脂质肾毒性机制的研究进展

2022-03-24康硕，张瑄

中国医学科学院学报 2022年5期

康硕，张瑄

天津市儿童医院综合内科肾脏科，天津 300204

1982年，Moorhead等[1]以假说的形式提出“脂质肾毒性”一词，认识到肾脏是继心脏、肝脏等之后，脂毒性损伤的又一器官，从此国内外学者对脂质肾毒性开展了广泛的研究。大量流行病学调查报道，甘油三酯(triglyceride，TG)、总胆固醇(total cholesterol，TC)等血脂指标升高是危害健康人群肾功能的独立危险因素，可增加慢性肾脏疾病(chronic kidney disease，CKD)的发病率[2-3]。此外，血脂紊乱可增加肾病综合征(nephrotic syndrome，NS)患者的复发频率及激素依赖的风险[4-5]。因此，脂质肾毒性在多种肾脏疾病的发生及进展中起重要的作用。本文就脂质肾毒性研究的最新进展做以综述。

正常血脂代谢及肾脏疾病中的血脂紊乱

脂类是一类不溶于水的化合物，包括脂肪酸、TG、TC等，以脂蛋白形式在血液中运输，分为乳糜微粒(chylomicrons，CM)、极低密度脂蛋白(very low density lipoprotein，VLDL)、低密度脂蛋白(low density lipoprotein，LDL)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein，HDL)等形式。由小肠吸收的外源性TC、TG合成CM，及由肝脏合成的内源性TC、TG组装成VLDL，CM与VLDL进入血液，途经脂肪、肌肉等组织的毛细血管，经脂蛋白脂肪酶分解成脂肪酸为组织供能，然后CM、VLDL残粒被肝脏回收降解，部分VLDL还可在血液中转化为TC为主的LDL，为外周组织细胞提供TC，TC在细胞内发挥其生理作用。最终，多余的LDL经肝脏表面的LDL受体(LDL receptor，LDLR)等途径，回到肝脏被降解。此外，还有一类重要的脂蛋白HDL，可从外周组织摄取TC，并将其运回肝脏，TC最终以胆汁酸形式排出体外，这一过程即胆固醇逆向转运(reverse cholesterol transport，RCT)。

在CKD、NS等肾脏疾病中，血脂紊乱的主要原因包括血脂合成增多及清除减少，导致血液中TG、TC、LDL等水平升高。除血脂升高以外，与脂代谢相关的酶在功能或量方面也出现异常，如前蛋白转化酶枯草杆菌蛋白酶/kexin9型(proprotein convertase subtilisin/kexin type 9，PCSK9)，其水平在NS、CKD患者中均可升高，这种蛋白可降解LDLR并阻止其回收，从而减少LDL的清除[6-7]。此外，HDL介导的RCT途径也出现异常，胆固醇酰基转移酶是RCT中重要的酶之一，这种酶可将TC酯化为胆固醇酯，储存在HDL内核中，使其变为胆固醇酯丰富的成熟HDL，其水平降低导致HDL水平降低[8]。由此可见，血脂紊乱在肾脏疾病中普遍存在。

脂质肾毒性

Moorhead等[1]指出血脂异常的致病性主要表现在已有病理改变的肾脏。脂质在非脂肪组织内(肝脏、胰腺、肌肉、肾脏等) 过多蓄积，称之为异位脂肪沉积，其独立于血脂途径，通过危害肾组织已存在的增生性或硬化性损害，加重肾脏损伤。血脂如游离脂肪酸、LDL以及继发的氧化型低密度脂蛋白(oxidized LDL，OxLDL)等，可通过不同受体途径异位沉积在不同类型的肾脏细胞中。根据所结合脂质不同，受体包括脂肪酸受体如CD36、FATP2(fatty acid transporter-2)等；胆固醇受体如LDLR等；OxLDL受体如LOX1(oxidized LDL receptor1)、CD36等。异位沉积的脂质导致内皮细胞损伤，进而渗透到内皮邻近组织，如系膜细胞、足细胞、肾小管上皮细胞(renal tubular epithelial cell，RTEC)等处[9]。过量沉积的脂质在系膜细胞及其基质中过氧化，导致系膜细胞增殖[10-11]。脂毒性导致足细胞CD36、LDLR、LOX1等受体表达上调，摄取过量脂肪酸、TC、OxLDL，从而引起或加重原有的足细胞损伤，加重肾小球滤过屏障对白蛋白等的滤过丢失[12-14]。此外，白蛋白结合的非酯化脂肪酸流经肾小管，由RTEC摄取形成脂滴，导致RTEC损伤及肾间质纤维化[15-16]。由此可见，脂毒性损伤多种肾脏细胞，从而诱发并加重肾脏病理改变。以局灶节段性肾小球硬化症为例，异位脂肪沉积进一步加重肾小球硬化[17]，此外，微小病变型、IgA肾病等病理类型也可出现脂毒性病变[18]。大量研究表明微小病变型可进展为局灶节段性肾小球硬化症，肥胖及血脂紊乱可能增加这种风险，降脂治疗可延迟肾小球硬化[19-21]。肾脏的异位脂肪沉积在多种疾病中存在。研究发现人足细胞在糖尿病肾病患者的血清中培养，可出现TC的异常累积[22]。脂肪沉积不仅可加重NS肾功能进展，还可成为NS发病的诱因[23-25]。此外，肥胖相关性肾病中也存在肾脏脂质沉积[14，26]。脂质肾毒性在肾脏疾病的发生及进展中具有重要的作用，因此日益受到关注。

