促纤维化/抗纤维化因子失衡与肾脏纤维化

王延叶(综述)，于为民(审校)

(新泰市人民医院肾内科，山东 新泰 271200)



促纤维化/抗纤维化因子失衡与肾脏纤维化

王延叶※(综述)，于为民(审校)

(新泰市人民医院肾内科，山东 新泰 271200)

摘要：肾脏纤维化基本病理过程是细胞外基质过多地积聚、沉积及降解不足。主要的致纤维化细胞因子-转化生长因子刺激肾小球系膜细胞、成纤维细胞和肾小管上皮细胞表型的活化或转变，产生大量的细胞外基质；而主要的抗纤维化细胞因子-肝细胞生长因子可以抑制肾小管上皮细胞转分化，从而抑制肾小球系膜及间质纤维化。目前认为促纤维化与抗纤维化细胞因子的失衡是肾脏纤维化发生、发展的重要机制。

关键词：肾脏纤维化；肾小管上皮细胞转分化；转化生长因子β；肝细胞生长因子

细胞外基质异常增多和过度沉积是慢性肾脏疾病的必然结果，将导致肾脏纤维化。简单地说，肾脏纤维化就是肾脏自身损伤修复失败的结果[1]。在肾脏纤维化发生、发展过程中存在多种细胞通路，众多促纤维化因子参与了肾脏纤维化发生、发展过程，其中转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)介导的肾小管上皮细胞转分化起着核心作用[2]，而内源性的抗纤维化因子在对抗TGF-β/Smad信号所介导的纤维化过程中已日渐受到重视。目前认为，正是由于促纤维化细胞因子与抗纤维化细胞因子的失衡导致了肾脏纤维化。现就这一方面的研究进展及治疗前景予以综述。

1肾脏损伤修复失败

肾脏纤维化的病理表现为肾小球硬化、肾小管间质纤维化、炎性细胞浸润、微血管减少、肾脏固有细胞消失等，是多因素作用失衡的结果[3-4]。导致上述病理变化的底层细胞事件错综复杂，包括肾小球系膜细胞和成纤维细胞的活化、肾小管上皮细胞转分化、单核/巨噬细胞、T细胞浸润以及细胞凋亡。虽然许多体外研究强调某个特定的细胞事件的重要性，但现在的研究已证明，没有任何一个类型的独立细胞事件能够全面启动和维持肾脏纤维化；肾脏纤维化的模型类似于组织损伤后的伤口愈合反应，受损的肾脏组织会发生一系列反应，尽量恢复其组织结构和功能[5]。这些过程包括肾脏固有细胞的活化、促炎性因子的分泌并引导单核/巨噬细胞和T细胞等炎性细胞浸润到损伤部位，进而产生有害的分子(如活性氧类以及纤维化和炎性细胞因子)；上述物质反过来又刺激肾小球系膜细胞、成纤维细胞和肾小管上皮细胞表型的活化或转变并产生大量的细胞外基质。细胞外基质的过度沉积导致形成纤维性瘢痕和正常肾组织扭曲，最后导致肾实质的崩溃和肾功能的丧失。需要强调的是，肾脏纤维化是一个动态过程，其中许多事件同时发生，而且常常相互促进。鉴于此，通常视产生基质的活化的效应细胞为肾脏纤维化的核心。依赖损伤的性质和部位，肾小球系膜细胞、间质成纤维细胞和肾小管上皮细胞已被证明为受损伤肾脏的主要促纤维化细胞[6]。当然骨髓来源的细胞也起到一定作用。肾小球系膜细胞和成肌纤维母细胞活化是肾脏损伤后期的纤维化效应细胞，肾小管上皮细胞转分化是损伤后期的主要效应细胞，而这具有重要的病理意义[6]。导致受伤肾脏愈合失败而走向持续纤维化的原因众多，一个重要的原因在于持续损伤的时间；急性的短暂的肾脏损伤可能会引发类似慢性肾脏病的反应，包括炎性细胞浸润、纤维化因子分泌、成纤维细胞激活，但受伤肾脏通过肾小管再生和基质重构，最终肾脏组织结构和功能得以修复；随着损伤时间的延长，受伤肾组织适应不良，组织之间细胞外基质过度堆积，最终导致组织纤维化[1]。急性损伤和慢性损伤导致不同结果的原因目前认为是在慢性损伤存在的状态下，Smad蛋白拮抗剂逐渐丧失，纤维化信号持续存在并日益扩大，刺激成纤维细胞持续激活，而这是导致肾脏短暂或持续损伤不同的病理结局的可能原因[7]。

