自噬与慢性肾脏病肾纤维化关系的研究进展*

周嫦艳，周雁，黄国东

1.广西中医药大学，广西 南宁 530000； 2.广西国际壮医医院，广西 南宁 530000

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)主要是指由各种原因所造成的肾脏结构损害及其功能不全，时间≥3个月，具体表现为尿液及其血流等相关医学指标异常、肾脏病理学及其影像学异常，或肾小球有效滤过率<60%[1-2]。除了急性肾炎和急性尿路感染，多数肾病均可称CKD。该病若未能及时有效地进行控制，可能会导致病程迁延及恶化，进一步发展至慢性肾功能不全、肾衰竭、尿毒症等。肾纤维化与肾功能恶化及纤维化损害有关，是CKD发生发展的必然表现。肾纤维化是由肾脏固有细胞受损、炎性细胞浸润、促纤维化因子和抗纤维化因子不规律释放及细胞外基质(extracellular matrix，ECM)动态变化失衡等多个免疫应答环节共同参与的复杂的生化反应过程[3]。自噬可通过溶酶体蛋白的降解来清除受损的结构或过度表达的蛋白，参与细胞更新和维持细胞内稳态，是真核细胞维持细胞内环境稳定的重要机制[4]。自噬具有双向调节的特点，适度自噬具有保护作用，过度或失调的自噬则可能促进细胞的凋亡，导致疾病的发生发展。自噬在CKD进程中可产生不同的生物学效应，这可能与自噬的激活方式、肾损伤程度、疾病阶段和患者个体差异等因素有关，本文主要探讨自噬在CKD不同时期与肾纤维化关系的相关机制。

1 自噬概述

自噬(autophagy)是一种进化保守的真核生物机体降解系统，通过清除异常蛋白和细胞器等方式控制机体细胞内环境和能量状态，为机体细胞的修复和发育提供原料和营养，实现细胞器的更新，与多种疾病的早期发生及其演化密切相关[5-6]。自噬是机体生长发育、成熟衰老等生物学过程中发生的一种主动消除多余、受损或衰老的蛋白及细胞器的生存机制[7]。在体内，自噬已被证明与饥饿反应、细胞内质量控制、早期发育和细胞分化有关[8]。在哺乳动物细胞中，溶酶体作用介导的细胞内容物被降解的过程被确定为3种亚型自噬：巨噬细胞自噬、微自噬和伴侣蛋白介导的自噬[9]。这3种亚型可根据底物运输方式的不同区分：由内质网或高尔基体形成的双层小泡介导的巨噬细胞自噬；由膜内陷介导的微自噬，其中溶酶体直接吞噬胞浆化合物；由选择性分子伴侣介导的自噬[10]。

1.1 不同亚型自噬的特点巨噬细胞自噬(macroautophagy)是一个重要的分解代谢过程，不仅涉及先天免疫，还涉及适应性免疫[11]。巨噬细胞自噬又称自噬，当自噬被激活时，受损的蛋白质、细胞器和细胞内的病原体被内质网产生的膜结构隔开，形成自噬小体，最终被溶酶体降解和再循环[12]。巨自噬是一种保守的细胞自我消化过程，涉及各种生理和病理过程，可被包括氧化应激在内的不同刺激激活[13]。巨噬细胞自噬主要通过降解的方式在细胞稳态中发挥关键作用，其功能失调会造成严重的细胞生理损害，从而导致多种疾病[14]。

微自噬是非常小的分子的降解，没有自噬体的参与[15]。微自噬最初被定义为溶酶体(液泡)膜动力学，是指溶酶体或液泡膜内陷并直接吞噬目标成分的自噬方式，其特点是需要分解的物质直接被溶酶体膜包裹，并在溶酶体中分解，完成液泡内细胞成分的分离和摄取[12，16-18]。微自噬在生物合成运输、代谢适应、细胞器重塑和质量控制等方面具有广泛的作用[19]。

伴侣蛋白介导的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)是第一个发现的溶酶体过程，通过该过程可以选择性降解细胞内组分，调节蛋白质稳态[20]。CMA是溶酶体-自噬蛋白水解系统的主要途径之一[21]。CMA时底物蛋白被伴侣识别，形成分子伴侣-底物复合物，该复合物与溶酶体膜上的受体LAMP-2a结合，底物蛋白被展开，溶酶体膜中的转运蛋白介导底物蛋白移位到溶酶体中，底物蛋白被细胞分解和再利用[12]。在生理条件下，CMA 通过蛋白质质量控制、生物能量学和及时调节的特定底物相关细胞过程参与维持细胞稳态；在病理条件下，CMA 与各种疾病条件相互作用[22]。目前，越来越多的蛋白质被发现可以作为 CMA 底物及调节剂，证明CMA 功能与越来越多的重要细胞过程、细胞器和疾病相关[23]。

