移植肾纤维化与TGFβ1-Smad/p38MAPK信号通路的研究进展

汪绪祥，王锁刚

(河南中医药大学a.第一临床医学院2017级硕士研究生；b.第一附属医院泌尿外科，郑州 450003)

针对各种原因导致肾脏功能衰竭，肾脏移植已成为终末期肾脏疾病(ESRD)的最佳治疗方法。随着肾移植技术、组织匹配和器官保存技术逐步改进以及新型免疫抑制剂的应用，围术期并发症和急性排斥反应的发生率均大大降低，极大地增加了肾脏移植后的近期生存比率。造成慢性移植肾病(CAN)、使患者重返透析和再移植的主要原因是肾小管间质和内膜纤维化并最终导致肾衰竭[1]。肾脏纤维化的不可逆转导致需要肾脏移植的患者人数增加，进一步加剧了器官短缺的矛盾。研究移植肾纤维化的机制，寻找有效的措施来促进和改善移植受体和移植肾的长期存活是重要的研究课题。

1 移植肾纤维化在CAN发生发展中的作用

纤维化过程是一个复杂的病理过程，涉及多种常见因素，累及许多重要器官，如肾、肝、肺、心以及皮肤等。尽管纤维化疾病可以发生在不同器官中，但其发生过程却非常相似。各种原发性和继发性肾脏疾病可引起肾间质炎性细胞浸润、成肌纤维细胞聚集、肾小管间质细胞活化、肾小管上皮细胞肌细胞转分化(TEMT)和凋亡。生长因子与细胞因子失衡、血管活性物质和纤维化细胞因子的过度表达、细胞外基质(ECM)的产生增加共同导致正常的组织破坏，严重损害肾功能并最终发展为终末期肾病[2-3]。移植肾纤维化是慢性移植肾病的核心要素，也是判断移植物损伤程度的重要指标。但是与最初的肾纤维化相比，移植肾纤维化的影响因素更多，形成过程更为复杂。

2 移植肾纤维化的发生机制

肾小管间质纤维化是最重要的间质病变，是多发性CKD发展为终末期肾病的常见途径。有研究[4]表明肾间质成纤维细胞主要有3种来源：1)肾脏固有的间质细胞；2)循环获得的间充质细胞；3)肾小管上皮间质转分化而来。肾小管上皮间质转分化在肾小管间质纤维化中的作用越来越受到重视。肾小管上皮间质转分化是指病理条件下肾小管上皮细胞外环境的失衡→上皮细胞形态表达抑制、成肌纤维细胞表型基因释放→上皮细胞的基底膜被破坏，最终各种因素互相作用互为因果使得这些细胞失去其原始的上皮特性并变成间充质表型。细胞失去了离子和液体的转运功能，并转化为成纤维细胞，从而重塑了基质。瘢痕的形成主要是由于成纤维细胞的作用使ECM过度聚集所致。肾小管间质纤维化的病理生理过程主要包括细胞激活和损伤阶段、纤维形成的信号转导阶段、纤维形成阶段和肾脏损害阶段，这与瘢痕形成的机制非常相似。

移植肾间质纤维化是由作用在移植肾上的多种致病因素共同导致的，导致肾功能下降，并逐渐发展为肾功能衰竭。肾功能恶化的程度与肾小球滤过率成正比。近年来研究[5-8]发现肾间质纤维化的主要机制包括：激活肾小管上皮细胞向间充质细胞的转分化、激活血管紧张素系统(RAS)和缺血缺氧，直到后期大多数移植的肾脏疾病都会有相应的症状和体征。移植肾间质纤维化是不可逆的、逐步的发展。因此，如何在确定病因后采取有效措施延缓肾间质纤维化的发展已成为国内外器官移植专家学者当前研究的重点和难点。大量研究[9-11]表明，肾间质纤维化的发病机制主要归因于肾间质过剩中ECM的积累导致肾组织和结构破坏，而这一切根本原因是各种致病因素和损伤后导致修复功能障碍引起的移植肾损害。移植肾纤维化可能是由于多种原因引起的，例如移植肾的内在细胞和免疫细胞凋亡、炎症反应、氧化应激反应以及纤维化细胞因子失调。可以看出移植肾纤维化是多种因素共同作用的结果，涉及局部的微环境和全身的血液动力学、免疫学、新陈代谢等多种因素，围绕它的研究有利于揭示移植肾纤维的发生机制。

