肾小管上皮细胞转分化类型及其在肾脏疾病进展中的作用*

王 轩，袁伟杰

(上海交通大学附属第一人民医院肾内科，上海 200080)

肾小管上皮细胞作为肾脏固有成分之一，其形态和功能的正常对于维持肾脏正常的结构和功能起着十分重要的作用。肾小管上皮细胞在机体正常发育过程中以及各种生理病理条件下，可出现转分化现象，即细胞从表形到功能均发生改变。肾小管上皮细胞的转分化参与了多种肾脏疾病的发生、发展，本文旨在阐述肾小管上皮细胞的转分化现象及其在多种肾脏疾病中作用的研究进展。

1 肾小管上皮细胞的转分化

转分化是细胞分化发育过程中可逆的、有序的、受高度调控的一种生物学现象，常见于终末分化细胞在特定的病理生理因素刺激下，形态、表型、功能等发生变化，而转变成其它类型的组织细胞[1]。转分化可发生于同一胚层不同类型的细胞，如上皮－间充质细胞转分化，也可出现于跨胚层的其它细胞系，如上皮－免疫细胞转分化[2]。

1.1 肾小管上皮细胞－间充质细胞转分化 上皮－间充质细胞转分化通常表现为细胞抗凋亡及迁移能力增强，且可大量分泌细胞外基质，参与炎症损伤修复及器官的纤维化[1]。早期研究发现肾小管上皮细胞可以向成纤维细胞转分化并表达其标志蛋白成纤维特异性蛋白 1(fibroblast－specific protein 1，FSP1)，肾小管上皮细胞－间充质细胞转分化是肾脏间质纤维化的重要发病机制之一。肾小管上皮细胞转分化过程如下:首先肾小管上皮细胞丧失上皮细胞黏附特性，即表皮黏附分子E－钙黏蛋白(E－cadherin)的表达减少或消失;继而重新表达α－平滑肌肌动蛋白(α －smooth muscle actin，α －SMA)、波形蛋白(vimentin)等间充质细胞表型，并出现结构蛋白的重组;然后肾小管基底膜断裂;进而细胞迁移力、侵袭力增强[3]。这一过程类似于胚胎肾的生理发育过程中后肾间充质细胞向上皮细胞转化的逆转。肾小管上皮细胞这种形式的转分化在多种肾脏疾病中都可见到[4－5]。目前关于肾小管上皮细胞－间充质细胞转分化机制的研究很多。一些细胞因子如转化生长因子 β(transforming growth factor β，TGF － β)、成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor，FGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor，EGF)等被认为能促进转分化的发生，而肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)和骨形成蛋白7(bone morphogenic protein 7，BMP－7)则具有相反作用。

1.2 肾小管上皮细胞－免疫细胞转分化 上皮细胞作为机体组织防御的首道防线，在遭受病原微生物侵袭之后，上皮细胞可以募集炎症细胞、释放各种炎症因子，启动炎症防御或免疫耐受，参与免疫损伤的生理过程[6]，同时上皮细胞也可以转分化为免疫细胞，在免疫防御或炎症启动中发挥专职抗原提呈细胞的功能，调节适应性免疫应答[2]。肾小管上皮细胞表面可以表达模式识别受体之一Toll样受体4(Toll－ like receptor 4，TLR4)[7]，TLR4 能分泌炎症因子或趋化因子，募集并活化免疫细胞，启动炎症免疫反应，参与肾脏病理损伤[8]。正常生理情况下，肾小管上皮细胞属于非专职抗原提呈细胞，低表达主要组织相容性复合物Ⅱ(major histocompatibility complexⅡ，MHC－Ⅱ)分子。有研究[9]显示在感染和炎症条件下，肾小管上皮细胞可以向免疫细胞转分化，出现免疫细胞的活性，在炎症防御和免疫启动中行使专职抗原提呈细胞的功能，并可独立激发适应性免疫应答。早在1988年，就有报道单纯体外培养的肾小管上皮细胞不表达MHC－Ⅱ分子，在γ干扰素(interferon γ，IFN － γ)的诱导下，MHC － Ⅱ分子的表达明显上升，去除IFN－γ后，MHC－Ⅱ分子表达亦逐渐消失。Wilkinson等[10]研究也发现在IFN－γ等细胞因子的刺激下，肾小管上皮细胞高表达MHC－Ⅱ，同时共刺激分子程序性死亡配体1(programmed death ligand 1，PD－L1)表达也上调，即肾小管上皮细胞出现了专职抗原提呈细胞的活性，将此肾小管上皮细胞与CD4+T细胞共培养，其能通过与CD4+T细胞上程序性死亡受体1(programmed death 1，PD－1)相互作用，从而活化CD4+T细胞，启动后续的适应性免疫反应，发挥负性免疫调控作用。肾小管上皮细胞在受到刺激后，也能通过表达共刺激分子CD40，而激活CD8+T细胞，启动或扩大肾脏免疫损伤[11]。