2细胞因子失衡与肾脏纤维化

2.1Smad家族与肾脏纤维化目前已知有十多种致纤维化因子(如各种细胞因子、激素和血流动力学因素等)，参与肾脏纤维化过程，但TGF-β及其下游Smad信号在肾脏纤维化中起核心作用[8]。无论是在动物模型和人类中，TGF-β上调几乎存在于所有慢性肾脏病中；在体外，TGF-β作为唯一因素可以刺激肾小球系膜细胞、间质成纤维细胞和肾小管上皮细胞激活或转化，而产生细胞外基质[8]。相反，通过各种方法抑制TGF-β所致的肾脏纤维化，可防止肾功能逐渐丧失。TGF-β的信号转导也是一个会聚通路，直接或间接地影响其他纤维化因子，如血管紧张素Ⅱ和高血糖可作为TGF-β的上游诱导剂，而其他(如结缔组织生长因子)可为其下游效应物[8-9]。TGF-β信号转导是通过细胞膜Ⅰ型和Ⅱ型酪氨酸激酶受体完成的，受体的激活使下游信号Smad2和Smad3磷酸化，而磷酸化的Smad2/3又与Smad4一起进入细胞核内，从而完成对TGF-β反应性基因的转录控制[10]。在正常肾脏中，Smad信号通路受Smad转录阻遏蛋白家系(如SnoN、SKi和TGIF)的控制。通过各种机制，这些Smad蛋白拮抗剂有效抑制Smad蛋白介导的基因转录，从而安全保护组织不受那些无谓的TGF-β反应的影响。研究表明，SnoN和SKi可逐步减少肾脏纤维化，提示Smad蛋白拮抗剂缺失是放大TGF-β信号的重要机制[6]。此时，TGF-β/Smad信号以没有约束、失控的方式进行转导，这可能与肿瘤发生过程中抑癌基因的作用缺失相似[7]。多年来，人们开发了许多抑制TGF-β活化进而阻止肾脏纤维化的方法，其中包括反义抑制TGF-β的表达、中和TGF-β的抗体、溶解TGF-β受体或封闭TGF-β活化的核心蛋白聚糖，这些治疗措施在动物模型中通常可带来不同的肾脏结构和功能的改善[6]，然而将这些结果应用至人类目前仍有巨大困难。更为重要的是，TGF-β也是一种抗炎因子，最近有研究提示，TGF-β1过度表达转基因小鼠主要通过TGF-β抗炎活性抑制了肾脏纤维化病变过程[8]。TGF-β的致纤维化和抗炎作用使单纯抑制TGF-β的治疗应用陷入了两难境地。为了解决此类问题，人们开发了以TGF-β下游效应器为靶点的治疗纤维化的方法，譬如，可选择抑制结缔组织生长因子或抑制Smad7信号传递，从而抑制Smad信号通路，进而抑制肾脏纤维化[11-12]。

2.2基质降解酶与肾脏纤维化在正常组织中存在基质稳态-基质产生与降解平衡。纤溶酶原激活物抑制物1和基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)组织抑制剂1往往在病变肾脏中表达，提示肾脏纤维化的产生是由于基质产生过多及降解不足所致。肾组织产生大量蛋白酶，其中纤溶酶原/纤溶酶和MMP系统构成一个蛋白网络，能降解基质蛋白成分。一般认为纤溶酶原/纤溶酶和MMP系统具有蛋白水解作用，可降低基质堆积，从而减轻损伤后肾脏纤维化。然而，最近的基因研究，利用基因剔除小鼠发现，组织型纤溶酶原激活剂(tissue plasminogen activator，t-PA)消融可减轻梗阻性肾病间质纤维化发展，而这似乎与它的保护性蛋白水解活性无关[13]。t-PA在梗阻性肾病中的致病作用主要取决于其诱导MMP-9基因表达的能力，增加MMP-9破坏肾小管基底膜的完整性，从而导致肾小管上皮细胞转分化。进一步研究显示，t-PA能与细胞膜上的受体结合(一种低密度脂蛋白受体相关蛋白)，诱导其酪氨酸残基磷酸化，触发细胞内信号转导，反式激活肾间质成纤维细胞MMP-9基因的表达[14]。纤维蛋白溶酶，一种丝氨酸蛋白酶，可以直接降解基质蛋白和激活MMPs，可减少肾脏纤维化。然而，实验证明，纤维蛋白溶酶原基因的剔除并不加重输尿管梗阻后的纤维化病变；相反，小鼠缺乏纤维蛋白溶酶减少胶原蛋白的积累，表明纤维蛋白溶酶的显著致病作用[15]。对于MMPs的研究也出现了一些令人吃惊的结果，MMP-2足以引起肾小管上皮细胞转分化，过度表达MMP-2的转基因小鼠引起纤维化病变[16]。研究表明，MMP-3诱导肉毒杆菌毒素底物1的表达，导致细胞内活性氧类增加，促进肾小管上皮细胞转分化[17]。 所有这些表明，有些酶能激活细胞内的信号转导，从而可能引起广泛的细胞潜在活动，而这些酶的作用可能取决于疾病的性质和原因。此外，在疾病进展的不同阶段，它们的功能可能会发生显著变化。鉴于有如此多的不确定性，预测基质降解酶及其抑制剂的治疗作用为时尚早。

