细胞周期阻滞在急性肾损伤向慢性肾脏病转变中的作用机制研究进展

高 召，陈星华，丁国华

·新进展·

细胞周期阻滞在急性肾损伤向慢性肾脏病转变中的作用机制研究进展

高 召，陈星华，丁国华*

急性肾损伤(AKI)是临床常见的急危重症之一，部分AKI患者进展为慢性肾脏病(CKD)。AKI向CKD转化的具体机制尚不十分清楚，涉及多个方面，如肾小球代偿性增大后硬化、肾间质炎症及纤维化、内皮功能损伤、肾小管管周毛细血管减少、氧化应激以及肾小管上皮细胞异常修复等。近年来研究发现AKI后肾小管上皮细胞异常修复是导致CKD的中心环节，而肾小管上皮细胞周期阻滞是上皮细胞异常修复的重要机制之一。本文就细胞周期阻滞在AKI向CKD转变中的机制进行综述。

急性肾损伤；慢性肾脏病；细胞周期；综述

急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)是临床常见的急危重症之一，部分AKI患者肾脏持续损伤，进展为慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)。尽管诊疗和科研水平发展迅速，AKI与CKD的患病率仍逐年攀升，病死率高，造成极大的社会负担。大量研究发现，AKI与CKD和终末期肾脏病(ESRD)关系密切,对AKI患者随访发现AKI可增加CKD和终末期肾病的发生风险，促进已有的CKD进展[1-2]。AKI向CKD转化的具体机制尚不十分清楚，涉及多个方面，如肾小球代偿性增大后硬化、肾间质炎症及纤维化、内皮功能损伤、肾小管管周毛细血管减少、氧化应激以及肾小管上皮细胞异常修复等[3]。

近年来研究发现AKI后肾小管上皮细胞异常修复是导致CKD的中心环节[4]。当损伤较轻时，肾小管细胞进入细胞周期，增生修复肾单位。当反复和严重损伤时，衰老细胞增加，出现异常修复。异常修复导致肾组织结构不完整，处于持续炎症状态，激活血管周围成纤维细胞及周细胞，肌成纤维细胞蓄积，血管稀疏，慢性缺血，间质基质增多，纤维化发生[5]。AKI后异常修复引起CKD的分子机制包括：肾小管上皮细胞周期阻滞，肾小管周围微血管密度减少所致的缺血低氧和肾间质炎性反应等产生的多种细胞因子等[6-8]。本文就细胞周期阻滞在AKI向CKD转变中的机制综述如下。

1 AKI和CKD

AKI和CKD是临床常见的两大综合征，均以肾脏损伤及肾功能下降为主要特征。研究发现AKI可导致CKD，增加ESRD发生风险[1-2,9]。以往认为AKI是一个可逆过程，在缺血、毒素损伤后肾脏可以完全修复。然而，动物模型研究[4-5]和临床观察分析[1-2]发现AKI与CKD密切相关。当基础肾小球滤过率下降时，AKI可以预测CKD，同时CKD患者易患AKI[5]。一项针对AKI转归的研究发现AKI后CKD的发生率为25.8/100患者年，其风险是不伴AKI人群的8.8倍，提示AKI后发生CKD的风险明显增加[9]。HEUNG等[10]对AKI后1年患者发生CKD风险进行评估，发现AKI后患者CKD患病率为31.8%，非AKI患者CKD患病率为15.5%。特殊人群，如新生儿和老年人发生AKI后CKD患病率更高[11-12]。荟萃分析发现AKI患者更易出现蛋白尿，心血管疾病风险增加，同时 CKD也是发生AKI的主要危险因素，合并CKD患者发生AKI通常不能完全恢复，并且肾功能持续恶化[13]。动物模型也观察到AKI后CKD的发生[4-5]。大多数动物模型采用缺血再灌注模型，造模动物包括大鼠、小鼠和猪，观察到AKI后肾脏纤维化发生[4-5]。此外还有采用叶酸和单侧输尿管梗阻模型，观察到类似结果[4]。脓毒症后AKI所致的CKD鲜有报道。CHEN等[14]采用小剂量脂多糖(1 mg·kg-1·d-1)隔日注射小鼠，在第14天发现小鼠肾脏发生明显纤维化。

2 细胞周期调控机制

细胞周期(cell cycle)是指细胞从一次分裂完成开始到下一次分裂结束所经历的全过程。真核细胞以细胞周期的形式复制，包括G0、G1、S、G2、M期。G0期为细胞静息状态，不参与有丝分裂。G1、S、G2期为细胞间期。G1期合成DNA复制所需的mRNA和蛋白质。S期DNA复制。随后是G2期，细胞快速生长，合成蛋白质。进入M期，细胞进行有丝分裂[15]。为了确保细胞周期的保真性，细胞分裂过程中存在检验点(checkpoint)。如果在细胞周期过程中前一事件没有完成，细胞周期将会在此阻滞。细胞周期检验点主要在4个时期发挥作用：G1期检验点确保细胞体积足够大进入S期，S期检验点检查DNA损伤。G2期检验点确保3件事：DNA已经复制，所有的复制错误被纠正，细胞体积足够大可以保证分裂。M期检验点确保染色体对准纺锤体，准备有丝分裂[5]。