肾小管上皮细胞受到刺激活化后可通过表型转化显示专职免疫细胞功能，亦能通过转分化出现成纤维细胞的活性。不同病理生理条件下细胞转分化的意义不完全相同，既可以作为机体的一种生理性防御措施及损伤修复机制，也可以因持续分化而导致组织重塑、器官纤维化的发生，成为相关疾病发生发展的重要基础而贯穿于整个病理生理过程。

2 肾小管上皮细胞转分化在各种肾脏疾病中的作用

2.1 糖尿病肾病 糖尿病肾病是终末期肾病最常见的原因，以进行性的肾脏纤维化为病理特性，尤其以小管间质的纤维化甚为突出。肾小管间质纤维化的发生机制主要是细胞外基质产生与降解失衡以及成纤维化细胞的增生，而新增的成纤维细胞有一部分就来源于肾小管上皮细胞的转分化。TGF－β是目前研究最多，被认为最重要的诱导肾小管上皮细胞表型转化的细胞因子[12]。Hills 等[4]报道在体外高糖环境下，使用不同浓度的TGF－β诱导肾小管上皮细胞，结果显示肾小管上皮细胞丧失原有的“铺路石样”的上皮细胞形态，转变为细长的成纤维细胞样表型，同时E－钙黏蛋白表达下降，波形蛋白、Snail蛋白上调，且三者的变化与TGF－β的浓度呈剂量依赖性。高糖亦能通过诱导肾小管上皮细胞核转录因子活化蛋白1(activator protein－1，AP－1)活化，上调波形蛋白、Snail表达，下调E－钙黏蛋白，使其发生转分化[13]。此外，糖尿病肾病中，局部肾素－血管紧张素系统(renin－angiotensin system，RAS)的活化，激活血管紧张素Ⅱ1型受体(angiotensinⅡtype 1 receptor，AT1R)，刺激 TGF－β 上调，也是引起肾小管上皮细胞转分化的因素之一[14]。糖尿病肾病患者体内清除自由基系统明显受损，超氧化物歧化酶(superoxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶等活性大大降低，过氧化物堆积。我们的研究也证实高糖环境能引起肾脏细胞活性氧(reactive oxygen species，ROS)的产生显著增加[15]，大量自由基及过氧化物等也能诱导肾小管上皮细胞转分化的发生。尿蛋白、脂质代谢紊乱同样能通过TGF－β途径下调E－钙黏蛋白，上调波形蛋白，促使细胞转分化。

单侧输尿管梗阻导致的肾小管间质纤维化以及各种慢性肾脏疾病发展到终末出现的肾脏纤维化中，都存在着肾小管上皮细胞的转分化，其发生也与TGF－β、血管紧张素Ⅱ等因素的参与密切相关[5，16 －17]。

2.2 乙肝相关性肾炎 乙肝相关性肾炎的发病机制目前尚未完全阐明，但已有研究[18]表明乙型肝炎病毒能侵袭肾小管上皮细胞，在肾小管上皮细胞中复制，引起肾小管上皮细胞的凋亡损伤。我们的研究[19]发现乙型肝炎病毒亦能引起肾小管上皮细胞转分化。我们收集乙型肝炎病毒(hepatitis B virus，HBV)DNA拷贝在1010～1011/L患者的血清，用该血清去感染人近端肾小管上皮细胞株HK－2，免疫荧光检测α－SMA，结果显示正常的HK－2细胞核中可有少量α－SMA的表达，胞浆中表达不明显;感染24 h后，即可见α－SMA表达较对照组显著增多，认为HK－2细胞出现了转分化现象;而感染48h后，α－SMA的表达水平并未增加，反而下降，这可能与感染时间延长、细胞受损严重、α－SMA的表达相应降低有关。目前，关于乙型肝炎病毒引起肾小管上皮细胞转分化机制的研究甚少，尚需进一步深入研究来探索相关的影响因素。