2.3肝细胞生长因子(hepatocyte growth factor，HGF)与肾脏纤维化中国传统医学认为人体健康状态依赖于阴阳之间的微妙平衡，事实上，在正常生理状态下，致纤维化因子存在的地方必有其拮抗剂抵消其作用。HGF是肾脏和其他器官中存在的内源性抗纤维化因子，在器官受到各种损伤后，有显著促进组织修复和再生的作用，在许多方面，HGF和TGF-β对肾脏细胞作用是完全相反的[18]。HGF通常由间质来源的细胞产生，如肾小球系膜细胞、内皮细胞、间质成纤维细胞和巨噬细胞等。HGF与受体结合引起酪氨酸激酶活化，激活细胞内多个信号的级联反应，包括磷脂酰肌醇3-激酶、磷酸激酶C等活性蛋白酶。因此,HGF是一种多效性生长因子。炎性介质(白细胞介素1、肿瘤坏死因子、TGF-β)、去甲肾上腺素等可诱导HGF的自身及受体表达的提高，并通过内分泌、自分泌、旁分泌等方式发挥作用[19]。在体外，HGF可有效抑制TGF-β介导的肌纤维母细胞活化，从而抑制肾小球系膜及间质纤维化，并阻止肾小管上皮细胞转分化。现已证明，HGF阻断了间质中成纤维细胞Smad2/3核转移，上调Smad蛋白转录辅助阻遏物TGIF转录，诱导SnoN在肾小管上皮细胞表达，从而抑制肾脏纤维化[19]。不同肾脏细胞最初释放的分散的HGF最终会汇聚到共同途径，专门针对Smad信号发挥作用。实验证明，在各种慢性肾脏疾病(如梗阻肾、残肾、糖尿病肾病动物模型)中，外源性HGF或其基因注射可改善肾脏纤维化、保护肾功能[20]。

3小结

肾脏纤维化机制极其复杂,但近年来的研究使许多重要问题接近明了。在肾脏纤维化过程中，肾小管上皮细胞转分化是一个独特的事件,诱导和激活TGF-β/Smad信号对启动肾小管上皮细胞转分化至关重要；而同样重要的是Smad拮抗剂的丢失,使肾脏纤维化失去控制。内源性抗纤维化因子HGF可充分抵消TGF-β/Smad的致纤维化作用。使促纤维化/抗纤维化因子在器官部位达到某种再平衡可能为干预肾脏纤维化提供新的思路，并为治疗慢性肾脏疾病带来光明的前景。

参考文献

[1]Liu Y.Renal fibrosis:new insights into the pathogenesis and therapeutics[J].Kidney Int，2006，69(2):213-217.

[2]He J,Xu Y,Koya D,etal.Role of the endothelial-to-mesenchymal transition in renal fibrosis of chronic kidney disease[J].Clin Exp Nephrol，2013，17(4):488-497.

[3]Bondar IA,Klimontov VV,Parfenteva EM,etal.Urinary excretion of fibrogenic and antifibrotic growth factors in type 1 diabetic patients:the interrelationship with diabetic nephropathy[J].Ter Arkh，2012，84(6):36-40.

[4]Farris AB,Colvin RB.Renal interstitial fibrosis:mechanisms and evaluation[J].Curr Opin Nephrol Hypertens，2012，21(3):289-300.

[5]Hirschberg R.Wound healing in the kidney:complex interactions in renal interstitial fibrogenesis[J].J Am Soc Nephrol，2005，16(1):9-11.

