Fractalkine参与肾脏疾病发病机制研究进展①

付冬冬 尤燕舞

(右江民族医学院附属医院肾内科，百色 533000)

FKN又称CX3CL1，1997年由Bazan等[1]发现的一种 Ⅰ 型跨膜蛋白，是目前唯一被发现的CX3C类趋化因子。FKN主要以分泌型和膜结合型形式存在，分泌型FKN由去整合素域金属蛋白酶对黏蛋白茎的基部进行蛋白水解切割成可溶形式，对单核细胞、自然杀伤(natural killer，NK)细胞、T细胞等发挥黏附作用；膜结合型FKN通过黏附整合素非依赖性白细胞，协同TNF-α、IFN-γ、IL-1等炎症因子发挥趋化作用[2]。FKN在肾脏中的表达主要位于血管内皮细胞、肾小球内皮和上皮细胞、肾小管上皮细胞、系膜细胞和系膜间质细胞[3]。FKN与受体CX3CR1结合后参与多种肾脏疾病的发生发展[4]，包括狼疮性肾炎、糖尿病肾病、肾移植急性排斥反应、IgA肾病、肾脏纤维化、肾肿瘤等。本文主要针对趋化因子FKN在多种肾脏疾病中的研究进行综述，为FKN在肾脏疾病靶向治疗方面的研究提供参考。

1 Fractalkine的趋化和黏附作用机制

FKN与白细胞上的特异性受体结合后通过G蛋白偶联受体机制引起黏附分子整合素蛋白家族活化[5]。趋化因子结构域在膜结合黏蛋白样茎的顶端部位起到黏附作用，减少蛋白聚糖类和其他黏附分子的聚集。FKN与受体CX3CR1结合后增加了与整合素的亲和力，促使白细胞外渗[6]。FKN、细胞间黏附分子-1(ICAM-1)和血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)共同参与了内皮细胞损伤，促使细胞从血液内迁移到组织中，增加了细胞黏附功能[7]。研究表明，FKN在炎症组织中的表达可以诱导和激活NK细胞导致内皮细胞损伤[8]。病毒感染、细菌感染、局部缺血等都是可引起FKN、ICAM-1、VCAM-1表达量的增加因素。黏附分子和 FKN表达增加引起内皮细胞之间NK细胞的黏附和迁移，加重炎症反应。FKN通过募集单核细胞、巨噬细胞在肾组织聚集，激活NF-κB信号通路，释放IL-1、IL-6、TNF-α等炎症因子促进黏附因子(ICAM-Ⅰ)表达，促进单核细胞发挥浸润黏附作用[7,9]；FKN通过TGF-β1通路诱导纤维细胞转化为肌成纤维细胞，导致肾间质纤维化、肾小球硬化和肾衰竭的发生[10,11]。总之，FKN趋化作用机制是活化黏附分子整合素蛋白家族，通过黏附白细胞、NK细胞等并诱导激活，导致内皮细胞损伤，协同ICAM-1、VCAM-1参与炎症反应(见图1)。

