肾间质纤维化的关键信号通路和血清学指标研究进展*

钟小冬 杨军平

CKD目前已成为全球性的公共卫生问题,随着人口老龄化及各种慢性病的高发,CKD的发病率也呈上升的趋势[1]。全球疾病负担研究指出,2017年CKD的全球患病率为9.1%,而中国作为CKD的主要发病国家之一,占据了总患病人数的近五分之一[2]。RIF是终末期肾病的共同表现,深入研究RIF的发生机制和关键信号通路,寻找诊断和评估RIF的特异性检验指标,尤其是具有早期诊断价值的血清学特异性指标,对积极防治或延缓RIF的发生有着重要的意义。

1 肾间质纤维化的发生机制

RIF病理过程大致分为4个阶段,第1阶段是各种原发因素引发炎症,释放各种促炎症和促纤维化因子,进而激活成纤维细胞和肾小管上皮细胞;第2阶段是持续的炎症刺激,使得成纤维细胞持续活化,并出现肾小管上皮细胞间充质转化(Epithelialmesenchymal transition, EMT),进而转化为肌成纤维细胞(Myofibroblast,MF);第3阶段是MF形成后,首先合成分泌纤连蛋白(FN),组成细胞外基质(Extracellular matrix,ECM)支架结构,然后随着Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型胶原成分的合成,ECM在肾间质形成;第4阶段是终末期已经转分化的MF持续增殖,从而导致了ECM合成与降解的失调,形成大量ECM不易被降解而积聚,取代正常的肾单位而形成瘢痕[3]。

2 肾间质纤维化的关键信号通路

2.1 TGF-β信号通路转化生长因子β(TGF-β)可通过经典Smad途径来影响肾纤维化进展,TGF-β包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3种同工型,3者都以同源二聚体形式与TGF-βRⅡ结合,TGF-βRⅡ再反式磷酸化激活TGF-βRⅠ,TGF-βRⅠ再激活Smad2和Smad3,Smad2和Smad3磷酸化后再与Smad4结合,形成三聚体转移到细胞核,经过进一步结合和修饰后,对TGF-β靶基因进行正向或负向调控,从而影响肾纤维化[4]。除此以外,TGF-β还可以通过非经典途径对肾纤维化的进程进行调控,如TGF-β1介导的ERK信号通路。TGF-β信号通路调节RIF的主要机制是对肝细胞外基质(ECM)合成和降解进行调控,诱导肾固有细胞变性和凋亡,促进成纤维细胞、上皮细胞等向MF转分化。张明昊等[5]研究发现复方丹参片可以有效降低TGF-β1、Smad2、Smad3、TIMP-1蛋白的表达,改善肾脏功能,可能是通过抑制TGF-β1/Smad通路来实现对肾纤维化大鼠的保护作用。

2.2 Wnt信号通路Wnt经典途径是由β-连环蛋白(β-catenin)介导的,正常情况下细胞质内的β-catenin水平较低,肾损伤后Wnt信号转导可被重新激活,在细胞核内诱导激活T细胞因子(TCF)/淋巴增强剂结合因子(LEF),从而影响Wnt靶基因的转录。Wnt/β-catenin信号转导有着双面性,该途径的短期活化是肾损伤后再生和修复的先决条件,但持续不受控制的活化可导致肾纤维化。在Wnt/β-catenin信号通路的调控下,促进炎症的发生,ECM沉积及EMT,进一步导致RIF的发生[6]。刘武等[7]使用建中补肾消癥汤作用于单侧输尿管梗阻(UUO)小鼠,发现小鼠β-catenin相关蛋白含量明显下降,认为是通过调控Wnt/β-catenin通路起到改善肾纤维化的作用。

2.3 Notch信号通路Notch信号通路在肾脏生成过程中处于激活状态,随着出生和成长该信号通路逐渐被抑制,在肾脏发生损伤时又可以被重新激活。Notch信号通路可以通过激活细胞的凋亡和核转录因子-κB等信号,从而诱导肾脏的炎症、激活EMT及肾脏成纤维细胞,进一步影响细胞的增殖和增加ECM的产生,进而导致纤维化[8]。李均等[9]发现丹参酮ⅡA配伍DAPT可影响Notch1/Jagged1 的信号通路分子 Notch1、Jagged1 的表达,从而缓解RIF,改善肾功能。

2.4 Hedgehog信号通路Hedgehog(Hh)信号通路包括Hh配体、Patched受体、共受体、换能器Smo和Gli等成分。Hh蛋白有SHH、DHH和IHH 3种类型,SHH与肾脏的发育和肾脏损伤后修复关系密切[10]。Hh信号通路的经典途径主要依赖Hh配体发挥作用,生理状态下Hh蛋白水平较低,肾脏结构和功能的损伤可以激活Hh信号通路。Hh信号通路的作用机制主要有促进肾肌成纤维细胞的增殖与活化[11]。Hh信号通路还可以通过与其他信号通路的交互作用来调节RIF的进程。骆言等[12]采用肾衰灵方作用于UUO大鼠,发现采用肾衰灵方可以明显降低SHH、Gli1、Snai1蛋白水平,从而抑制肾间质纤维化。

