陈 超,武德梅(综述),孙建洁(审校)
(中国石油天然气集团公司中心医院 1肾内科, 2保健与老年医学科,河北 廊坊 065000)
慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)是一组进行性发展的慢性疾病群,最终会进展为终末期肾脏病。防止和延缓CKD发展至终末期肾脏病已成为公共健康领域面临的巨大挑战[1]。肾脏慢性进行性纤维化是各种原因所致CKD进展的共同途径。肾脏纤维化是指肾脏在各种致病因子,如炎症、创伤、血循环障碍、免疫反应等的作用下,肾脏的固有细胞受损,逐渐发展至大量胶原沉积和积聚,最终取代正常肾脏结构,导致肾小球硬化和小管间质的纤维化,造成肾脏功能部分或完全丧失的过程。延缓和防止肾纤维化是防治CKD进展的关键。转化生长因子β(transforming growth factor-β,TGF-β)参与调控肾纤维化进程中细胞的增殖、肥大、细胞凋亡和纤维化的形成等各个环节[2]。
TGF-β是一种多功能、具有多向调节功能的生长因子,分布广泛,几乎可由体内所有细胞生成。TGF-β有5种同功异构体,哺乳动物主要有TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3三种形式,其中TGF-β1所占比例最高,活性最强。TGF-β激活靶细胞膜上的特异性受体,诱导细胞内的信号,并介导包括CKD在内的多种疾病的生理和病理过程[2]。TGF-β的膜受体复合物包括两个丝氨酸-苏氨酸激酶活性的家族蛋白,即Ⅱ型受体和Ⅰ型受体。TGF-βⅠ型受体包括激活素样激酶受体。TGF-β直接结合TGF-βⅡ型受体,并进一步结合TGF-βⅠ型受体形成复合物,磷酸化受体细胞内结构,激活细胞内多种信号通路,包括Smad蛋白、分裂原活化的蛋白激酶、整合素连接激酶[3]。这些效应调节靶基因的表达,参与生理的和CKD相关事件,如细胞生长、分化、凋亡和细胞外基质(extracellular matrix,ECM)沉积。
2.1对肾脏固有细胞的作用
2.1.1肾小管上皮细胞 肾小管上皮细胞具有重吸收、分泌和排泄功能。肾小管上皮细胞凋亡是引起肾小管萎缩的重要因素。有研究报道,TGF-β可以诱导体外培养的肾小管上皮细胞凋亡[4]。TGF-β对体外培养的肾小管上皮细胞诱导凋亡的程度低,因此推测,TGF-β对凋亡的影响仅发生于病理情况下,并需要其他介质或细胞因子的共同作用。有研究表明,甲状旁腺素可以诱导体外培养的人肾小管上皮细胞的表达TGF-β1增加,而1,25-二羟基维生素D3可以减轻甲状旁腺素诱导的TGF-β1在体外培养的人肾小管上皮细胞的表达[5]。
2.2.2肾小管上皮-间充质转分化 肾小管上皮-间充质转分化与肾小管萎缩以及肌成纤维细胞的形成密切相关。TGF-β是已知诱导肾小管上皮-间充质转分化过程最强的物质,将肾小管上皮细胞转换为肌成纤维细胞[6]。上皮细胞来源的成纤维细胞游移通过受损的肾小管基膜后,在肾小管旁的间质内增殖,生成过多的ECM,引起肾间质纤维化[7]。在体外和体内特定的条件下,TGF-β均可启动并参与肾小管上皮-间充质转分化过程。TGF-β信号通路中3种受体均参与TGF-β诱导的肾小管上皮-间充质转分化,即激活素受体样激酶4、5和7,其中激活素受体样激酶5是最重要的。
2.1.3足细胞 足细胞是构成肾小球滤过膜的重要组成部分,对维持肾小球基膜的完整性及毛细血管襻的空间结构起到重要作用,并具有分泌血管内皮生长因子等功能[8]。足细胞凋亡可引起部分肾小球硬化,TGF-β可诱导足细胞凋亡。在TGF-β1过度表达的转基因小鼠中,足细胞发生原位凋亡,其后不久出现肾小球硬化病变,足细胞凋亡的峰时和TGF-β1及Smad7表达时间、蛋白尿出现时间一致,并且早于系膜区增宽[9]。一些进展性足细胞疾病,如局灶节段性肾小球硬化和膜性肾病,足细胞表达TGF-β增加,不仅可能诱发肾小球基膜增厚,也可促进足细胞凋亡并脱离肾小球基膜,启动肾小球硬化的进展[10]。已知Wilms瘤抑癌基因对于维持足细胞功能正常必不可少,在有明显肾小球硬化发生之前,TGF-β1可以减少体外培养足细胞的Wilms瘤抑癌基因蛋白表达[11]。