3 TGFβ1-Smad/p38 MAPK信号通路在移植肾纤维化形成中的作用

转化生长因子β1(TGF-β1)是一种多功能生长因子，由2个通过二硫键连接的分子量为12 500的亚基组成的二聚体。其在体内可以通过肾小球系膜细胞和肾小管上皮细胞和多种细胞合成并在许多生理过程中起着非常重要的作用，如细胞增殖、凋亡和ECM产生的调节。TGF-β的3个亚型(TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3)与Ⅱ型TGF-β受体结合，从而促进Ⅰ型TGF-β受体的募集和酸化，最终激活下游通路。TGF-β亚型在结构和生理功能上仍然存在矛盾或者重叠的方面，例如它可以促进肿瘤的进展。TGF-βR1激酶激活后→磷酸化受体调节的Smads(RSmads)→形成RSmads与常规Smads(Co-Smads)的寡聚复合物→寡聚复合物转移到细胞核中→细胞核中作用调节靶基因的转录→激活抑制型Smads(I-Smads)，I-Smads对TGF-β信号传导的传递产生负调控。在哺乳动物中，Smad2和Smad3是TGF-β激活素特异性I-Smads，而Smad1/5/8是骨形态发生蛋白(BMP)特异性R-Smads。有研究[12-15]表明TGF-β主要通过Smad3、COL1A2、COL3A1、COL5A1、COL6A1、COL6A3和COL2A1的启动子区域中的Smad3结合序列诱导ECM的积累，这可能取决于Smad3的作用导致TGF-β诱导的细胞外反应。

TGF-β是调节细胞生长和转化、促进炎性细胞浸润(单核细胞，巨噬细胞，淋巴细胞)、刺激成纤维细胞分泌ECM成分、抑制胶原酶转录并增加金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPS)合成的多肽，其能降低基质金属蛋白酶2(MMP-2)、基质金属蛋白酶9(MMP-9)的活性并抑制ECM的降解，在肾间质中ECM的沉积中起重要作用[16]。TGF-β超家族成员的受体包括Ⅰ型和Ⅱ型受体，并且属于丝氨酸/苏氨酸激酶受体家族。在肾小管上皮细胞中，引起肾纤维化的TGF-β1的下游信号主要包括Smad蛋白/整合素连接激酶(Smad/ILK)、p38 MAPK和单体G蛋白/丝氨酸或苏氨酸激酶(RhoA/Rock3)途径。作为诱导EMT的最有效的细胞因子，TGF-β1主要通过TGF-β/Samd信号传导途径调节细胞核下游基因的表达[17]。

p38 MAPK(α、β、γ和δ)即丝裂原活化蛋白激酶途径，是MAPK家族的成员，可以被各种环境应激反应和炎性细胞因子激活。其他MAPK级联膜的近端成分是丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶(MAPKKK)，它是典型的MAPK激酶的激酶(MEKK)或混合谱系激酶(MLK)。MAPKKK磷酸化并激活MKK3/6，后者是p38MAPK激酶。MKK3/6也可以在凋亡因子的刺激下被凋亡信号调节酶1(ASK1)直接激活。p38 MAPK参与调节热休克蛋白(HSP27)、MAPK活化蛋白激酶-2(MAPKAPK-2或者MK2)、MAPK活化蛋白激酶-3(MAPKAPK-3或者MK3)和其他几个转录因子，包括重组人活化转录因子-2(ATF-2)、重组人细胞信号转导与转录激活因子-1(STAT1)、Max/Myc复合体、肌细胞增强因子-2(MEF-2)和ELK-1蛋白等[18]。

p38 MAPK途径参与了糖尿病肾病发病的整个过程[19]。p38 MAPK途径可以在高葡萄糖环境中直接激活，并与该途径的上游因子TGF-β1相互作用。一方面，p38 MAPK信号通路可以增强TGF-β1的活性导致ECM中主要成分纤维连接蛋白(FN)的表达增加；另一方面，TGF-β1可以使p38MAPK自磷酸化并激活其下游转录因子环状单磷酸腺苷结合蛋白(CREB)。CREB可以与下游FN激活结合使用，亚基上的环状腺苷单磷酸反应上调了FN mRNA的表达，从而增加了FN的表达，进一步加重了肾纤维化的发生，最终导致了CKD[20]。因此，p38 MAPK信号转导通路TGF-β1的相互作用在整个CKD肾纤维化的形成中起着重要作用。

