周细胞在慢性肾脏病中缺氧与纤维化相互关系中的作用

崔玉杰，孟祥娟，李红娟，安惠霞

（哈尔滨医科大学附属第二医院肾内科，黑龙江哈尔滨150000）

周细胞在慢性肾脏病中缺氧与纤维化相互关系中的作用

崔玉杰，孟祥娟，李红娟，安惠霞

（哈尔滨医科大学附属第二医院肾内科，黑龙江哈尔滨150000）

肾间质纤维化、肾小管损伤和炎性细胞浸润是慢性肾脏病的重要标志。组织缺氧是肾间质损伤发生的重要机制之一。肾周毛细血管损伤导致的间质血流减少为肾间质纤维化的重要病因。纤维化时，周细胞从肾小管周围毛细血管分离并生成ECM，毛细血管稀疏介导了肾小管间质损伤、缺氧和纤维化间错综复杂的相互关系。理清上述三者之间的关系，以及周细胞在其中所起到的作用，有助于肾纤维化的治疗，延缓慢性肾脏病的进展。

慢性肾脏病；肾间质损伤；缺氧；肾间质纤维化；周细胞

纤维化是一种细胞外基质（extracellular matrix，ECM）过度沉积的病理状态，通常伴有包括肾脏在内的多器官的慢性疾病。肾间质纤维化、肾小管损伤和炎性细胞浸润是慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）的重要标志。即使是在肾小球肾炎中，与肾小球病变相比，肾间质病变与肾小球滤过率持续下降的关系更密切。组织缺氧是肾间质损伤发生的重要机制之一［1］。在几乎所有的肾脏疾病中都可以观察到肾周毛细血管稀疏，组织氧供减少，并引起肾间质区域缺氧。肾周毛细血管损伤导致的间质血流减少为肾间质纤维化的重要病因［2］。纤维化时，肾小管周围毛细血管组分之一的周细胞，从血管分离并生成 ECM［3］，因此，毛细血管稀疏介导了肾小管间质损伤、缺氧和纤维化间错综复杂的相互关系。现将肾纤维化与缺氧的关系以及周细胞在组织缺氧中的作用总结如下。

1 缺氧与CKD

CKD时多重机制参与了肾小管间质区域缺氧的发生。首先，肾小球硬化症导致下游周围毛细血管血流减少，而肾小球出球小动脉的收缩和肾素-血管紧张素系统的激活使血流进一步减少。其次，纤维化使周围毛细血管血液灌注减少。第三，纤维化时ECM的沉积导致毛细血管和小管之间的距离增宽，氧弥散能力减低。

细胞对缺氧的应答中，缺氧诱导因子（hypoxiainducible factor，HIF）具有至关重要的作用［4］。HIFs是异源二聚体，由α亚基（包括HIF-1α，HIF-2α和HIF-3α）与β亚基（HIF-1β）组成。常氧状态下，通过形成泛素连接蛋白酶复合体，使HIF-α亚基泛素化并被降解。在缺氧条件下，HIF-α与HIF-1β形成异二聚体，并促进靶基因表达。靶基因中的糖酵解酶协助厌氧ATP生成，血管内皮细胞生长因子（vascular endothelial growth factors，VEGFs）促进新血管形成，增加氧供。

尽管存在这样的细胞适应机制，缺氧仍可导致肾小管细胞损伤和凋亡，促进CKD进展。近端小管对缺氧十分敏感。受损的肾小管上皮细胞，通过阻塞肾小管和管-球失衡，加重肾小球损伤，也可以引起间质纤维化。肾小管损伤加重肾小管缺氧，肾小球损伤和间质纤维化，形成一个恶性循环，促进CKD进展。

增强HIF活性可能会防止肾脏发生缺氧性损伤并抑制CKD的进展。研究表明，活化HIFs可以防止糖尿病肾病肾间质损伤的进展［5］。应用PHDs抑制剂，HIFs活化增多，可减轻肾小管损伤和毛细血管丢失［6］。实验证明，低氧可以引起表观遗传变异。例如，通过改变染色质构象和组蛋白修饰，影响某些基因的转录［7］。可能会成为CKD新的治疗靶点。

2 纤维化的机制

慢性疾病中，持续存在的组织损伤，往往伴随着炎性细胞浸润和纤维化。上皮细胞的持续性损伤是发起和维持纤维化的主要因素。上皮细胞凋亡可通过损伤相关分子模式分子受体触发促炎症反应，并导致纤维化。上皮细胞的细胞应激通过产生细胞因子和趋化因子诱导激活固有免疫［3］。