1.2 巨噬细胞自噬巨噬细胞自噬是目前研究最透彻的一种自噬类型(以下简称巨自噬)，巨噬细胞吞噬蛋白和细胞器进入异常的双膜结构称为自噬体[24]。巨自噬通常表现为包膜细胞质的细胞内囊泡(自噬体)将所载物质运送到溶酶体降解。巨自噬涉及30多个自噬相关蛋白(Atg)，用于自噬体的起始、形成、运输和融合于溶酶体[25-27]。巨自噬作为一种液泡降解途径，主要过程如下：①发生在自噬分子机制上游的信号事件；②参与自噬体形成的分子机制；③自噬体成熟，获得酸性和降解能力[28]。巨自噬水平依赖于各种信号通路，如哺乳动物雷帕霉素靶点mTOR的营养信号和通过AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)监测能量状态[29]。通常情况下，巨自噬是应激刺激下的一种生存途径，其为大分子、膜和细胞器的更新提供了主要途径，在细胞稳态中起主要作用[30]。通过这种方式，巨自噬将受损和有毒的细胞质物质循环成细胞的组成部分，然后用于支持抗应激反应和能量维持[29]。巨噬细胞是炎症和纤维化的关键调节细胞。自噬的3种类型虽然各不相同，但也有联系，比如巨自噬和CMA，尽管这两种自噬途径之间存在显著差异，但在自噬-溶酶体降解过程中，巨自噬和CMA密切相关，当CMA受损时，巨自噬作为从细胞质中去除故障蛋白(即异常 α-突触核蛋白)的备用机制，反之亦然[31]。也有研究发现，巨自噬和CMA以相反的方向调节细胞凋亡[32]。

2 肾纤维化

2.1 慢性肾脏病肾纤维化的形成机制CKD在初次诊断时通常无症状，人们对其认识较少[33]。该病是一种以肾小球损伤和小管间质纤维化为特征的进行性和不可逆肾功能丧失的疾病，肾纤维化是各种肾脏损伤的最终共同途径，而纤维形成机制是修复短期损伤的基本机制[34-36]。肾纤维化是导致CKD最重要的过程，最初各种生物生理应激产生炎性细胞因子，此时触发的肾纤维化是对肾脏损伤的保护性反应，而持续的肾脏炎症维持肾纤维化的过程，但是当肾脏损伤延长以及过度反应时，就有可能推动肾脏向终末期发展[37]。在肾纤维化过程中，富含胶原的瘢痕组织逐渐在间隙中积累，持续性损伤导致瘢痕积累，破坏了小管上皮细胞的正常功能，瘢痕纤维的收缩进一步促进了组织功能障碍，并将肾纤维化发展为终末期肾衰竭[5]。

2.2 转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)TGF-β被认为是肾纤维化的主要调节因子，通过典型和非典型TGF-β信号调节肾纤维化。并且，TGF-β是目前已知的最有效的促纤维化细胞因子，也是肾纤维化的关键介质。TGF-β具有多种功能，因此自噬的失调及其在纤维化疾病发病机制中的作用也是多功能的和复杂的。在TGF-β的3种亚型(TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3)中，TGF-β1被认为是诱导纤维化的促纤维化分子。

TGF-β是一种多效性细胞因子，在肾纤维化和炎症中发挥多种作用。首先，作为一种抗炎细胞因子，其对肾脏疾病具有抗炎作用；其次，调节免疫细胞，影响肾脏炎症和纤维化，且TGF-β不仅是免疫细胞交易的调节者，也是与肾纤维化和炎症相关的免疫反应的关键介质；最后，TGF-β调节巨噬细胞向肌成纤维细胞转化[37-38]。

2.3 单侧输尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)模型啮齿类动物的UUO模型是进行性肾纤维化的经典模型[39]，也是目前公认的CKD研究工作常用的动物模型，具有显著的肾脏血流动力学和代谢改变、肾小管损伤、细胞凋亡、炎症细胞浸润、进行性组织纤维化的特点。自噬是真核细胞产生的非损伤性应答，通过降解和重吸收作用，参与维持组织内稳态的平衡[40]。在UUO早期，自噬具有保护作用，而UUO持续时细胞因子和生长因子氧化应激的发生会导致肾小管上皮细胞的死亡，这是过度的自噬和凋亡所致[41]。

3 自噬作用及调控机制

自噬被认为在纤维化相关的CKD中起关键作用[5]。根据细胞或组织类型和病理环境的不同，自噬在不同的条件下可以促纤维化或抗纤维化[42]。自噬作为一把双刃剑，其保护或破坏肾损伤取决于外部刺激的强度、持续时间、细胞环境、自噬程度[43]。自噬可以通过缓解炎症和氧化应激损伤，延缓肾损伤早期的肾纤维化；而随着病情的进展，自噬可能会诱导细胞凋亡和坏死，造成不可逆的肾损伤。然而，在肾损伤后期，肾组织内自噬水平对残存肾单位可能起到保护作用，这抑或是延缓CKD肾功能恶化的重要机制[44]。

