慢性肾脏病肾纤维化发病机制的研究进展

李佳睿，雷根平，董 盛，王 婷，冯 喆

(1.陕西中医药大学，陕西 西安 712046；2.陕西中医药大学附属医院，陕西 咸阳 712000)

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)是由多种原因引起的，以肾脏结构损伤和功能障碍为主要特征的慢性疾病。肾纤维化是以正常肾单位丢失、大量成纤维细胞及肌成纤维细胞增生、细胞外基质堆积而导致肾小球硬化、肾小管间质纤维化为特征。由于细胞外基质合成与分解失衡，CKD的进展结局之一，即为肾纤维化[1]。目前，除肾脏移植及透析治疗外，此病尚无更多行之有效的治疗手段，严重影响患者的身心健康，并带来巨大的经济负担[2-3]。因此，探讨肾纤维化的发生、发展机制，对于进一步研究行之有效的治疗方法与手段具有重要意义。

1 西医对于肾纤维化发病机制的认识

1.1信号通路在肾纤维化中的作用

1.1.1转化生长因子β/Smad信号通路 转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)是转化生长因子β超家族中的成员，包含TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3三种亚型[4]。TGF-β1在肾脏细胞中广泛表达，通过介导肾小管上皮细胞向肌成纤维细胞的转化、刺激细胞外基质的产生和抑制其降解及促进肾小管细胞凋亡发挥抗纤维化的作用。TGF-β2和TGF-β3主要在肾小球的足细胞中表达，目前对于纤维化的作用尚存在一定争议。Smad根据其在通路中的不同作用，分为受体调节型、抑制型及共同通路型。在肾纤维化和炎症的状态下，Smad3发挥促纤维化作用，而Smad2和Smad7发挥肾保护作用。主要表现为Smad4转录后促进Smad3依赖性肾纤维化，同时通过Smad7依赖性机制抑制NF-κB介导的肾炎症，从而发挥其双重功能[5-6]。

有证据表明，在肾纤维化过程中，TGF-β的上下游因子、TGF-β/Smad通路相关的miRNA、lncRNA等发挥了关键作用。巨噬细胞是唯一参与单侧输尿管梗阻后肾纤维化过程的白细胞，可分为M1和M2两个亚型，二者在炎症及纤维化中的作用亦不同。肾脏感染或细胞坏死时，诱导促炎性M1型巨噬细胞，加剧肾细胞损伤；凋亡细胞的摄取诱导抗炎性M2型巨噬细胞，促进上皮和血管修复，同时产生大量TGF-β促进肾纤维化[7]。Feng等[8]发现，在小鼠单侧输尿管梗阻(UUO)模型中，lncRNA Erbb4-IR表达高度上调，这是由TGF-β1通过Smad3依赖机制诱导的，沉默Erbb4-IR可阻断TGF-β1诱导的胶原蛋白I和α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)在体外的表达，进而有效地减轻UUO模型的肾纤维化。

1.1.2Wnt/β-catenin信号通路 Wnt/β-catenin信号通路对于调节细胞黏附、迁移、内皮-间质转化(EMT)、胚胎发育以及组织和器官的稳态有着非常重要的作用。它控制着多种与肾纤维化有关的下游介质的表达，例如纤连蛋白、Snail1、基质金属蛋白酶-7、肝细胞生长因子和肾素-血管紧张素系统的各因子。因此，这一信号通路的失调与肾纤维化的进展密切相关。同时，在纤维化过程中，Wnt/β-catenin信号传导与TGF-β信号传导以多水平方式协同作用，TGF-β信号传导可以诱导Wnt/β-catenin超家族成员的表达，反之亦然[9-10]。

Lin等[11]实验发现，与假手术大鼠相比，切除5/6肾脏慢性肾病大鼠模型中，肾组织表现出中度纤维化，β-catenin蛋白和肾细胞凋亡蛋白的表达水平显著增加。在体外，siRNA沉默β-catenin蛋白可以减弱肿瘤坏死因子-α(TNF-α)诱导的细胞凋亡，并可降低各种纤维化标志物的基因表达水平，如纤连蛋白、TGF-β和胶原蛋白Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ。总之，通过沉默β-catenin蛋白来抑制Wnt/β-catenin信号通路传导，可以降低与肾细胞凋亡和纤维化有关标志物的表达。Hoi等[12]研究表明，肾小管上皮细胞中TGF-β/Smad和Wnt/β-catenin信号通路之间存在相互影响，Wnt/β-catenin抑制剂ICG-001改善了TGF-β1引起的肾纤维化。Ho等[13]发现，持续Wnt信号减少了系膜细胞中c-Jun依赖性TGF-β1介导的纤连蛋白积聚。表明在糖尿病肾病中，调节Wnt信号是挽救TGF-β1介导的纤维化的可行替代策略。