2.3 狼疮性肾炎 狼疮性肾炎病理特征表现为肾小球、血管硬化，肾小管间质纤维化，在这一病理过程中存在着肾小管上皮细胞的转分化。Rossini等[20]使用免疫组化方法检测到狼疮性肾炎患者肾穿标本中FSP1在小管间质中表达明显，同时显微镜下观察到FSP1阳性细胞呈成纤维细胞样，表明狼疮性肾炎中存在着肾小管上皮细胞间充质细胞转分化。体内外的一些研究[21－22]结果说明狼疮性肾炎进展过程中肾小管上皮细胞亦可以向免疫细胞转化，出现免疫细胞的活性。Sui等[21]发现和对照组相比，狼疮性肾炎患者肾小管上皮细胞大量表达共刺激分子CD80(B7－1)和CD86(B7－2)，为激活后续适应性免疫提供第二信号。狼疮性肾炎肾小管上皮细胞亦能上调共刺激分子B7－H4的表达，且体外混合淋巴细胞试验说明肾小管上皮细胞能通过B7－H4激活T细胞反应，在狼疮性肾炎的进展中起一定作用[22]。

2.4 IgA肾病 Chen等[22]进行临床研究发现 IgA肾病患者肾组织中肾小管上皮细胞表达共刺激分子B7－H4，且B7－H4的表达水平与小管损伤程度相关，但其是否能发挥抗原提呈功能，启动和扩大后续免疫反应尚需进一步研究。IgA肾病慢性进展可出现小管间质纤维化，最新研究表明IgA肾病纤维化过程中也出现肾小管上皮细胞间充质转分化[23]。Ohnuki等[23]使用免疫组化方法检测到IgA肾病肾小管上皮细胞表达波形蛋白，且波形蛋白阳性的细胞同时表达Snai1蛋白，由此认为Snai1蛋白在诱导肾小管上皮细胞转分化，促使IgA肾病纤维化进展中起一定作用。

2.5 急性间质性肾炎 急性间质性肾炎以肾间质炎细胞浸润及肾小管变性为主要病理特征，多为药物过敏、感染等引起。早在1989年，有报道急性间质性肾炎中肾小管上皮细胞表达MHC－Ⅱ分子水平明显升高，细胞间黏附分子－1(intercellular adhesion molecule－1，ICAM－1)和血管细胞黏附分子 －1(vascular cell adhesion molecule－1，VCAM －l)亦呈现高表达;Hagerty等[24]认为，ICAM －1与其配体淋巴细胞功能相关抗原(lymphocyte function associated antigen－1，LFA－1)结合可以为T细胞活化提供共刺激信号，但充分激活T细胞尚需其它共刺激分子同时存在。VCAM－1与其配体迟现的抗原4(very late appearing antigen，VLA4)结合不仅参与小管上皮细胞抗原呈递过程，而且还可能参与T细胞介导的细胞毒作用，从而损伤小管上皮细胞本身。

2.6 肾移植排斥 肾移植是治疗慢性肾功能衰竭终末期患者的一种理想方法，但是肾移植后急慢性排斥反应影响着移植肾长期存活。Starke等[25]使用RT－PCR方法检测到急性肾移植排斥反应患者肾组织中存在PD－L1和PD－1，且免疫组化证实PDL1在肾小管上皮细胞中表达，PD－1在局部浸润的淋巴细胞中表达，在肾移植急性排斥反应中，肾小管上皮细胞发挥了免疫活性作用。慢性肾移植排斥反应最终会引起肾功能下降、移植肾纤维化，在移植肾纤维化进程中存在着肾小管上皮细胞间充质转分化，可能通过细胞外信号调节激酶2(extracellular signal－regulated kinase 2，ERK2)途径实现这一转分化过程[26]。

3 展望

综上所述，肾小管上皮细胞转分化参与了多种肾脏疾病的发生发展过程，抑制肾小管上皮细胞的转分化能延缓肾脏疾病的进展，维持肾脏正常的形态和功能，为临床治疗肾脏疾病提供了新的思路和新靶点。然而目前肾小管上皮细胞转分化的机制尚未完全阐明，尤其是肾小管上皮免疫细胞转分化的研究尚少，还需进一步的研究来深入了解其发生机制，这对于肾脏疾病的诊治具有重要意义。

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