3.1 自噬与急性肾损伤(acute kidney injury，AKI)自噬可导致细胞存活或死亡，后者被认为是过度的自噬活动导致II型程序性细胞死亡[45]。有研究表明，AKI的严重程度与CKD的进展有关，约15%至20%的AKI患者可进展为CKD-IV期[9]。肾纤维化是CKD不可逆的进行性过程，被描述为ECM在肾小管间质和肾小球过度沉积。众所周知，上皮间充质转变(epithelial-mesenchymal transition，EMT)与肾纤维化的分子机制密切相关，即上皮细胞不能保持其结构极性和上皮特异性标志物，并转化为间充质样细胞。最近，有研究表明AKI是增加肾纤维化风险的潜在因素[46]。目前，自噬被普遍认为是各种原因的AKI中的一种肾脏保护性细胞反应[39]，它是细胞对AKI反应的一种分解代谢过程，通过调节细胞的存活和死亡维持细胞内稳态[46]。近端肾小管自噬和有丝分裂吞噬的激活对AKI中细胞的保护有重要影响[8]。AKI刚发生时自噬反应增加，保护肾脏；AKI恢复期，自噬促进细胞增殖，使肾小管的再生和修复速度加快。自噬在急性肾损伤和修复中发挥着双重作用，一方面，自噬的持续激活可能会导致肾小管萎缩，从而促进肾纤维化；另一方面，自噬还可通过降解机体细胞中过量的胶原蛋白等物质保护细胞免受纤维化[47]。

3.1.1 自噬与肾损伤早期基础自噬对维持肾脏的动态平衡、结构和功能至关重要[48]。自噬在肾脏疾病中提供保护，可能与线粒体和蛋白质的选择性周转以及抗炎和抗纤维化作用有关[49]。肾损伤早期，主要表现为炎症和氧化应激损伤，自噬可通过抑制炎性复合物或清除受损的蛋白质和细胞器[50]，增强的自噬通过减少细胞凋亡、炎症和氧化应激，从而延缓肾纤维化的进程，为AKI提供一种普遍的肾脏保护机制[49]。在AKI的急性损伤期，近端肾小管诱导自噬，发挥保护作用；在恢复期，调节自噬对肾小管修复至关重要；AKI后自噬的持续激活诱导近端小管细胞表型改变，可能导致适应性不良修复，促进间质纤维化，促进从AKI向CKD的转变[48，51]。自噬是分解代谢的途径，它通过降解长寿蛋白和不必要的细胞成分达到自我更新，参与炎症反应、细胞死亡及免疫等在内的生理病理过程[52]。研究表明，自噬和p53凋亡刺激蛋白(apoptosisstimulating protein p53，ASPPs)在AKI发生早期即可出现，在血清肌酐(serum creatinine，Scr)开始升高前，反应性自噬已经启动[53]。另有研究结果提示，UCP1直接调控AKI中的脂质积累，激活细胞自噬，从而显著抑制疾病进展，为AKI的治疗提供了新的思路和靶点[54]。

3.1.2 自噬与持续肾损伤自噬是细胞代谢和更新的必要过程，是帮助细胞在严酷环境下存活的重要生理过程，同时也是细胞凋亡的重要途径。自噬可能在损伤早期表现出抗纤维化效应，但是随着损伤的持续存在，过度的自噬加剧了炎症和氧化应激损伤，反而加重组织损伤。研究发现，自噬与病变肾组织中的氧化应激反应有关，梗阻肾组织中持续存在的缺氧环境会不断刺激细胞，使细胞内自噬逐渐增强，并通过自噬诱导细胞凋亡甚至是坏死[43]。总的来说，氧化应激损伤可以激活自噬，而自噬对一些氧化应激产物具有降解能力，所以在一定程度上自噬可以通过控制氧化应激损伤发挥肾保护效应，然而过度的自噬激活则可能导致细胞内大量自噬溶酶体聚集，自噬分解产物又进一步促进氧化还原反应，反而加剧了氧化应激反应和肾组织损伤。自噬与CKD的发病机制有关，转录因子EB(transcription factor EB，TFEB)是自噬的主调控因子，研究表明TFEB介导的自噬激活可能会导致小管上皮细胞自噬性细胞死亡和炎症，从而促进腺嘌呤诱导的CKD的肾纤维化[5]。