1.1.3Notch信号通路 在肾纤维化的患者中，蛋白尿的多少与Notch1和Notch2的表达水平有关，肾小球硬化、肾间质纤维化程度分别与足细胞、小管间质表达裂解的Notch1水平相关。而Notch3受体激活后可导致肾小管间质损伤引发炎症和纤维化[14]。此外，在角质细胞中，TGF-β可以直接调节Notch靶基因Hes和Hey。在不同的上皮细胞中，TGF-β可以增加Notch配体Jag1的表达以诱导Notch信号的激活，而Notch表达的显著增加也可以进一步刺激TGF-β的表达，形成正反馈调节回路[15]。

Chen等[16]实验发现，阻断Notch通路可防止尿毒症大鼠肾小管扩张，足细胞增大，肾小球萎缩、坏死以及肾间质纤维化等。Wang等[17]实验表明，尿毒症组大鼠和正常对照组相比，肾小球硬化程度更明显，肾小球和肾小管间质胶原染色更明显，肾小管扩张或萎缩，基底膜厚度增加，肾间质面积增宽，肾小管间质有明显纤维化，而抑制Notch信号通路后可以减轻上述变化。

1.1.4其他信号通路 Hedgehog信号通路包括Sonic Hedgehog(Shh)、Indian Hedgehog(Ihh)和Desert Hedgehog(Dhh)三类。其中，Shh被认为与各种损伤后的肾脏发育和组织修复有关。随着肾脏损伤的进展，过度活跃的Shh信号主要通过EMT导致成纤维细胞活化、增殖和基质过度产生。有实验证明，敲除肾小管上的Shh可以有效减少肾损伤后纤维化的发生，这证明了Shh是肾纤维化发展的必要条件[18]。

JAK/STAT信号通路是一组与细胞信号传导相关的通路，该通路与细胞活动密切相关，包括细胞增殖、分化、迁移和存活。但关于该通路在损伤后组织修复和纤维化中作用仍存在一些争议。有研究发现，JAK/STAT信号通路可以促进CKD进展，但通过micRNA-206可降低其表达，抑制肾小管上皮细胞的变性、转分化、上皮间质转化和间质纤维化，从而达到减缓肾纤维化的作用[19]。另有研究表明，在UUO模型中，JAK/STAT轴作为一种代偿机制被激活，这可能有助于组织修复和抑制肾纤维化[20]。得到如此不同的结果，可能和动物模型的差异，抑制和(或)激活JAK/STAT通路的方法或药物传递系统相关。

有实验表明，ERK1/2信号通路也与肾纤维化发生相关。如细胞周期蛋白依赖性激酶5(CDK5)通过糖尿病肾病中ERK1/2/PPRAγ途径促进肾小管间质纤维化，但阻断其活性又可通过上述途径抑制EMT和肾小管间质纤维化[21]。另有研究发现，miR-21通过调节ERK1/2信号通路增加TGF-β1和p-ERK1/2的表达水平，从而诱导细胞外基质的产生，促进纤维化[22]。

此外，一些证据表明，某些药物可以通过TLR4/NF-κB通路改善肾纤维化。如红景天可以减轻肾小管损伤和细胞外基质的沉积，显著抑制上皮-间质转化，降低血清生化指标的水平，并减少炎性细胞因子的释放等[23]。人脐带间充质干细胞(hucMSC-CM)在体内和体外均可抑制TLR4/NF-κB信号通路，减少UUO诱导的肾纤维化的细胞外基质沉积和炎性细胞浸润以及炎性因子的释放[24]。黄芩苷可通过增加miR-124、使糖尿病肾病中的下游TLR4/NF-κB通路失活来预防肾纤维化等[25]。