2 FKN与肾脏疾病

2.1FKN与狼疮性肾炎(lupus nephritis，LN) 狼疮性肾炎是系统性红斑狼疮晚期最严重、高致死率的并发症之一[12]，其发病与免疫复合物在靶器官过度沉积、免疫细胞和细胞因子等数量和功能异常有关[13]。研究发现，LN患者肾小管中存在大量单核细胞浸润，FKN可能通过产生单核细胞诱导的细胞因子在肾小管上皮细胞损伤中发挥重要作用。在神经精神性狼疮患者外周血单个核细胞中CX3CR1 和FKN表达均显著高于健康患者[14]。该课题组在临床研究中发现，与健康对照者相比，LN患者FKN mRNA水平显著增高(Z=-7.165，P<0.001)，活动性和有肾功能损害LN患者FKN水平更高(P<0.001)，与SLE疾病活动性指数(systemic lupus erythematosus disease activity index-2000，SLEDAI-2K)正相关，与补体蛋白C3、C4负相关。这表明FKN参与LN发病机制，抑制FKN表达可以延缓LN病情进展[15]。根据Tang等[16]研究结果表明，FKN通过TACE/TGF-β/EGFR通路参与上皮间质转分化过程，肾小管上皮细胞是肾脏上皮间质转分化的重要源头[17]，故推测FKN可通过调控多种信号途径参与上皮间质转分化，最终导致LN的发生。MRL/lpr小鼠被证实具有类狼疮样自身免疫性疾病的特征，常被用于研究LN的模型小鼠。本课题组研究发现，在12周龄雌性MRL/lpr小鼠肾组织中FKN存在高表达，主要在肾小球足细胞、内皮细胞和肾小管上皮细胞胞浆中，经双氢青蒿素治疗后FKN、NF-κBp65下降，同时尿蛋白水平降低，肾脏病变减轻[18]。Inoue等[19]研究发现，及时给MRL/lpr小鼠输注FKN中和抗体，肾功能明显改善，肾组织病理损伤减轻，包括肾小球细胞增生减轻，新月体减少或消失，肾小球硬化改善等。

图1 肾脏损伤的炎症和免疫机制模拟图Fig.1 Inflammatory and immune mechanisms of kidney injury simulationsNote: →.Promote；.Inhibit.

2.2FKN与糖尿病肾病 糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病患者主要并发症之一[20]，DN主要表现为微血管病变和炎症反应，以往认为炎症因子在肾小球局部浸润和肾间质纤维化的发生是DN病理变化中的主要因素。近年来，越来越多的研究发现趋化因子在促进DN的发生发展中发挥重要作用。糖脂代谢紊乱、氧化应激反应和肾素血管紧张素系统(renin-angiotensi system，RAS)活化等可刺激趋化因子FKN的高表达[21，22]。Fang等[23]研究结果表明，糖尿病患者晚期糖基化终产物的增加促使肾脏系膜细胞增生并引起FKN大量分泌，随后FKN趋化黏附单核巨噬细胞沉积在肾小球系膜细胞区域，参与了糖尿病肾病的发生发展。当肾脏处于炎症状态时，氧化应激反应被激活，大量增加的活性氧(reactive oxygen species，ROS)加重内皮细胞的损伤[24]。TGF-α、糖基化终产物(advanced glycation end products，AGEs)等因子可促进肾小球系膜细胞和内皮细胞中趋化因子FKN的表达[25]，刺激T淋巴细胞、中性粒细胞、单核巨噬细胞在肾间质浸润参与早期糖尿病血管病变[26]。FKN能够促进单核细胞迁移并诱导细胞间的黏附，在糖尿病肾病动物实验中发现FKN/CX3CR1表达较正常对照组升高[11,27]。近年来Rutti等[28]研究首次发现，胰岛细胞可以分泌FKN及其受体CX3CR1，FKN主要表达在非细胞中，CX3CR1表达在细胞中，FKN可以减少β细胞凋亡，并且抑制低葡萄糖刺激的人胰高血糖素的分泌，此外他们还发现FKN通过恢复胰岛素分泌途径中的关键蛋白表达和磷酸化过程来保护β细胞免受TNF-α的损害，这与之前的研究结果不一致，但在该研究中并未涉及肾脏组织病理变化。Song等[11]研究结果表明，12周龄的糖尿病CX3CR1 基因敲除小鼠与糖尿病野生型小鼠相比，肾脏炎症及其纤维化、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)表达显著降低。此外，乔青燕等[29]研究发现，二甲双胍可以通过降低FKN蛋白水平起到保护高糖诱导的HK2细胞增殖。Li等[30]研究发现，丹参酮ⅡA磺酸钠通过调控wnt信号通路抑制高糖诱导的FKN表达而发挥抗炎作用。 这些研究结果表明FKN在糖尿病肾病发病机制中发挥重要作用。