脂质肾毒性的机制

目前脂质肾毒性已不再停留于病理生理水平，新的分子机制定义在多种肾脏疾病中，其中包括自噬功能缺陷、氧化应激、内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)、炎症反应及表观遗传修饰等，这些机制之间相互交错，共同介导脂质肾毒性机制。

自噬功能缺陷自噬功能是细胞在自噬相关基因的调控下，利用溶酶体降解自身受损细胞器和大分子物质的过程，可调节细胞脂质代谢及感受细胞内应激压力，如氧化应激、ERS等。脂质代谢失衡会阻碍线粒体动力学，导致线粒体结构及功能异常，产生活性氧等具有高度反应活性的含氧分子，导致肾脏组织出现氧化应激[27-28]。内质网在调节蛋白质折叠中起核心作用，而内质网中过量的脂肪酸累积可导致错误折叠或未折叠的蛋白质生成，破坏内质网膜的结构完整性，这些蛋白质释放入细胞质，激活ERS，并且ERS反之可诱导脂质合成，加重肾脏异位脂肪沉积[29-30]。

肾脏是一个高度代谢的器官，足细胞、RTEC等以脂滴形式储存脂质，以自噬途径向线粒体提供脂肪酸进行能量供应。在功能正常的情况下，自噬途径从形成双层膜结构包裹脂滴开始，然后将其运输到溶酶体，降解成脂肪酸等，缓解高脂环境对细胞的损伤。自噬功能可在氧化应激环境中激活，降解棕榈酸诱导足细胞产生的活性氧[31]。此外，自噬功能还可以由脂质诱导的ERS途径下的信号通路来激活，清除未折叠蛋白质的聚集[32]。以上适度的自噬功能是细胞应对高脂环境的自我保护机制，然而高脂环境最终会导致自噬功能缺陷。在高脂饮食喂养的小鼠中，其RTEC细胞内出现脂滴累积、溶酶体内磷脂累积，及溶酶体扩张、通透性增加，表现为自噬功能缺陷[33]。这一缺陷反过来进一步放大脂质负荷、氧化应激、ERS等细胞内应激压力，形成恶性循环。Kawakami等[34]在自噬基因消失的小鼠内，发现其足细胞和RTEC内出现空泡化、线粒体功能障碍以及ERS，最终导致小鼠肾脏组织出现FSGS病变。此外，在小鼠实验中，足细胞自噬功能缺陷导致大量蛋白尿，并伴有蛋白尿所致的肾小管间质损害[35]。因此认为自噬功能缺陷参与了脂质对肾脏细胞的损伤，在脂质肾毒性机制中具有重要作用。

炎症反应炎症反应是脂质肾毒性的重要机制之一。核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding oligomerization domain-like receptor protein 3，NLRP3)炎症小体是一种多蛋白复合物，能识别来自损伤细胞和病原微生物释放的信号分子。NS小鼠模型中，NLRP3炎症小体可被足细胞CD36受体摄取的TC激活[36]。除脂质外，线粒体活性氧、线粒体DNA、ERS等信号都可激活NLRP3炎症小体[37-39]。此外，自噬功能缺陷导致NLRP3炎症小体清除减少，进一步放大了NLRP3炎症小体的危害[40]。NLRP3炎症小体是多种炎症反应途径的共同通路，可活化白细胞介素-1β、白细胞介素-18等炎性细胞因子，引起炎症反应。NLRP3炎症小体可通过激活核转录因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)诱导炎症反应[41]。NF-κB是重要的转录调控因子，参与白细胞介素8、趋化因子CXCL3和趋化因子CCL20等基因的调控，激活炎症反应，NF-κB是脂质诱导炎症反应的经典信号路径[42]。小鼠注射棕榈酸后，肾组织内NF-κB增强，同样，高胆固醇饮食的小鼠形成高胆固醇血症后，肾脏组织内NLRP3炎症小体及NF-κB信号表达增强，激活炎症反应[43-44]。以上研究均表明了炎症反应在脂质肾损伤中的重要作用。

表观遗传修饰表观遗传修饰是指在DNA序列未变化的情况下，发生可遗传的基因表达的变化，主要包括DNA甲基化、组蛋白修饰、非编码RNA等。近年来表观遗传修饰在肾脏领域的研究逐渐增多。首先DNA甲基化是最为经典的调控方式之一。相关研究表明，肥胖在母亲与子代之间的遗传可能通过脐带血细胞的DNA甲基化介导，并且DNA甲基化也可能参与了肥胖父母的子代患糖尿病肾病等疾病的机制，然而其在脂质肾毒性方面的研究仍然有限[45-46]。此外，组蛋白修饰、非编码RNA等参与了脂质诱发的肾脏炎症及纤维化等反应，MicroRNAs (miRNAs)是非编码RNA的一种。Shan等[47]发现高脂饮食小鼠的肾脏组织中，组蛋白去乙酰化酶3活动增强，然后通过降低miRNAs-10a水平，导致肾小球系膜细胞外纤维蛋白原的累积，表现为尿白蛋白/肌酐比值升高。同样，氧化脂质增强了大鼠系膜细胞中与纤维原基因表达相关的组蛋白修饰[48]。不同miRNAs在脂质肾毒性中的表观遗传修饰作用不一，与miRNAs-10a相反，miRNAs-155、miRNAs-802等在高脂饮食小鼠的肾脏组织中升高，可激活NF-κB炎症信号，引起肾脏损伤[49-51]。综上，表观遗传修饰在脂质肾毒性中的作用逐渐得到认识，其可能在脂质肾毒性机制中发挥重要作用，然而这一认识仍处于起步阶段，有待进一步研究。