1.2肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)与肾纤维化 RAAS参与调节体内代谢平衡，由于其组成成分几乎被所有组织表达，所以也是靶器官损害的决定因素。血管紧张素Ⅱ(AⅡ)是RAAS的主要效应物，参与影响细胞外基质蛋白如胶原蛋白Ⅰ、纤连蛋白和纤溶酶原激活物抑制剂蛋白PAI-1和PAI-2等的合成[26]，通过TGF依赖和非依赖作用诱导上皮细胞间质转化[27]。醛固酮作用于肾血管、肾细胞(肾小球系膜细胞、足细胞、血管平滑肌细胞、管状上皮细胞和间质成纤维细胞)和浸润性炎症细胞，诱导活性氧(ROS)产生，上调上皮生长因子受体(EGFR)和1型血管紧张素(AT1)受体表达，激活核因子-κB(NF-κB)、激活蛋白-1(AP-1)和EGFR，进一步促进细胞增殖和凋亡。上皮细胞的表型转化刺激TGF-β、结缔组织生长因子(CTGF)、骨桥蛋白(OPN)和PAI-1的表达，最终导致肾纤维化[28]。所以抑制RAAS的活性可以发挥保护肾脏的作用，减缓甚至阻止肾纤维化的进展。

在糖尿病肾病(DKD)中，RAAS激活会导致肾纤维化。实验表明，与DKD大鼠模型相比，使用RAAS抑制剂的DKD大鼠肾功和肾间质纤维化都得到改善，RAAS抑制剂降低了肾纤维化因子(TGF-β1、PDGF、CTGF/CCN2、MMP2、TIMP1)和α-SMA的水平，减少了成纤维细胞中的管状血小板衍生生长因子(PDGF)和CTGF表达，并减少了细胞外基质成分的产生，改善了糖尿病引起的肾间质纤维化[29]。Ougaard等[30]实验观察到，在肾毒性肾炎(NTN)模型中，蛋白尿在第6～7天达到峰值，系膜增生、肾纤维化、炎症反应和铁积聚在第42天达到峰值。直至第77天，蛋白尿、系膜增生、肾纤维化和炎症反应仍明显存在。而依那普利和氯沙坦通过降低蛋白尿、尿微量白蛋白与肌酐比值(ACR)和增加肾小球滤过率显著改善了肾功，并都减少了肾脏胶原的积聚和CD45细胞的浸润，此外，二者还干预了AngⅡ对局部肾血流动力学的影响，这对蛋白尿、肾炎症和纤维化的改善产生了间接影响。

1.3衰老与肾纤维化 细胞衰老是指当细胞经历潜在不良应激时，细胞增殖、分化的基本不可逆性停滞[31]。虽然这样可以抑制疾病的发生发展及修复组织损伤，但长此以往，衰老细胞异常累积，分泌多种促炎细胞因子、趋化因子、生长因子和蛋白酶等衰老相关分泌表型(SASP)，进而引发炎症、纤维化、组织损伤，终将加速衰老相关疾病的进展[32]。

在CKD进程中，衰老是肾脏损伤后的细胞反应之一。肾细胞尤其是近端肾小管细胞，在慢性或反复损伤后会发生不同的反应，如EMT、代谢重组、细胞周期停滞和衰老到细胞死亡，这些反应共同作用的结果就是将受影响的细胞转化为分泌表型，从而产生大量的炎症和纤维化因子，并释放到细胞外以激发次级反应。而炎症、氧化应激、Wnt/β连环蛋白、肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)等又可触发或促进细胞衰老，这些错综复杂的反应最终促进肾纤维化和终末期肾脏病的进展。而越来越多证据表明，耗尽衰老细胞，调节SASP和使用衰老抑制剂等方法，可以减缓肾纤维化及CKD进展[33]。

衰老的肾小球系膜细胞和成纤维细胞中可观察到mTOR的活性显著增加，而mTOR的特异性抑制剂雷帕霉素可通过特异性抑制膜结合细胞因子白细胞介素(IL)-1A的翻译，激活ZFP36L1诱导SASP成分降解来减弱SASP[34]。氧化应激在肾脏衰老中具有重要作用。Kim等[35]实验表明，白藜芦醇可以通过激活Nrf2和SIRT1信号通路，改善衰老小鼠的肾功能、蛋白尿、线粒体功能障碍、氧化应激和炎症。