细胞周期正性调控蛋白包括细胞周期蛋白或称为细胞周期素(cyclin)和细胞周期蛋白依赖蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDK)。在哺乳动物细胞中，cyclin D、cyclin E、cyclin A、cyclin B和CDK1(or called cell division cycle 2,CDC2)、CDK2、CDK4、CDK6参与细胞周期调控，其他类型的周期蛋白和CDK与细胞转录有关。在G1期cyclin D(cyclin D1、D2 和D3)与CDK4/6的结合，使其底物视网膜母细胞瘤蛋白(retinoblastoma protein,pRb)磷酸化，使细胞从G0期进入G1期。在G1期cyclin E与CDK2 结合，使pRb高度磷酸化，解除对E2F转录因子的抑制，越过检验点，细胞周期完成G1/S期的转换。S期的向前推进则需要cyclin A与CDK2形成的复合物。cyclin A与CDK1结合促进G2/M期转化，在M期cyclin B与CDK1形成复合物参与细胞有丝分裂[13]。

细胞周期负性调节蛋白主要包括细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitors,CKI)，是一类非同源的蛋白质家族，可与CDK或CDK-cyclin复合物结合并抑制其活性。CKI包括INK4家族和Cip/Kip家族。INK4家族包括p15、p16、p18和p19，与CDK4/6结合形成稳定的复合物，阻止与周期蛋白D结合。Cip/Kip家族包括p21、p27和p57，可以广泛地作用于CDK和cyclin复合物并抑制其活性，阻碍细胞周期进程[15]。最近研究发现通过转基因技术将表达p16阳性衰老细胞在药物作用下清除后，可改善老年小鼠肾功能[16]。

3 细胞周期阻滞在肾损伤中作用

细胞开始分裂修复，必须按照细胞周期程序进入和退出每一期。如果细胞离开某一期或停滞在某一期太久或太短，正常的修复和恢复过程将出现紊乱。如果细胞在G1晚期离开细胞周期，将出现凋亡。短暂的细胞周期阻滞具有保护作用，当出现应激和损伤时，细胞停止分裂。如果细胞周期持续阻滞在G1期，将导致细胞表现为肥大和衰老型，释放炎性因子白介素(IL)-6和IL-8等。当细胞周期阻滞在G2/M期，释放促纤维化生长因子结缔组织细胞因子(CTGF)和转化生长因子β(TGF-β)，成纤维细胞增生，胶原增加，出现纤维化[13,17]。在正常肾小管上皮细胞，大部分细胞处于G0期，很少有细胞增生。然而当出现各种损伤时，如AKI，细胞周期短暂阻滞在G1期，为细胞分裂准备。协同和同步化阻滞以及适应性修复促进肾脏损伤恢复，而异常修复出现凋亡，纤维化和CKD[18]。

在盲肠结扎穿孔模型，AKI早期p21和p53调控细胞周期短暂阻滞在G1期，阻止细胞分裂，48 h后cyclin D1/CDK4和cyclin E/CDK2表达上调，促进细胞周期向S期转化。脓毒症早期肾功能下降与细胞周期阻滞在G1期有关，当G1期向S期过渡时，肾小管增生，肾功能改善[19]。实验室既往研究盲肠结扎穿孔模型，发现炎性因子高迁移率族蛋白B1可诱导肾小管上皮细胞阻滞在G1期[8]。IWAKURA等[20]采用醋酸铀和醋酸铅模型建立AKI模型，发现肾小管细胞在AKI中恢复通过上调p21和p27表达，对G1期阻滞，增强细胞对多次损伤的抵抗。PABLA等[21]采用CDK4/6抑制剂PD0332991预处理顺铂诱导的AKI模型，通过G1期阻滞减轻肾损伤，提高存活率。在缺血再灌注模型中，采用CDK4/6抑制剂PD0332991预处理动物，改善肾功能，减轻肾脏巨噬细胞浸润，减少炎性因子肿瘤坏死因子(TNF)、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)表达。体外用PD0332991处理肾小管上皮细胞，细胞周期短暂阻滞在G0/G1期，减轻顺铂诱导的DNA损伤和细胞凋亡。由于PD0332991在动物研究中显著效果和人体良好的耐受性，美国食品药品监督管理局(FDA)打算将其作为突破性疗法纳入新药研究[22]。胰岛素样生长因子结合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein-7,IGFBP-7)和金属蛋白酶组织抑制剂2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2,TIMP-2)与G1期阻滞调节有关。在AKI早期，肾小管上皮细胞损伤，外源性或自身分泌的IGFBP-7和TIMP-2增多，导致p21、p27、p53上调，抑制cyclin D-CDK4/6和cyclin E-CDK2复合物，细胞周期阻滞在G1期[18]。大量研究证实尿TIMP-2和 IGFBP-7可以预测AKI，美国FDA已经批准尿TIMP-2 和 IGFBP-7作为检测早期AKI标志物[23-25]。

