信号通路在肾纤维化发生机制中作用的研究进展

敬雪明，张诗琬，喻雪琴，陈芳，梅怡晗

1 川北医学院附属医院，四川南充637000；2 首都医科大学附属北京朝阳医院

肾纤维化(RIF)是单一或多因素长期或反复致肾损伤后的一种病理结果，其主要病理特征是细胞外基质(ECM)过度沉积，本质是受损后的肾组织纤维化[1]。RIF的发生发展涉及多致病因素、多信号通路的单一或共同作用，对与RIF相关信号通路的作用机制进行探索，有助于对RIF发生机制的了解，并为其诊断治疗提供理论依据。现对与RIF发生发展相关的部分信号通路的作用机制综述如下。

1 TGF-β/Smad信号通路在RIF发生中的作用

1.1 TGF-β/Smad信号通路对RIF发生的直接影响 在受到炎症、缺血、缺氧等致病因素作用后，肾脏可诱导靶细胞产生TGF-β，而TGF-β可刺激成纤维细胞、上皮间充质转化(EMT)等形成并促进ECM合成。在RIF形成过程中，TGF-β作为TGF-β/Smad信号通路诱导和调控ECM形成的启动因子，其中TGF-β1、TGF-β2和 TGF-β3为TGF-β的3种亚型，都是通过旁分泌或自分泌模式到达相应的靶细胞而发挥其作用。这3种亚型在体外功能相似，体内生物学作用差异明显。TGF-β1主要存在于肾组织内，TGF-β主要是通过TGF-β1与TβRⅠ受体结合，活化受体胞内丝氨酸/苏氨酸激酶蛋白并将生物信息传递致细胞内，致胞内-核信息分子Smad2、3磷酸化并活化[2,3]；活化的Smad2/3与Smad4结合为三聚体进入胞核内，诱导并促进整合素连接激酶(ILK)、基质金属蛋白激酶2(MMP-2)和α肌动蛋白(α-SMA)水平高表达来发挥促RIF作用[4]。有实验研究结果显示[5]，上皮细胞标志物E-钙黏蛋白在TGF-β1作用下其水平下调明显，这可能与TGF-β/Smad信号通路诱导和促进了EMT发生相关。研究发现，Sorafenib具有明显的抗RIF作用，其抗RIF作用主要通过TGF-β/Smad信号通路来实现，表现为α-SMA水平低表达、E-钙黏蛋白高表达；并发现Sorafenib能对Smad3磷酸化发挥直接的抑制作用，从而发挥对ECM形成的抑制作用，进而发挥其抗RIF作用[6]。

1.2 TGF-β/Smad信号通路对RIF相关信号通路或细胞因子水平的调节

1.2.1 对骨成型蛋白7(BMP-7)/Smad信号通路的影响 BMP-7为TGF-β家族成员之一，在健康成人肾组织和循环血中高表达。在机体处于炎症、缺血、缺氧等状态时，肾病患者循环血中BMP-7低水平表达；在机体处于炎症、缺血、缺氧等状态后的修复期时，其循环血中BMP-7水平逐渐恢复至健康人群水平。在通过对大鼠单侧输尿管结扎(UUO)后的研究发现，BMP-7能通过降低TGF-β1介导的促RIF能力而发挥抗RIF作用[7]。这与BMP-7与BMPRⅠ、BMPRⅡ受体结合后的Smad1/5/8磷酸化，阻断其与Smad2/3 Smad4结合或活化的Smad1与Smad4结合而发挥对miR-29/200水平调节相关，显示BMP-7/Smad通过对TGF-β/Smad信号通路调节发挥了抑制ECM形成的抗RIF作用[8]。

1.2.2 对结缔组织生长因子(CTGF)水平的调节 研究发现，CTGF为TGF-β/Smad信号通路介导RIF发生的一个下游多肽分子，具有促进成纤维细胞增生、ECM形成的功能。研究发现，TGF-β的TGF-β1亚型是通过TGF-β1/Smad信号通路促进下游分子CTGF高表达后导致ECM形成与RIF发生的，同时调节CTGF水平表达能起到调控RIF的作用[9]。实验研究显示，TGF-β1主要通过其下游分子CTGF介导来发挥其促RIF作用，同时CTGF又对TGF-β1水平起调控作用[10]。在体外培养的人结膜成纤维细胞中，于培养液中加入TGF-β1，CTGF及ECM中的Ⅰ型胶原蛋白、纤连蛋白等表达水平降低，显示CTGF对TGF-β1功能发挥了调节作用。

TGF-β与CTGF间的互调主要通过对其转录水平的调节来完成，CTGF可能与TGF-β及Smad蛋白的激活相关，TGF-β对CTGF活化发挥正向调节作用；活化的Smad3对TGF-β1促进CTGF蛋白合成发挥调节作用，并且CTGF也可与TGF-β1直接结合以增强其与相应受体的结合能力来对TGF-β1/Smad信号通路进行活化。这表明CTGF可通过TGF-β/Smad信号通路来促进RIF的发生，CTGF是TGF-β诱导Smad1细胞外信号调控激酶磷酸化所必需的信号分子。