1.4自噬与肾纤维化 自噬是受损细胞器和蛋白质自我降解和重建的过程。在肾组织中，自噬对维持肾脏稳态、结构和功能至关重要。自噬失调与急性肾损伤、慢性肾脏病、糖尿病肾病、多囊肾和肾脏衰老均相关。异常的自噬功能会导致足细胞、近曲小管细胞损伤和肾小球硬化，且在慢性肾脏病中，自噬受损无法通过血液透析逆转[36]。

Livingston等[37]实验发现，在使用自噬抑制剂及敲除近曲小管细胞特异性Atg7的UUO小鼠模型中，成纤维细胞的增殖和活化、细胞外基质(纤连蛋白1、胶原纤维等)的累积均受到抑制，肾小管萎缩、细胞凋亡、肾单位丢失和间质巨噬细胞浸润均得以减轻。与此相反，增强自噬可以减轻肾脏缺血/再灌注损伤引起的EMT，减少肾损害[38]，还可以通过调节Smad4依赖性TGF-β和NLRP3炎性信号通路，在肾纤维化中发挥保护作用[39]。

总而言之，这些研究表明自噬在UUO诱导的肾纤维化中具有双重作用：自噬的持续激活可能引起肾小管萎缩，促进肾纤维化；但其抑制炎症反应，介导降解胶原蛋白等作用又可阻止纤维化。

1.5其他机制与肾纤维化 脂联素是一种脂肪细胞因子，具有改善胰岛素抵抗、抗动脉粥样硬化、抗炎和抗纤维化特性[40]。它可以通过抑制炎症和氧化应激以及调节TGF-β，AMPK，MCP-等信号通路来抑制细胞外基质沉积[41]，从而减轻肾纤维化。Tian等[42]实验发现，在CKD小鼠肾皮质中，醋酸脱氧皮质酮盐和AII诱导的纤维化标志物及mRNA的表达均减少。脂联素还可以通过激活AMPK途径抑制AngⅡ诱导的系膜细胞细胞外基质合成，延缓慢性肾脏病的进展[43]。细胞焦亡是一种不同于细胞凋亡的程序性细胞死亡，其特点为细胞肿胀、破裂、释放促炎因子，促进炎症反应，促炎性是其区别于细胞凋亡的特点[44]。有研究发现，敲除NLRP3基因的UUO小鼠通过抑制Casapse-1/IL-18/IL-1β轴的激活可减轻肾小球损伤和肾纤维化[45]。

2 中医对于肾纤维化发病机制的认识

中医古籍中没有“慢性肾脏病”“肾纤维化”的相关记载，但根据其发病特点、临床症状等，当属“关格”“癃闭”“肾劳”等病证范畴[46]。

2.1病因认识 本病病因当属先天禀赋不足，后天感受外邪，劳累失养，情志失调，或久病、失治、误治耗伤气血，脏腑亏虚，复因浊毒、瘀血、痰饮等壅闭阻滞，终至邪气壅塞三焦, 正气不得升降，邪气闭于内，正气格拒于外，此为危候。

2.1.1内因 脾肾为先后天之本。若先天禀赋不足，肾虚失于固摄，则导致精微物质外泄，患者可出现蛋白尿等症状；气化失司，水液代谢障碍，临床表现为恶心、呕吐、不欲饮食、全身水肿等。复因后天失养，脾虚不能升清，加之气血生化乏源，则可见全身乏力、面色萎黄、头目眩晕、脘腹胀满等症[47]；脾虚失于布散水谷精微，濡养五脏六腑、肌肉筋骨失利，则会导致其他脏腑功能失调、肢体活动不利、身体疲惫等。

2.1.2外因 本病外因有以下几个方面：感受外邪，表虚不固；饮食劳作，耗伤脾肾；情志不遂，肝气郁结以及失治误治。

患者素体本虚，复因感受外邪。外邪袭表，肺气宣发肃降失调，气机失和，肺气闭郁阻滞，发而为喘，肾气亏虚，喘咳加重，正如《仁斋直指方》云：“肺出气也，肾纳气也。肺为气之主，肾乃气之根。凡咳嗽暴重，引动百骸，气从脐下奔逆而上者，此肾虚不能纳气归元。”[48]清气及水谷精微失于布散，外不能充养肌肤皮毛，内不能濡养脏腑经络，患者可表现为面色不荣、疲乏无力等；肺主通调水道，外邪侵袭，水津失布，水道失调，三焦不利，则发为水肿、小便不利等症。