2.3FKN与肾移植急性排斥反应 急性排斥反应(acute rejection，AR)是肾移植最常见的并发症[31]，防治早期AR的发生直接影响肾移植成功率。肾小管单核细胞浸润和上皮细胞损伤是影响AR发生的主要因素。研究发现在肾移植AR中，趋化因子FKN表达增高，FKN通过激活T淋巴细胞，增加单核细胞和NK细胞在血管内皮聚集浸润，导致血管内皮损伤，同时，FKN介导白细胞黏附在肾小管中，进一步加重了肾脏炎症反应。通过对肾移植患者肾小球PCR定量分析研究，结果表明在AR患者中FKN表达水平与其炎症反应严重程度呈正相关[32]。最新研究表明，AR患者尿液FKN表达水平明显高于急性肾小管坏死和慢性移植肾病患者[33]。Zhang等[34]同样发现，与非AR和健康对照患者相比，AR患者FKN、CX3CR1、CXCR3表达水平显著增高，经类固醇治疗后，FKN表达水平降低。这些证据表明，FKN可作为预测肾移植AR的潜在因子，其具体作用机制还需进一步研究。

2.4FKN与IgA肾病 IgA肾病是全球最常见的原发性肾小球肾炎，约35%患者在20年内可发展为终末期肾病，因此，在许多国家，IgA肾病被认为是导致终末期肾病(end-stage renal disease，ESRD)的最重要因素。Otaka等[35]最近研究发现，在IgA患者扁桃体中CX3CR1+CD8+T细胞数量显著增加，FKN趋化性也显著增加，切除扁桃体后发现，T细胞浸润降低，血尿减少。Cox等[36]发现，与镜下血尿患者相比，IgA肾病患者肾小球和尿液中FKN表达量显著增高，此外，LPS可诱导IgA患者外周血单核细胞中CX3CR1的表达增加，IgA患者部分治疗方式采用扁桃体切除术[37]，扁桃体器官内单核细胞聚集可介导的免疫反应，导致IFN-γ上调，B细胞活化因子增多，从而加速IgA的产生[38]。足细胞是位于肾小球基底膜外侧一种高度分化终末固有细胞，损伤后可导致肾小球硬化和大量蛋白尿出现。FKN受体在足细胞中有表达，当足细胞受损时，FKN表达水平增加，尤其是膜结合型FKN表达增加明显。FKN在系膜细胞和内皮细胞中也有表达，并与病理学活动指数密切相关。Kim等[39]研究发现，用anti-APRIL抗体干预IgA小鼠后，可显著延缓IgA病程，降低IgA水平和减少肾小球内IgA聚集，同时降低FKN/CX3CR1水平及其相关单核细胞介导的炎症反应。这些证据表明，FKN参与了IgA肾病发病机制。

2.5FKN与肾脏纤维化 肾脏纤维化是终末期肾脏病变的主要病理表现，肾间质纤维化程度与肾功能水平密切相关。目前有研究表明，在肾间质纤维化过程中FKN发挥重要作用[12,40]。约1/3肾间质纤维化细胞由肾小管上皮转分化而来，多项研究表明，FKN参与肾小管上皮间质转分化过程。在肾脏纤维化炎症过程中，近端肾小管细胞分泌的FKN可以促使白细胞聚集在肾间质组织中。Koziolek等[41]发现，在肾纤维化患者肾脏中FKN/CX3CR1表达水平显著高于无肾脏纤维化和非炎症性肾病患者。有研究发现，通过介导TGF-β/Smad、NF-κB信号通路，诱导肾小管上皮细胞凋亡，促进细胞外基质沉淀，同时，在梗阻性肾间质纤维化大鼠模型中，肾间质纤维化程度随肾功能减退加重，FKN表达显著增加，辛伐他汀干预后FKN/CX3CR1表达降低，肾间质纤维化进展程度降低，这表明FKN在肾间质纤维化过程中发挥促纤维化的作用，其作用机制可能是FKN通过与受体CX3CR1结合后介导单核/巨噬细胞、T细胞、NK细胞等的黏附和趋化作用，同时协同TGF-β激活TGF-β1、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases，MMPs)等炎症因子进一步表达，达到促纤维化作用。Kherbeck等[42]研究表明，FKN可促进肺动脉高压动物模型中血管平滑肌细胞增殖。总之，这些研究结果表明，FKN可能成为干预肾间质纤维化的有效靶点。