过度生成ECM的细胞称为肌成纤维细胞（myofibroblasts，MFs）。最近的研究表明，MFs的主要来源并不是上皮细胞［3］。肾内大多数间质成纤维细胞粘附着于微血管，这些细胞已被证明是周细胞［8］。周细胞包绕毛细血管的内皮细胞，其中有些嵌入毛细血管的基底膜，通过直接与间接的方式与内皮细胞接触［9］。由受损的上皮细胞和其他细胞分泌多种细胞因子，激活周细胞，诱导其由毛细管壁脱离，并转化成MFs。这些因子包括：VEGFs，血小板源性生长因子（platelet-derived growth factors，PDGFs），成纤维细胞生长因子，转化生长因子β（transforming growth factor-β，TGF-β）［3］。此外，值得一提的是，肾内周细胞可以分泌促红细胞生成素，但MFs失去了这种分泌能力［10］。

纤维化伴随着炎性细胞的浸润。其中，最重要的为单核细胞和巨噬细胞，具有促进肾纤维化的倾向。单侧输尿管梗阻（unilateral ureteric obstruction，UUO）大鼠模型中去除巨噬细胞，纤维化减轻［11］。巨噬细胞分泌促纤维化和促炎因子，激活MFs和促进纤维化。此外，这些炎性细胞还可诱导上皮细胞损伤，形成一个恶性循环，促进纤维化。

综上，纤维化的发生发展是通过反复和持续存在的上皮损伤导致周细胞活化，诱导其转变为MFs并生成ECM实现的，促纤维化的单核细胞/巨噬细胞促进这一过程的进展。

3 缺氧与纤维化

以下将描述缺氧，尤其是HIFs对上皮细胞，周细胞/成纤维细胞，和单核细胞/巨噬细胞的影响来阐述其在纤维化中的作用。

3.1 上皮细胞 条件性敲除成年转基因小鼠的VHL蛋白，肾小管上皮细胞HIF-α增多，VEGF和PDGF-B的表达增多，导致血管内皮细胞增殖［12］。条件性敲除小鼠UUO模型近端小管的HIF-1a，可以减轻肾纤维化［13］。ECM的生成（但非过度沉积）是肾损伤修复的一部分，故有人认为缺氧导致的肾小管上皮细胞中HIF的活化，作为适应性反应，可以通过上调促血管生成因子和促纤维化因子的表达，缓解肾损伤。这与活化HIFs可以减轻CKD模型的肾损伤的研究结果一致［6］。

3.2 周细胞 缺氧时，人体肾组织Iα1型胶原和基质金属蛋白酶组织抑制剂-1（tissue inhibitor of metalloproteinase-1，TIMP-1）表达增多［14］。但低氧处理体外培养的小鼠肾间质成纤维细胞，并不引起Ⅰ型胶原、α-平滑肌激动蛋白（α-smooth muscle actin，α-SMA），或TGF-β1表达增多［15］。这种差异可能来自于细胞起源和/或培养的方式的不同。例如，缺氧可以引起肝星状细胞（相当于肝的周细胞），Ⅰ型胶原蛋白和VEGF的表达增强［16］。肾间质纤维化时，VEGF和PDGF诱导周细胞从毛细血管分离，并转化为MFs。缺氧可以促进上皮细胞上述两种因子的表达，可能间接导致周细胞丢失，但其对周细胞直接作用还有待于阐明［17］。

应当指出的是，在不加任何刺激的情况下体外培养完整组织来源的周细胞，其也有活化并转化成MFs的倾向。因此，为了确定缺氧和/或HIFs对于周细胞的确切作用，应该在体内的这些细胞中，观察这些细胞中HIFs的过表达和敲除所带来的影响。

3.3 单核和巨噬细胞 小鼠UUO模型中，用LysM-Cre特异性去除VHL蛋白，小鼠单核/巨噬细胞HIF的表达增多，巨噬细胞减少，纤维化和小管损伤程度不减轻［18］。然而，UUO模型中，特异性敲除巨噬细胞中的HIF-1α基因和HIF-2α基因，巨噬细胞增多，纤维化却并不发展。炎性细胞和纤维化之间的这种差异似乎与已有的研究并不一致，研究表明去除巨噬细胞可以减轻纤维化［11］。可能的解释是，HIF上调或下调改变了巨噬细胞的特性或亚群，这会改变巨噬细胞数目变化时带来的影响。

4 周细胞作为缺氧和纤维化的治疗靶点

可以通过扩充血管，保护周围毛细血管，缓解肾间质区的缺氧等尝试来治疗CKD。器官发育时，在没有血流的情况下，内皮细胞也可以通过生成诱导信号促进血管生成［19］，因此新生血管也有可能促进组织修复和再生。血管生成机制复杂，包括血管生成因子的协调作用。其中，VEGF-A起着主导作用，其自身可单独诱导血管生成［20］。VEGF促进生成的新血管是不完整和不稳定的。不完整的血管渗漏可募集白细胞，促进炎症发生。这个阶段，VEGF表达增强和巨噬细胞的数量增多，随后周围毛细血管丢失，纤维化进展［21］。