《脾胃论》[49]云“形体劳役则脾病”，患者长期劳作，或饮食不节，内伤脾胃，致使水谷不布，水液代谢失调，化生气血失司，可表现为气短乏力、食纳减少、肢体水肿、面色萎黄等症。若房劳过度，耗伤根本，肾气亏虚，不能固摄封藏，终致精气阴血日益不足，形体脏腑失于濡养，可见腰膝酸软、形体消瘦等；阴损及阳，肾阳不足，温煦失职，则出现畏寒肢冷、小便清长频数等症，终可致命门火衰，火不暖土，脾肾两衰。病程日久，肾阴阳俱虚，精气亏损，真阴衰败，元海无根，此为危候。

若患者情志抑郁不畅，终日忧思过度，日久肝气郁结，疏泄失常，气机阻滞，气为血之帅，气滞则血滞，血行不畅，久为瘀血；气郁痰生，痰与气结，阻滞水道脉络；气郁生火，犯克脾土，下灼肾阴，更伤脾肾；肝藏血，肾藏精，乙癸同源，藏泄互用，若情志异常，损耗肝血，可见精血失调，藏泄失司。

若患者原有肾系轻症，或滥用补药，或过用苦寒峻下，或妄投辛热，或误用相反相畏，中伤脾胃，脾失健运，肾失固摄，浊毒内蕴，损伤脏腑，此为失治误治，延误病情，迁延难愈。

2.2病机特点 本病以脾肾亏虚为本，水湿、湿热、瘀血、浊毒内蕴为标[50]。病机演变为正气渐虚，邪气渐盛，正邪交争，邪盛正虚，正气衰败。由于脾肾衰败，浊阴不降，清阳不升，浊毒潴留，可发为种种危候。

2.2.1水湿 患者素体本虚，外邪袭表，肺失于通调水道，脾主水液，脾气虚损，运化水液失司，肾主一身之阳气，阳气亏损，脏腑无以温煦，肾失于蒸腾气化，三焦失于疏通水道，可导致水湿内停，若泛溢肌肤，发为水肿，若水道闭阻，则见少尿等症。

2.2.2湿热 若患者素为阳热体质，或天热湿重，或水湿日久，化为湿热，湿与热合，如油与面，胶着难分[51]，病程迁延，湿热羁留腰府，可见腰痛，湿热流注下焦，影响肾脏封藏，精气外泄，故而患者出现蛋白尿，湿热灼伤血络，则见尿血，湿热留存体内，耗伤正气，则可加速肾纤维化的进展。

2.2.3瘀血 瘀血为脏腑功能失调的产物，气为血之帅。气虚无力推动血行，血行迟缓涩滞，或气虚无力摄血，血行于脉外，或气滞血滞，发为瘀血。肾纤维化的进程中，因血流动力学的改变，常见血液黏稠度增高、血管增厚、肾小球硬化等改变，运用活血化瘀药常能改善上症，减缓肾纤维化的进展[52]。

2.2.4浊毒 浊毒是肾纤维化的特征性病理产物，是慢性肾衰竭患者湿浊证候亦或机体邪盛正衰所出现的诸多临床表现。脾气散精，肾藏精，司开阖，脾肾气虚则精微物质不能正常生成、布散、濡养、闭藏、排泄，在内为低蛋白血症，血肌酐、尿素氮升高，在外可见蛋白尿。浊毒瘀阻肾络，肾络闭阻，血不归经可见血尿。气血生化乏源，则见肾性贫血；湿浊中阻，脾胃气机升降失调，肝气失于疏泄，则见恶心、呕吐；浊毒阻遏心脉，心气不足，则见心悸喘憋；心阳不振，则见胸闷、胸痛；浊毒蒙蔽心包，则见神识不清。诸多病机演变复杂，虚实相因，虚实夹杂，终至病情恶化。

肾纤维化是一个十分复杂的动态演变过程，其产生、发展、演变涉及多重因素及环节，我们所窥探的只是冰山一角。目前国内外对此尚无特效的拮抗药物和防治手段，故而探讨其相关机制对于该病早期诊断、研发抗肾纤维化药物及治疗方案、减轻患者痛苦、延长患者寿命、提高患者生活质量都具有重要意义。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突。