2.6FKN与肾肿瘤 FKN不但通过黏附和趋化作用参与体内炎症反应过程，而且在肿瘤的发生发展中也起着至关重要的作用。肾细胞癌的发生和转移与肿瘤相关的血管生成相关，趋化因子及其受体可以通过调节血管生成的方式参与肾细胞癌发病机制[43]。趋化因子与其受体结合后通过激活下游信号通路，并与基质细胞和肿瘤细胞相互作用，促进肿瘤细胞增殖、侵袭、免疫逃逸及血管增生等[44]。Yao等[45]研究发现，与正常肾细胞相比，肾癌细胞系中FKN受体表达水平增高，FKN表达水平降低，且CX3CR1表达量越高，术后转移率越高，随后通过组织芯片研究显示FKN在肿瘤组织中几乎不表达，但在肿瘤血管内皮细胞发现存在FKN的表达。此外，CX3CR1高表达与肾透明细胞癌预后密切相关。该课题组还发现，在肾细胞癌透明细胞中存在CX3CR1表达，并且FKN的表达能增强癌细胞的侵袭作用，FKN促使下游因子ERK1/2和Akt磷酸化，诱导癌细胞迁移。Hong等[46]研究发现，BALB/c小鼠C26肿瘤内注射FKN腺病毒载体后，发现肿瘤生长速度被显著抑制，NK细胞明显浸润，CD4+T淋巴细胞显著增加。为了进一步研究FKN在肿瘤细胞中的作用，该课题组用FKN腺病毒载体处理CD4-/-或CD8-/-小鼠B16F10肿瘤，结果显示，CD4-/-小鼠抗肿瘤作用减少，CD8-/-小鼠抗肿瘤作用完全消失，这说明FKN在体内抗肿瘤作用主要依赖于CD8+T细胞。他们还发现，肿瘤组织中的FKN将表达CX3CR1的NK细胞募集到肿瘤组织中发挥裂解肿瘤细胞的作用，去除NK细胞导致抗肿瘤免疫应答消失，这些结果证实FKN在T淋巴细胞和NK细胞介导的抗肿瘤过程中发挥重要功能。这些研究结果表明，FKN与肾肿瘤的转移密切相关，通过抑制FKN受体或上调FKN表达的靶向治疗可能是潜在的改善肾肿瘤的治疗靶点。

3 展望

趋化因子FKN在多种肾脏疾病的发生发展中起着至关重要的作用，FKN与其受体结合后通过介导中性粒细胞、淋巴细胞、单核细胞、NK细胞等对肾组织血管内皮细胞、上皮细胞、系膜细胞和系膜基质等发挥免疫应答反应。本课题组先前研究表明，免疫抑制剂能够显著抑制FKN表达水平和相关信号通路活化[47]。FKN阻断剂已被用于治疗炎症或免疫性疾病中，用抗FKN单克隆抗体治疗胶原诱导关节炎小鼠后可以显著改善关节炎病理评分并减少炎症细胞浸润[48]。抗FKN单克隆抗体也能显著抑制新生小鼠骨的重吸收[49]。此外，更重要的是，第一种人源化抗FKN单克隆抗体E6011已被用于活动性RA患者的1/2期临床研究中[50]，该疗法基于阻断RA患者FKN的活性，这表明该治疗也可用于其他炎症或免疫性疾病中，例如LN。因此，我们需要更多的研究去探索FKN在肾脏疾病中的作用机制和治疗策略。

在肾脏炎症性疾病中FKN表达增高具有促肾脏疾病的作用，但在肾脏肿瘤发病过程中FKN表达减少，其具体作用机制还需进行大量科学探索。疾病的发生是多种因素相互影响的结果，许多疾病之间相互关联，FKN独特的黏附和趋化特性与多种肾脏疾病的发病机制密切相关，这一特性也被认为是一把双刃剑，并为肾脏疾病发病机制和靶向治疗提供新的视角。