细胞周期阻滞在G2/M期，是AKI后CKD重要机制[6]。当发生反复和严重的损伤时，肾小管上皮细胞出现异常修复，细胞周期阻滞在G2/M期，产生促纤维化因子，通过旁分泌途径作用周围周细胞和成纤维细胞[6,26-27]。YANG等[28]研究缺血再灌注、马兜铃酸肾病和梗阻性肾病模型，发现上皮细胞阻滞在G2/M期，激活JNK/c-jun信号通路，产生促纤维化因子CTGF和TGF-β，出现肾脏纤维化。当分别应用JNK和p53抑制剂时，肾脏纤维化减轻。先前临床研究将CDK2抑制剂用于多囊肾病、系膜增生性肾小球肾炎、新月体肾炎和塌陷性肾小球病的治疗，未获成功。CDK2抑制剂用于IgA肾病治疗，由于其严重并发症，终止研究。CDK2抑制剂诱导细胞周期阻滞在G2/M期或S期，促进细胞凋亡，限制其应用[22]。通过各种途径使细胞克服G2/M期阻滞，有可能成为治疗肾脏慢性纤维化的新靶点[5]。

4 结语

大量研究证实AKI可导致CKD，上皮细胞异常修复是导致CKD的中心环节。轻度损伤导致上皮细胞的细胞周期短暂阻滞在G0/G1期，出现适应性修复。严重和反复的损伤导致上皮细胞异常修复，细胞周期阻滞在G2/M期，产生促纤维化因子，从而导致纤维化，干预细胞G2/M期阻滞，有望成为治疗CKD的新靶点。

本文文献检索策略：

检索数据库：万方数据知识服务平台、PubMed；关键词：急性肾损伤、慢性肾脏病、细胞周期、acute kidney injury、chronic kidney disease、cell cycle；检索时间：2006—2016年。检索出38篇文献，纳入标准：AKI和/或CKD转化机制包含细胞周期的文献，排除标准：单纯研究AKI或CKD不包含细胞周期机制的文献。

作者贡献：高召检索、查阅文献，撰写论文；陈星华进行论文的修订；丁国华负责文章的质量控制及审校，对文章整体负责，监督管理。

本文无利益冲突。

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ResearchProgressofMechanismofCellCycleArrestinChronicRenalDiseaseafterAcuteRenalInjury

GAOZhao,CHENXing-hua,DINGGuo-hua*

DepartmentofNephrology,RenminHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430060,China

*Correspondingauthor：DINGGuo-hua,Professor,Mainresearchdirection：thepathophysiologymechanismsofpodocytedisease；E-mail：ghxding@gmail.com

Acute renal injury(AKI) is one of the most common severe acute diseases.Some patients with AKI may be likely to develop chronic kidney disease(CKD).However,the specific mechanism of CKD after AKI is not clear,which is associated with many factors,such as glomerular sclerosis after compensatory hyperplasia,renal interstitial inflammation and fibrosis,endothelial dysfunction,peritubular capillary rarefaction,oxidative stress and tubular epithelial cell abnormal repair.In recent years,it has been found that tubular epithelial cells abnormal repair after AKI plays a crucial role in developing CKD,and cell cycle arrest of tubular epithelial cells is one of the important mechanisms of epithelial cell abnormal repair.In this review,we summarized the recent advances in how cell cycle arrest links AKI to CKD.

Acute kidney injury；Chronic kidney disease；Cell cycle；Review

R 692

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.06.y26

2017-01-21；

2017-06-08)

(本文编辑：陈素芳)

国家自然科学基金资助项目(81500516,81570617)

430060湖北省武汉市，武汉大学人民医院肾内科

*通信作者：丁国华，教授，主要研究方向：足细胞疾病的病理生理机制；E-mail：ghxding@gmail.com

高召，陈星华，丁国华.细胞周期阻滞在急性肾损伤向慢性肾脏病转变中的作用机制研究进展[J].中国全科医学，2017，20(29)：3679-3682.[www.chinagp.net]

GAO Z,CHEN X H,DING G H.Research progress of mechanism of cell cycle arrest in chronic renal disease after acute renal injury[J].Chinese General Practice，2017，20(29)：3679-3682.