效应依赖于它的亚细胞定位，例如在VEGF诱导动脉形成中，VEGFR- 2必须由细胞内接受信号，VEGF和VEGFR2活性增高可以促进血管增长[17]。在小鼠，敲除编码VEGF蛋白的基因导致肿瘤血管易破碎和高度膨胀，可能与周细胞缺陷导致血管渗漏、扭曲、小动脉瘤形成和出血有关[18]。

Ang/Tie信号途径也参与血管新生过程。Ang- 1由壁细胞表达，Ang- 2由血管尖端细胞释放。Ang- 1是Tie- 2的激活剂，而Ang- 2以背景依存的方式竞争性抑制Ang- 1。在血管新生中，Ang- 1能刺激壁细胞覆盖和基底膜沉积，起加固血管的作用，而出芽的内皮细胞释放Ang- 2，拮抗Ang- 1和Tie- 2信号途径，促使周细胞脱离血管、增加血管通透性、促进内皮细胞出芽[7]。

血管新生还涉及Notch信号通路、hedgehog家族、基质金属蛋白酶(MMPs)等[9- 11]。另外，抑制血管新生因子包括:血小板反应蛋白- 1(TSP- 1)、血管抑素、内皮抑素等。

2.2血管新生与缺氧

随着慢性肾病进展，PTC呈进行性缺失，可引起或加重肾间质缺氧。在缺氧早期阶段，肾脏细胞产生缺氧适应性应答，其中HIF转录因子发挥核心调节作用[19]。HIF- 1活化后可诱导多种靶基因表达，包括红细胞生成素、VEGF、Ang- 1、Ang- 2和PDGF- B等[20]，促进血管新生、增加氧供。在小鼠，下调HIF- 1水平会损害胚胎血管发育、缺血组织血管重建和减少组织和肿瘤中的血管新生[21]。理论上，PTC稀疏化引起缺氧，缺氧反应中HIF- 1活性增加，诱导VEGF表达，而VEGF能够刺激出芽性血管新生。但是在肾纤维化过程中，可出现缺氧和HIF- 1活性降低，使缺氧诱导下的血管新生反应明显不足。

肾脏慢性缺氧时，肾小管上皮细胞等处在能量缺乏和氧化应激状态，氧化应激能够降低细胞氧利用率，进一步加重缺氧。缺氧过于严重会使HIF活性抑制或消失，引起细胞坏死或凋亡[22]。缺氧也可通过HIF- 1诱导TGF-β1表达，TGF-β1功能具有多样性，既能够诱导VEGF参与血管新生，也能够活化Alk5/Smad3途径促进毛细血管退化和内皮细胞凋亡[23]。后者作用占主导，这可能也是PTC缺失的原因之一。

3血管新生障碍的可能机制

血管新生是内皮细胞固有的增生机制与所在微环境相互作用的结果。在肾脏，肾小球毛细血管和PTC既具有维持自身稳定的机制，也能够对血管新生刺激产生应答。但是随着纤维化程度的加重，微血管自身稳定机制遭受干扰，同时血管新生受到抑制。动物模型研究以及临床实践表明，在肾纤维化进展阶段应用促血管新生药物具有保护肾脏微血管的作用。但是，由于新生血管炎症和通透性改变引起的副作用使临床上应用传统促血管新生药物治疗肾纤维化受限[24]。肾纤维化中引起血管新生障碍的机制有待进一步阐明。

目前认为，慢性肾病进展期血管新生障碍的可能机制包含两方面:(1) PTC所在微环境发生改变。①肾小管上皮细胞缺失，在HIF诱导产生的血管新生因子不足，不能有效保持PTC内皮细胞稳定和促进血管新生顺利进行。另外，损伤的肾小管上皮细胞能够释放多种细胞因子，可能与周细胞活化、脱离血管和分化有关。②缺氧条件下，HIF可诱导缺氧适应性应答，促使血管新生、增加氧供，但氧化应激、尿蛋白等可抑制HIF活性，使HIF不能充分发挥作用。严重缺氧可能还会抑制HIF活性，使缺氧无法得到纠正，血管新生无法进行。③在纤维化进展阶段，肾间质中TGF-β1浓度过高，激活内皮细胞的ALK5/Smad3，引起内皮细胞VEGF受体下调并诱导其凋亡。(2) 内皮细胞固有增生机制障碍。例如损伤引起的周细胞与内皮细胞分离，内皮细胞与周细胞间信息交流被阻断，可能会损伤内皮细胞固有的增生机制，无法对外界环境中血管新生因子产生正常应答，引起血管新生障碍[25]。

4总结

中国慢性肾病发病率高，患病人数逐年增加。目前尚无有效治疗措施能防止慢性肾病向终末期肾病进展。各种慢性肾病进展阶段普遍发生PTC缺失，引起或加重肾间质缺氧，且缺氧后血管新生机制障碍，两者相互交织形成恶性循环，促使肾脏向纤维化方向发展。目前，以血管新生为靶点的抗肾纤维化疗法取得了令人欢心鼓舞的成绩，但其应用仍然受到诸多限制，尚需要进行更多、更加深入的病理基础研究。对缺氧时微血管新生障碍的深入研究将有助于建立更加完备的血管新生疗法，为肾纤维化防治提供新思路。

[参考文献]

[1] ZHANG L，WANG F，WANG L，et al.Prevalence of chronic kidney disease in China：a cross- sectional survey[J].Lancet，2012，379(9818):815- 822．

[2] FINE L G，BANDYOPADHAY D，NORMAN J T.Is there a common mechanism for the progression of different types of renal diseases other than proteinuria？ Towards the unifying theme of chronic hypoxia[J].Kidney Int，2000，57:S22- S26.