TGF-β1/p38 MAPK通路的表达与肾纤维化密切相关，p38 MAPK蛋白是MAPK中的信号传导途径，它可以激活核转录因子。TGF-β1与p38 MAPK有协同作用，TGF-β1可以增强p38 MAPK的生物学功能。在慢性肾间质纤维化发展过程中，TGF-β1是肾间质纤维化的主要激活剂，而p38 MAPK在细胞基质和细胞核中含量丰富。在肾间质纤维化中，p38 MAPK可以作用于TGF-β1途径以促进肾间质纤维化，两者之间的相互作用抑制炎性介质的产生和分泌，从而进一步加重肾间质纤维化程度，加重肾脏损害并促进肾间质纤维化的发展。肾间质纤维化的预防和治疗主要通过影响促纤维化因子的活性，阻断TGF-β1和p38 MAPK途径来影响肾间质纤维化的进展[21-25]。近年来，对移植肾纤维化的探索已进入细胞分子科学的水平。由于上皮细胞周围环境的变化以及导电通路之间的相互作用，各种导电通路的相互作用机制还有待进一步研究。

4 移植肾纤维化的防治进展

目前尚无真正有效的方法治疗移植肾纤维化。因此，深入研究预防和治疗肾纤维化的实用策略，积极控制肾纤维化的临床进展以及改善并延长移植肾的长期存活率已成为国内外学者研究肾纤维化的病理机制的重点和热点。但是，目前在治疗CAN的方法中尚无统一的临床途径，其主要的治疗方法包括[26]：限制蛋白质饮食、增加或减少环孢素(CsA)的剂量或使用他克莫司(FK506)替代CsA、调节激素和免疫抑制药物的剂量、血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI)或血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂(ARB)的应用、调控血压、调控血脂和抗凝等。然而，由于CAN的影响因素众多、机制更为复杂，传统的凭经验增强的免疫抑制疗法不能有效地预防CAN[27]。因此，深入研究实用的CAN综合防治策略可以提高移植肾的长期生存率，提高移植肾患者的生活质量。

预防和治疗CAN发展为终末期肾脏疾病是一个世界性的问题。预防和治疗CAN的主要措施是早期有效的药物干预细胞转导，以此抑制肾间质和动脉内膜纤维化的发生。尽管免疫抑制疗法取得了巨大的进步，通过新的免疫抑制剂杀死淋巴细胞和抑制淋巴细胞的增殖和活化实现抗排斥，但尚未有效预防抗原依赖性和非抗原依赖性因子，并且大多数免疫抑制剂的价格昂贵、对CAN缺乏疗效会引起严重的不良反应，例如骨髓抑制、肝功能损害、感染、高血压、高脂血症和高血糖症。

总之，目前尚无真正有效的CAN药物治疗方法，因此从源头上探索预防和延缓肾纤维化移植和抑制CAN发生发展的有效策略是亟待解决的问题。

5 展望

肾纤维化的移植在CAN的发生发展中起重要作用。TGFβ1-Smad/p38 MAPK信号通路在肾纤维化发展中起重要作用，因此有必要寻找有效的药物来调节TGFβ1-Smad/p38 MAPK信号，该途径已成为治疗CAN的研究目标。若能够缓解供体器官短缺的矛盾，为社会和患者节省大量的医疗资源和巨额资金，对于帮助建设和谐社会、健康中国具有重大的经济和社会意义。因此当下及将来的目标是：探索针对性强、疗效确切、不良反应少的新方法或者新药，力求做到防治并举并完善一整套在科学上可行、安全有效、易于掌握和低成本的方法并推广应用。