2.1.4内皮细胞 肾小球内皮细胞是肾小球滤过膜的重要组成部分,在调节血管压力、肾小球滤过、血栓形成中发挥重要作用[12]。内皮间质转化为内皮细胞失去了细胞极性,失去与基膜的连接,获得了较高的迁移、侵袭与抗凋亡能力等间质表型,在肾脏纤维化中起到重要作用。TGF-β可通过内皮间质转化过程,加速中晚期糖尿病肾病纤维化进程[13]。研究显示,TGF-β1可诱导小鼠胰腺微血管内皮细胞和肾原代培养的内皮细胞分化成α-平滑肌蛋白,具有时间及浓度依赖性[14]。所有TGF-β1-3三个亚型均可刺激内皮间质转化,但起主要作用的为TGF-β2[15]。TGF-β1主要通过诱导内皮细胞增殖促进内皮间质转化[14-15]。
2.1.5系膜细胞 系膜细胞对肾小球毛细血管襻的结构起支撑作用,并调节肾小球毛细血管流量和滤过面积,从而调节肾小球滤过率。肾小球硬化初始可表现为系膜细胞增殖肥大、系膜区增宽,后期特点为系膜细胞的凋亡和纤维化。研究表明,TGF-β可以介导糖尿病相关的和其他肾小球疾病的系膜细胞的肥大增生[16]。TGF-β还可以通过上调系膜细胞上游激活因子2基因水平,增加凋亡基因Bax的水平和细胞凋亡率[17]。
2.2TGF-β对ECM的作用 ECM沉积是肾纤维化的主要特点之一。TGF-β一方面刺激肾脏系膜细胞、上皮细胞、成纤维细胞等分泌多种ECM分子(Ⅰ、Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白和层粘连蛋白)合成;另一方面上调蛋白酶抑制因子(如纤溶蛋白酶原激活剂抑制物)的合成,减少ECM的降解;TGF-β还促进基质分子细胞表面受体整合素表达,促进细胞-基质间的相互作用,加剧ECM的聚积[18]。TGF-β还能通过直接刺激其下游介质如结缔组织生长因子的基因转录,使ECM成分的分泌增加,促使肾脏纤维化进展[19]。
2.3TGF-β和肾素-血管紧张素系统的相互作用 持续的肾脏损伤激活肾内肾素-血管紧张素系统,血管紧张素Ⅱ的增加进一步诱导肾氧化应激,氧化应激对诱导的炎症状态中起着重要的作用,炎症状态下除了炎性细胞因子的分泌,伴随TGF-β1释放增加[20-21]。血管紧张素Ⅱ刺激TGF-β1释放增加的机制:血管紧张素Ⅱ通过血管紧张素Ⅱ受体1提高TGF-β1的mRNA水平,促使无活性的TGF-β1向其活性形式转化[22]。TGF-β1被认为是一个重要的抗炎因子,其生物学意义提示中度的炎性反应,并有一定修复受损组织作用。TGF-β1可诱导血管紧张素Ⅱ增加,促进肾间质成纤维细胞和巨噬细胞浸润,加速肾脏纤维化[23]。血管紧张素Ⅱ是致纤维化因子之一,应用血管紧张素Ⅱ阻断剂,可以延缓肾纤维化的进程[22]。
TGF-β作用于肾间质,促进肾小管上皮细胞凋亡、肾小管上皮-间充质转化和管周毛细血管内皮细胞凋亡,造成肾小管变性、萎缩,间质基质沉积增多,导致肾小管间质纤维化。TGF-β作用于肾小球,促进足细胞、肾小球内皮细胞凋亡和系膜细胞的增殖,加速了肾小球硬化的进程。TGF-β促进ECM的合成,减少ECM的降解,加剧了ECM在肾脏的聚积,促使肾脏纤维化进展。TGF-β还可以和肾素-血管紧张素系统相互作用,加速肾脏纤维化。如何阻断TGF-β信号转导,并应用于临床,从而抑制肾脏纤维化进展,是今后研究的重点。
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