[3] MIMURA I，NANGAKU M.The suffocating kidney:tubulointerstitial hypoxia in end- stage renal disease[J].Nat Rev Nephrol，2010，6:667- 678.

[4] JOHNSON A，DIPIETRO L A.Apoptosis and angiogenesis:an evolving mechanism for fibrosis[J].FASEB J，2013，27(10):3893- 3901.

[5] BROWNING E A，CHATTERJEE S，FISHER A B.Stop the flow:a paradigm for cell signaling mediated by reactive oxygen species in the pulmonary endothelium[J].Annu Rev Physiol，2012，74:403- 424.

[6] MAGGIORANI D，DISSARD R，BELLOY M，et al.Shear stress- induced alteration of epithelial organization in human renal tubular cells[J].PLoS One，2015，10(7):e0131416．

[7] 王静，刘必成.周细胞在肾脏纤维化形成中作用的研究进展[J].东南大学学报:医学版，2013，32(4):506- 510．

[8] ROJAS A，CHANG F C，LIN S L，et al.The role played by perivascular cells in kidney interstitial injury[J].Clin Nephrol，2012，77(5):400- 408.

[9] BIELESZ B，SIRIN Y，SI H，et al.Epithelial Notch signaling regulates interstitial fibrosis development in the kidneys of mice and humans[J].J Clin Invest，2010，120(11):4040- 4054.

[10] FABIAN S L，PENCHEV R R，STJACQUES B，et al.Hedgehog- Gli pathway activation during kidney fibrosis[J].Am J Pathol，2012，180(4):1441- 1453.

[11] WUC F，CHIANG W C，LAI C F，et al.Transforming growth factorβ- 1 stimulates profibrotic epithelial signaling to activate pericyte- myofibroblast transition in obstructive kidney fibrosis[J].Am J Pathol，2013，182(1):118- 131.

[12] YANG L，BESSCHETNOVA T Y，BROOKS C R，et al.Epithelial cell cycle arrest in G2/M mediates kidney fibrosis after injury[J].Nat Med，2010，16(5):535- 543．

[13] LI L，ZEPEDA- OROZCO D，BLACK R，et al.Autophagy is a component of epithelial cell fate in obstructive uropathy[J].Am J Pathol，2010，176(4):1767- 1778．

[14] CAMPANHOLLE G，LIGRESTI G，GHARIB S A，et al.Cellular mechanisms of tissue fibrosis.3.Novel mechanisms of kidney fibrosis[J].Am J Physiol Cell Physiol，2013，304(7):C591- C603．

[15] SHIBUYA M.Vascular endothelial growth factor and its receptor system:physiological functions in angiogenesis and pathological roles in various diseases[J].J Biochem，2013，153(1):13- 19．

[16] PHNG L K，GERHARDT H.Angiogenesis:a team effort coordinated by notch[J].Dev Cell，2009，16(2):196- 208．

[17] LANAHAN A A，HERMANS K，CLAES F，et al.VEGF receptor 2 endocytic trafficking regulates arterial morphogenesis[J].Dev Cell，2010，18(5):713- 724．

[18] SITOHY B，NAGY J A，DVORAK H F.Anti- VEGF/VEGFR therapy for cancer:reassessing the target[J].Cancer Res，2012，72(8):1909- 1914．

[19] SEMENZA G L.Oxygen sensing，homeostasis，and disease[J].N Engl J Med，2011,365(6):537- 547．

[20] PARDALI E，GOUMANS M J，TEN DIJKE P.Signaling by members of the TGF-βfamily in vascular morphogenesis and disease[J].Trends Cell Biol，2010，20(9):556- 567．

[21] SEMENZA G L.Oxygen sensing，hypoxia- inducible factors，and disease pathophysiology[J].Annu Rev Pathol，2014，9:47- 71．

[22] MIMEAULT M，BATRA S K.Hypoxia- inducing factors as master regulators of stemness properties and altered metabolism of cancer- and metastasis- initiating cells[J].J Cell Mol Med，2013，17(1):30- 54．

[23] PARDALI E，GOUMANS M J，TEN DIJKE P.Signaling by members of the TGF- beta family in vascular morphogenesis and disease[J].Trends Cell Biol，2010，20(9):556- 567.

[24] BASILE D P，SUTTON T A.Activated pericytes and the inhibition of renal vascular stability:obstacles for kidney repair[J].J Am Soc Nephrol，2012，23(5):767- 769.

[25] CHADE A R.Renovascular disease，microcirculation，and the progression of renal injury:role of angiogenesis[J].Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol，2011，300(4):R783- R790.

doi：10.3969/j.issn.1671- 6264.2016.02.031

[中图分类号]R363.1

[文献标识码]A

[文章编号]1671- 6264(2016)02- 0263- 04

[通信作者]张丽华E- mail:njwaterlily@126.com

[作者简介]黄雪云(1988-)，女，湖北襄阳人，在读硕士研究生。E- mail：zhaoyc518@163.com

[收稿日期]2015- 10- 07[修回日期] 2015- 12- 01

[引文格式] 黄雪云，张丽华.肾小管周毛细血管缺失后血管新生障碍机制 [J].东南大学学报:医学版，2016，35(2)：263- 266.

·综述·