新生血管缺陷的主要原因是这些由内皮细胞构成的血管缺乏周细胞的覆盖，不能抑制炎性细胞的募集，新生血管不能发挥正常的功能。可以推测CKD时周细胞转化为MFs，而正常的周细胞缺乏。因此，使MFs的失活，恢复周细胞活性和功能是改善缺氧和纤维化的基础。

我们应该怎样才能达到这个目标？首先，我们应该考虑为什么缺氧是血管生成最有效的刺激之一，但缺氧肾小管上皮细胞仍不能引起足够的新生血管生成。在CKD中肾小管上皮细胞在低氧作用下，可以表达包括VEGF在内的血管生成因子，但某些血管生成因子可能在募集周细胞生成成熟且稳定血管的能力方面存在不平衡和/或缺陷。多个生长因子家族参与周细胞向新生血管募集，如 PDGFs、血管生成素、TGF-β［20］。如果肾小管上皮细胞主要表达VEGF，而募集周细胞的生长因子表达较少，募集到新生血管的周细胞会减少，导致新生血管不成熟。另外，不成熟血管的上皮细胞分泌的周细胞募集因子使周细胞从血管上分离。如果能确切的掌控这些促进血管生成的生长因子，可能会通过生成成熟的血管来促进CKD治疗。

鉴于纤维化本质上是对组织损伤的保护性应答，并在损伤去除时得以解决，所以MFs应能够转化为周细胞。事实上，当主要的损伤刺激被去除时，慢性纤维化是可逆的［22］。然而，在纤维化过程中，周细胞向新生血管募集的过程可能会被MFs阻断。但MFs处于持续活化状态，并抑制自身转化为周细胞的机制有待于进一步研究。掌握该过程中涉及的信号通路可能会为纤维化的治疗提供线索。此外，周细胞数量增加后促红细胞生成素会增多［10］，这将改善CKD的贫血状态。因此，周细胞不仅可通过增强血管的稳定性，还可通过增强血液的携氧能力来改善肾的缺氧状态。

巨噬细胞在血管生成和纤维化中也起着重要作用［11，23］。巨噬细胞表达VEGFs、PDGFs、成纤维细胞生长因子和血管生成素。在血管生成和/或纤维化过程中，M2型巨噬细胞会生成上述因子，进而促进组织修复。然而M2型巨噬细胞可能进一步细分为促进血管生成的巨噬细胞和促进纤维化的巨噬细胞。还有另外一种可能是巨噬细胞根据周围内环境的变化生成相应的生长因子。不管怎样，巨噬细胞是可以影响周细胞活化的。因此，调控巨噬细胞分化为不同的亚型和/或调控生长因子的生成，可能成为CKD治疗的另一种方法。

研究表明，抑制PHDs后生成的血管较生长因子所促进生成的血管更成熟［24］。减少内皮细胞或周细胞的PHD2也可生成更稳定的血管［25］。这些结果表明，可能存在一些未被明确的因素或机制，通过募集周细胞促进血管的稳定性。PHD抑制剂具有治疗CKD的治疗潜力。

5 总结

纤维化和缺氧是治疗慢性肾脏病肾小管间质病变主要治疗靶向。纤维化过程中，周细胞离开毛细血管，并转化为生成ECM的MFs，导致毛细血管脆性增加，血管稀疏，这是缺氧的主要原因。因此，使MFs转化为周细胞成为CKD的一个可能的治疗方向，为防治或逆转CKD开辟新的途径。

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（潘子昂编辑）

The Role of Pericytes in the Mutual Relation of Fibrosis and Hypoxia in Chronic Kidney Disease

CUI Yu-jie，MENG Xiang-juan，LI Hong-juan，AN Hui-xia
（Department of Nephrology，the Second Affiliated Hospital of Harbin Medical University，Harbin 150000，China）

Renal interstitial fibrosis，renal tubular damage and inflammatory cell infiltration are all important characters of chronic kidney disease.Tissue hypoxia is an important mechanism of tubulointerstitial injury. Peritubular capillary rarefaction，which is lead by perirenal capillary damage，is an important cause of renal interstitial fibrosis.In fibrosis，pericytes detach from vessels and produce ECM.Therefore，tubulointerstitial injury，hypoxia，and fibrosis are intricately related to one another，which are mediated by capillary rarefaction. Clarifying the relationship between the three above-mentioned，as well as the role of pericytes，may be a promising target for therapy in CKD，and delaying the progression of chronic kidney disease.

CKD；Tubulointerstitial injury；Hypoxia；Renal interstitial fibrosis；Pericytes

10.11748/bjmy.issn.1006-1703.2016.02.033

2015-11-05；

2015-11-16

安惠霞。