2 Notch信号通路在RIF发生中的作用

Notch因丧失某些功能突变在果蝇的翅膀周缘造成“缺刻”而命名[11]，现已分离出4种同源型Notch基因；Notch-1、2、3多表达于肾等器官中，Notch-4仅表达于巨噬系统及上皮细胞膜上。其中Notch-1和Notch-2的磷酸化位点具有链接其他信号通路的作用[12]，发挥着细胞间信号传导和对细胞增殖、活化、转化与凋亡的调节作用[11]。Notch信号通路表达异常与高血压肾病、糖尿病肾病等肾脏疾病的发生相关，并与RIF的发生关系密切，

2.1 Notch-1与RIF Notch-1在高血压及糖尿病肾病等患者的肾组织及循环血中高表达，足细胞膜中Notch-1高表达并与蛋白尿水平及肾小球纤维化程度呈正相关。在慢性肾病患者中，Notch-1高表达可导致肾间质纤维化发生和加重。研究发现[13]，下调或阻断糖尿病肾病小鼠Notch-1表达，可使其蛋白尿水平下调或消失，从而改善肾小球系膜细胞增生并延迟或阻断RIF的发生；同时，在TGF-β诱导后的足细胞转分化过程中，阻断Notch-1可下调小鼠足细胞标志物nephrin-1和nephrin-2蛋白的丢失程度。研究显示，高表达Notch-1后，可促进TGF-β/Smad信号通路诱导糖尿病大鼠肾小球中的血管内皮生长因子高表达，抑制足细胞及nephrin-1和nephrin-2蛋白的表达，促进了ECM合成与RIF的发生[14]。有研究表明，上调胞内Notch-1水平后，可通过活化的p53来促进足细胞凋亡，进而导致大鼠蛋白尿形成及RIF发生[15]。有学者研究发现[16]，激活的Notch-1可通过其他信号分子与信号通路来增强足细胞膜表面胞饮蛋白水平和能力，以强化nephrin蛋白的胞吞作用，进而导致足细胞间裂孔隔膜受损、ECM过度发生与沉积，从而促进RIF发生。

2.2 Notch-2与RIF 研究发现，在阿霉素诱导建立的小鼠足细胞损伤模型中，以Notch-2干预小鼠7、14、21 d后，其蛋白尿、RIF程度、足细胞凋亡数量均显著下调，显示Notch-2具有抗RIF作用[17]。在糖尿病小鼠模型中，Notch-1高表达可诱导或加重小鼠蛋白尿形成而导致RIF发生；在高表达Notch-2小鼠模型中，其肾小球表型发生明显变化，其中Notch-2发挥的抗RIF作用可能与TGF-β受抑制相关。在RIF的EMT形成过程中，肾固有细胞活化致TGF-β、PDGF、CTGF等高表达而导致RIF发生，并使α-SMA在间质中过度沉积，上皮细胞的标志蛋白E-钙黏蛋白低表达。体外实验显示，Notch-2表达水平与抑制TGF-β诱导成纤维细胞转化呈正相关，与α-SMA水平呈负相关，其抗RIF作用可能与上调PTEN来增强蛋白激酶B(AKT)羧基端的磷酸化程度而促进AKT信号通路活化有关[18]；另外，Notch-2可通过调节Bcl-xL/Bcl-2基因磷酸化、TLR-4对RIF的发生影响Bcl-2基因磷酸化，使凋亡蛋白失活，参与对细胞存活及抗凋亡的调节过程，从而发挥抗RIF作用。

3 Toll样受体4(TLR4)信号通路在RIF发生中的作用

3.1 TLR4信号通路对RIF发生的直接影响 在各种致病因子介导下，肾实质细胞表面的TLR4与病原相关分子结合形成复合体而被活化，通过依赖Myd88信号通路并活化下游NF-κB通路介导促炎因子基因转录，炎症介质高水平表达，从而诱导和促进RIF。

3.2 TLR4信号通路对RIF发生的间接影响

3.2.1 TLR4信号通路对RIF相关细胞因子水平的调节 TLR4信号通路激活后可活化下游NF-κB信号通路介导，并促进IL-1β、TNF-α、IL-6等炎症因子及趋化因子如单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)高表达，这可能是导致RIF发生的主要机制之一。其中，IL-1β高表达可能是诱导和促进RIF发生的关键因子。IL-1β可活化TGF-β/Smad信号通路，TGF-β水平高表达与系膜细胞、肌成纤维细胞等表面受体结合促进ECM形成；同时，IL-1β可诱导和促进PI3K/AKT信号通路的激活而促进RIF的发生发展[19，20]。TNF-α是促进RIF发生的另一重要炎症因子，在巨噬细胞、肾小管上皮细胞膜、系膜细胞上均可分泌高水平的MCP-1，致炎性因子持续活化及蛋白酶破坏基底膜，使TGF-β1高表达而促进ECM形成增加导致RIF的发生；同时，TNF-α与系膜细胞表面受体结合后，促进IL-6水平上调致ECM形成与沉积，进而导致RIF的发生[21]。