[6]Liu Y.New insights into epithelial-mesenchymal transition in kidney fibrosis[J].J Am Soc Nephrol，2010，21(2):212-222.

[7]Xiong M,Jiang L,Zhou Y,etal.The miR-200 family regulates TGF-bete1-induced renal tubular epithelial to mesenchymal transition through Smad pathway by targeting ZEB1 and ZEB2 expres-sion[J].Am J Physiol Renal Physiol，2012，302(3):369-379.

[8]Shen B,Liu X,Fan Y,etal.Macrophages regulate renal fibrosis through modulating TGF-β superfamily signaling[J].Inflammation，2014，37(6)：2076-2084.

[9]Kim MK,Maeng YI,Sung WJ,etal.The differential expression of TGF-β1,ILK and wnt signaling inducing epithelial to mesenchymal transition in human renal fibrogenesis:an immunohistochemical study[J].Int J Clin Exp Pathol，2013，6(9):1747-1758.

[10]Gentle ME,Shi S,Daehn I,etal.Epithelial cell TGF-βsignaling induces acute tubular injury and interstitial inflammation[J].J Am Soc Nephrol，2013，24(5):787-799.

[11]Wei X,Xia Y,Li F,etal.Kindlin-2 mediates activation of TGF-β/Smad signaling and renal fibrosis[J].J Am Soc Nephrol，2013，24(9):1387-1398.

[12]Hou CC,Wang W,Huang XR,etal.Ultrasound-microbubble-mediated gene transfer of inducible Smad7 blocks transforming growth factor-beta signaling and fibrosis in rat remnant kidney[J].Am J Pathol，2005，166(3):761-771.

[13]Hu K,Lin L,Tan X,etal.tPA protects renal interstitial fibroblasts and myofibroblasts from apoptosis[J].J Am Soc Nephrol，2008，19(3):503-514.

[14]Wang X,Zhou Y,Tan R,etal.Mice lacking the matrix metalloproteinase-9 gene reduce renal interstitial fibrosis in obstructive nephropathy[J].Am J Physiol Renal Physiol，2010，299(5):973-982.

[15]He D,Lee L,Yang J,etal.Preventive effects and mechanisms of rhein on renal interstitial fibrosis in obstructive nephropathy[J].Biol Pharm Bull，2011，34(8):1219-1226.

[16]Lovett DH,Mahimkar R,Raffai RL,etal.A novel intracellular isoform of matrix metalloproteinase-2 induced by oxidative stress activates innate immunity[J].PLoS One，2012，7(4):e34177.

[17]Radisky DC,Levy DD,Littlepage LE,etal.Rac1b and reactive oxygen species mediate MMP-3-induced EMT and genomic instabi-lity[J].Nature，2005，436(7047):123-127.

[18]Chen X,Chen Z,Wang H,etal.Plasmid pUDK-HGF encoding human hepatocyte growth factor gene attenuates gentamicin-induced kidney injury in rats[J].Exp Toxicol Pathol，2013，65(5):541-547.

[19]Mizuno S,Matsumoto K,Nakamura T.HGF as a renotrophic and anti-fibrotic regulator in chronic renal disease[J].Front Biosci，2008，13:7072-7086.

[20]Yi X,Li X,Zhou Y,etal.Hepatocyte growth factor regulates the TGF-β1-induced proliferation,differentiation and secretory function of cardiac fibroblasts[J].Int J Mol Med，2014，34(2):381-390.

Fibrosis/Anti-fibrosis Factor Imbalance and Renal FibrosisWANGYan-ye，YUWei-min. (DepartmentofNephrology,XintaiPeople′sHospital，Xintai271200，China)

Abstract：The pathogenesis of renal fibrosis is characterized by an excessive accumulation and deposition of extracelluler matrix components.Among many fibrogenic factors,transforming growth factor-β/smad plays a central role,leading to activation or transformation of mesangial cells,fibrolast cells and tublucar epithelical cells,generating massive extracelluler matrix.In many aspects,the effects of the primary antifibrotic factor-hepatocyte growth factor on kidney cell are exactly the opposite.It′s now considered that the imbalance of the fibrosis cytokines and the antifibrosis cytokines is an important mechanism of renal fibrosis.

Key words:Renal fibrosis； Renal tubular epithelial cells differentiation； Transforming growth factor-β； Hepatocyte growth factor

收稿日期：2014-10-27修回日期：2015-01-16编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.017

中图分类号：R692

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)13-2349-03