各种信号通路有各自的作用机制,TGF-β、Wnt、Notch信号通路都主要作用于肾小管上皮细胞,通过EMT等过程间接加重肾纤维化[13],而Hedgehog 信号通路可直接作用于肾间质成纤维细胞[14]。而且各信号通路间还存在交互作用,如TGF-β可通过下调内源性Wnt来抑制Wnt信号通路的激活[15];过表达的Notch可提高TGF-β1的水平,Notch 信号还可通过Snail来进一步加强TGF-β1诱导EMT;Shh可以上调Wnt2b、Wnt5a和JAG2,从而通过其他几种关键信号通路来调控肾纤维化过程。

3 肾间质纤维化的血清学检验指标

目前临床上肾组织活检是诊断RIF的金标准,但肾组织活检具有一定创伤性,有肾组织活检禁忌证者无法进行;另外对医疗条件也有一定要求,基层医疗机构难以开展;而且难以通过重复多次的活检来动态观察病情[16]。血清学检验取材简单,对患者的创伤性小,可以在疾病的发生发展过程中进行多次检验,对肾纤维化的临床诊断、疗效观察和预后判断有着重要意义;不足之处是目前大部分血清学检测指标具有诊断意义时,患者的病情往往已进展至中、晚期,早期诊断价值不高。故而需要寻找与RIF早期进展密切相关的新型血清学指标。

3.1 转化生长因子-β1(TGF-β1)TGF-β1是致纤维化最重要和最强效的细胞因子,能介导炎症,促进EMT,从而促进ECM的合成和聚积,同时还可以介导多种细胞因子的致纤维化作用,共同促进RIF的发生。黄东华等[17]在使用肾络通汤治疗慢性肾小球肾炎气虚血瘀证时发现,治疗后患者血清TGF-β1有所下降,肾功能得到明显改善,认为可能是通过TGF-β1的调节抑制了肾纤维化。

3.2 纤维连接蛋白(FN)FN是存在于ECM的主要非胶原性糖蛋白,广泛参与细胞的迁移、黏附、增殖和组织修复等过程,其含量可间接表明纤维化程度。汪泉等[18]研究丹参酮ⅡA(TanⅡA)对慢性肾衰大鼠RIF的影响时,通过观察实验组FN的变化,发现TanⅡA可以有效改善肾脏功能,延缓RIF进展。

3.3 透明质酸(HA)HA由肝内皮细胞摄取分解,部分HA也可以经肾小球滤过。有研究表明,肾脏功能受损时,血清HA含量有所升高,而且随着肾脏损害程度的加重HA的量呈增长趋势[19]。黄东华等[17]发现肾络通汤作用于慢性肾小球肾炎患者,可以降低血清HA,减轻临床症状,改善肾功能。

3.4 层粘连蛋白(LN)LN是构成细胞间质的一种非胶原糖,其水平常与Ⅳ型胶原、HA等相平行。胡兴荣等[20]研究发现糖尿病肾病患者血清LN显著增高。方媛等[21]使用潜阳育阴颗粒作用于自发性高血压病的大鼠,治疗后检测大鼠LN发现使用该药物使大鼠肾纤维化程度有所减轻,改善了肾脏功能。

3.5 Ⅲ型前胶原蛋白(PC-Ⅲ)PC-Ⅲ是Ⅲ型胶原的前体,在RIF发展过程中肾小管上皮细胞可转化为Ⅰ型胶原和Ⅲ型胶原,是肾小管上皮细胞转化的重要标志。刘珊等[22]观察梗阻性肾病患者血清中PCⅢ的变化时发现,血清中PCⅢ的水平与肾脏的纤维化程度相关,特别是对重度肾纤维化有着较好预测的价值。

3.6 Ⅳ型胶原(Ⅳ-C)Ⅳ-C是基底膜网状结构的主要成分,Ⅳ-C以前胶原形式直接参与ECM的形成和积聚[23],Ⅳ-C还作为支架有助于基膜内其他成分的沉积,支撑肾基底膜中毛细血管壁。宋玮等[24]研究表明白皮杉醇可以降低血清Ⅳ-C含量,减轻大鼠肾纤维化。

RIF是CKD发展到肾功能衰竭的主要原因,而肾脏疾病在早期往往临床症状不是很明显,具有一定的隐匿性,早期如得不到重视,等其进一步发展到终末期肾病时,治疗方法有限,患者生存质量差,而且对家庭和社会经济负担较重。因此深入研究RIF进程中的关键信号通路,寻找有效且具有早期诊断价值血清学检验指标,有助于RIF的早期诊断、进展观察和疗效判断。