3.2.2 TLR4信号通路对导致RIF发生的巨噬细胞极化与表型转化的调节 巨噬细胞表型分为M1与M2型，表型改变对ECM合成及RIF发生发挥调控作用。M1型巨噬细胞激活后使TNF-α、IL-1β等致炎因子过表达，进而促进ECM形成和RIF发生；M2型巨噬细胞激活后产生IL-4、IL-10等抑炎因子，调控抑制炎症反应程度而增强细胞的吞噬活性，进而抑制ECM形成而发挥抗RIF作用。在大鼠UUO实验中发现，TLR4信号通路与巨噬细胞极化及巨噬细胞M1与M2型间转化关系密切[22]。对高脂饮食动物模型研究发现，TLR4活化或高表达后，可促进脂肪组织巨噬细胞极化为M1型；在沉默或低水平表达TLR4后，可促进巨噬细胞极化为M2型，以减轻组织炎症而发挥抗RIF作用[23]。研究发现，在UUO大鼠模型肾损伤早期时，损伤的肾小管上皮及浸润于肾间质的巨噬细胞膜上HMGB1高表达，其可促进M1型巨噬细胞标志物诱导一氧化氮合酶高表达、M2型巨噬细胞标志物IL-10低表达，即HMGB1促进巨噬细胞极化为M1型而致促炎症因子高表达，导致肾损伤及RIF发生或加重；在下调或抑制HMGB1水平后，UUO损伤早期M2型巨噬细胞高表达，肾损伤及RIF程度减轻[24]。这其中HMGB1作为TLR4的上游分子，下游TLR4信号通路与上游的HMGB1相互调控，在巨噬细胞极化与转化中发挥作用。研究表明，姜黄素可通过抑制TLR4/NF-κB通路，促进巨噬细胞极化为M2型以减轻肾组织炎症；沉默或干扰TLR4后，NF-κB信号通路受阻，巨噬细胞极化为M2型；这些均显示，TLR4信号通路可通过调控巨噬细胞极化与表型转化来发挥抗RIF作用[25]。

4 Wnt/β-catenin信号通路在RIF发生中的作用

研究显示，Wnt/β-catenin信号通路对细胞分化、器官发育、组织修复、肾脏发育具有调控作用。在正常成人肾脏中，Wnt/β-catenin信号通路水平或强度呈低水平表达或沉默；但在肾损伤患者和不同动物模型中，Wnt/β-catenin信号通路被活化或高表达。研究发现，在肾组织细胞中，Wnt/β-catenin可上调MMP-7、Snail-1等促纤维化蛋白表达；其中，Snail-1是诱导EMT的重要转录因子，可抑制E-钙黏蛋白的表达水平，导致上皮细胞间的紧密连接消失。在RIF动物和临床患者中，Snail-1和β-catenin在肾小管上皮细胞表达上调；在体外实验中，β-catenin活化后可诱导Snail-1在足突细胞和肾小管上皮细胞高表达[26]。Wnt/β-catenin信号通路下游靶点基因之一的MMP-7可降解ECM，促进炎性介质释放[27]。研究发现，肾细胞中β-catenin调控MMP-7表达，并与肾脏Wnt/β-catenin信号通路关系密切。

在大鼠RIF模型中发现，Wnt4在集合管中高表达，并与Ⅰ型胶原mRNA及α-SMA水平呈正相关；研究显示，高血糖可致肾小球系膜细胞过度凋亡，Wnt信号通路在此过程中发挥作用[28]；其中，Wnt4和Wnt5a低表达而Wnt信号通路受抑制，显示出Wnt4和Wnt5a与β-catenin水平的一致性；提示Wnt/β-catenin信号通路激活可抑制高糖所致肾小球足细胞、系膜细胞凋亡。在对UUO大鼠致RIF形成的实验中发现，除Wnt5b、Wnt8b和Wnt9b外，其他Wnt蛋白家族均过表达；同时，Wnt/β-catenin信号通路在拮抗剂DKK-1作用后，能抑制肌成纤维细胞活化及Ⅰ型胶原、纤维粘连蛋白表达。这提示在RIF中经典Wnt/β-catenin信号通路被活化，下调该通路活性在一定程度上能够缓解RIF程度[15]。此外，在阿霉素诱导足细胞损伤实验中显示，Wnt1表达水平与下游β-catenin蛋白活性具有高度的一致性，Wnt1表达水平与肾小球足细胞损伤程度和蛋白尿水平具有正相关关系，表明Wnt1对促进RIF的发生发挥了调节作用。

综上所述，各种信号通路及相应细胞因子对RIF的发生发展发挥调节作用，但RIF的发生是受多细胞因子与多信号通路调节的复杂过程，对单一信号分子或信号通路进行研究以此来了解RIF发生机制是存在明显的局限性；RIF可能是多信号通路及细胞因子交互作用后的结果，同时信号通路与细胞因子间相互影响导致RIF发生的过程复杂多变。今后，尚需对多信号通路及交叉关系进行研究，才能全面了解整个信息网络，寻求通路交叉点，以期找到准确的发病机制和最佳治疗路径。