3.1.3 自噬与肾损伤恢复期自噬体的形成在肾脏恢复期间持续，以清除自噬体载物。随着CKD患者病情的进展，大部分有效肾单位逐渐丧失，残存肾组织中的代偿能力显得尤为重要[43]。由过度代偿导致的残存肾小球内“三高”状态可能是残余肾功能逐渐丧失的重要原因。因代偿导致的肾组织细胞自噬活性增强既有可能成为CKD患者残余肾功能逐渐丧失的重要机制，又可能是保护患者残余肾组织代偿功能的重要靶点[43]。

3.2 自噬与炎症自噬在细胞周期的适当时刻发挥保护作用，而异常的自噬可能导致细胞死亡。炎症反应在AKI肾损伤和修复的病理生理过程中起关键作用。已有多项研究报道了自噬和炎症在AKI发病机制中的相互作用[55-60]。自噬-炎症通路可能作为AKI治疗的替代靶点[10]。炎症小体和自噬通常通过受不同输入途径控制的共同作用机制相互调节[61]。自噬可通过调节mTOR和AMPK通路，抑制炎症小体激活，抑制AKI诱导的炎症反应；或通过核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)通路调节炎症反应，有利于肾脏组织的恢复[62-64]。自噬的诱导取决于炎性小体传感器的存在，通过炎性小体泛素化和自噬适配器p62诱导炎性小体的包埋和降解，从而促进其传递到自噬小体，产生自噬从而阻止炎性小体激活，介导清除受损线粒体，并降解炎症介质来防止过度炎症反应[65]。

3.3 自噬与肾纤维化自噬是一种降解受损细胞质成分的细胞过程，调节细胞的死亡和增殖[66]。自噬在肾脏损伤的应激适应性反应中至关重要，通过清除蛋白聚集体和受损的细胞器，负性调节，以及防止过量的基质蛋白在肾脏中积聚，发挥促进细胞存活和抗纤维化的作用[38]。自噬可以通过许多肾脏内的免疫细胞、细胞因子等介导疾病的发生，从而减轻炎症、延缓向肾间质纤维化的过渡[41]。人参皂苷Rb1是一种天然的自噬调节因子，Liu等[43]首次证实了自噬在肾纤维化过程中激活时，人参皂苷Rb1可显著抑制自噬，减轻梗阻性肾小管损伤小鼠的纤维化进程，可能与调控AMPK/mTOR、Akt-independent和p38/ERK MAPKs信号通路有关。自噬可通过抑制系膜细胞凋亡而提高细胞存活率，具体过程为自噬通过促进细胞内Ⅰ型胶原的降解来负向调节系膜细胞ECM的产生[45]。简而言之，自噬通过降解调节胶原蛋白水平，可达到抑制肾脏纤维化的目的[45]。TGF-β和Smad信号家族可共同调节肾纤维化[67]。受TGF-β/Smad3信号调控的非编码RNA可分为抗纤维化、促纤维化和促炎作用[68-69]。TGF-β通过Smad3依赖的非编码RNA依赖机制诱导肾纤维化，该机制受Smad7负调控[70]。因此，重新平衡Smad3/Smad7或特定靶向下游的TGF-β/Smad3依赖的miRNA/与肾纤维化相关的长非编码RNA可能是治疗肾纤维化的更好策略[38]。另有研究表明，FOXD1系基质细胞的自噬通过调节Smad4依赖的TGF-β和NLRP3炎症信号通路，在肾纤维化中起到保护作用[71]。

4 小结

自噬作为一种新型靶标，在CKD肾纤维化中发挥着双向的作用，调节自噬已成为防治疾病的重要手段之一。肾脏固有细胞的自噬水平较高，因此自噬在肾脏纤维化等疾病的发展中有着复杂的功能。AKI进展为CKD的概率极大，肾纤维化是进行性肾损伤最重要的机制，CKD就是以肾纤维化为主要特征的疾病，因此通过调节自噬延缓或治疗肾纤维化可能是治疗CKD的一种方式。在细胞水平上，CKD的特征是线粒体功能障碍、氧化应激及自噬失调，在该病的不同阶段通过调控自噬，或可有效治疗肾纤维化，延缓疾病进展。自噬水平的变化与病程及肾损伤严重程度有关，通过单纯抑制或增强自噬活性治疗肾损伤是片面的，可根据纤维化不同时期及程度来调控自噬活性，从而抑制肾纤维化。然而，自噬在肾纤维化中的作用机制尚未明确，目前，关于调控自噬相关信号通路的研究主要集中在通过某条信号通路抑制或增强自噬活性从而治疗疾病上，而在CKD不同阶段调控相同的信号通路是否会产生不同的作用尚无报道，可通过研究自噬调控肾纤维化的经典信号通路进行探讨。此外，关于少数民族医药疗法的研究较少，可进一步关注外治法、少数民族道地药材、经验方等少数民族医药疗法，发掘少数民族医药针对自噬的途径特异性和肾脏选择性疗法，预治肾脏纤维化和相关肾脏疾病。