线粒体功能障碍在急性肾损伤向慢性肾脏疾病转变中的作用

张 欣，廖晓辉

(重庆医科大学附属第二医院 肾内科，重庆 400010)

急性肾损伤(acute kidney injury, AKI)是一种以突发肾小球滤过率下降为特征的一种临床综合征，广泛出现于肾缺血再灌注、脓毒血症、联合使用肾毒性药物、使用造影剂和血压过低等诸多危险因素后，其特征包括发病率高、病死率高，病因多样、临床缺乏有效的治疗手段等。AKI是导致慢性肾脏病(chronic kidney disease, CKD)的主要风险之一。传统观点认为，AKI发生后，如患者的肾功能指标恢复正常，即可以终止治疗。而现在越来越多的观点倾向于认为发生AKI的严重程度、频率、持续时间，同时包括年龄、共病等临床因素，与CKD发生的概率有一定的相关性，即使是最轻程度的AKI，也会导致患者后期CKD的发病概率升高[1]。然而，对于AKI患者，尤其是肾功能短期内可恢复正常的患者，其监测及治疗策略尚无共识，因此积极研究AKI向CKD转换的机制并从中得到临床监测及用药的启发是十分有意义的。

AKI的病理特征是肾小管上皮细胞的损伤和死亡。在多数情况下，一部分肾小管上皮细胞受到了损伤，剩下存活的肾小管上皮细胞可进行去分化和增殖，逐渐代替受损的肾小管上皮细胞，从而恢复肾小管的完整性；在一些情况下，肾小管上皮细胞的修复可能不完全，这通常会导致以纤维化为特征的慢性肾病。本文将对AKI向CKD转化的机制，特别是线粒体功能障碍相关机制作一综述。

1 AKI后发生的CKD相关流行病学

AKI的住院总患病率的估计值在1%～66%[2]。从世界范围内的 300多个ICU 67 033例患者的临床资料中，得出ICU中AKI的总发病率为2.5%～92.2%[3]。所有AKI患者中约5%的患者需要肾脏代替治疗[2]。

AKI后肾功能完全恢复正常的患者之后发生CKD的概率要明显高于其他未发生过AKI的人群。在一个包含3 000余病例的多中心队列研究中，对发生过AKI的患者的肾脏结局予以6至75个月的随访显示，AKI后CKD和终末期肾病(end stage renal disease, ESRD)的发病率分别为25.8%和8.6%，远高于未发生AKI的患者[4]。另有1项随访中位时间2.9年的临床研究显示AKI后CKD的发生率为17.8%[5]。因此，在临床工作中，应该对AKI的治疗及后续的随访工作更为重视。

2 AKI向CKD转换的机制

AKI向CKD转换的细胞和分子基础非常复杂，涉及多种机制，包括细胞周期阻滞、肾小管的修复失调、间质炎性反应及炎性细胞浸润、肌成纤维细胞募集和基质沉积直接导致的纤维化、自噬和衰老、血流动力学异常、内质网应激、补体的异常激活等[1,6-9]。单侧缺血再灌注和反复小剂量顺铂干预两种AKI-CKD模型中均证实T细胞、B细胞等炎性细胞大量浸润慢性炎性反应的存在会导致肾功能不全和随后的纤维化产生[10]。氯沙坦钾可大大降低缺血再灌注AKI小鼠功能恢复后CKD的发生率和死亡率，证明了肾素-血管紧张素系统的过度激活导致的血流动力学异常对AKI-CKD转换的推动作用，这一结论目前已在临床研究中得到了初步验证[11]。E3-泛素连接酶鼠双微粒体2(murine double minute 2，MDM2)在顺铂暴露的AKI-CKD模型中，从细胞核穿梭至细胞膜导致了p53升高、细胞周期G2/M阻滞，进而参与了AKI后CKD的发生[12]。

3 线粒体功能障碍在AKI向CKD转变中起到了重要作用

肾脏是全身线粒体密度最高的器官，肾脏约耗人体10%的总氧，而质量仅占体质量的0.5%左右，可以说线粒体作为细胞有氧呼吸、能量供应及代谢的中心，其功能对肾脏健康有至关重要的作用。

长期观察缺血再灌注损伤大鼠模型，其部分近端肾小管上皮细胞不能再通过分化恢复正常功能，而是增殖停滞、萎缩，萎缩的肾小管在病理学上表现出促生长肽产生的增加、间质成纤维细胞的增殖和愈加明显的纤维化。对萎缩的肾小管进行观察、检测，其细胞内的线粒体数目明显减少、嵴丢失、自噬溶酶体变大、质量持续丧失，同时大鼠肾脏组织中氧化剂敏感线粒体蛋白MPV17L大规模丢失，缺氧标志物的表达升高及乳酸、丙酮酸等糖酵解产物的含量也增加，提示了AKI后线粒体耗竭导致了代谢的不可逆转性，从而促进了早期纤维化的产生[13]。

3.1 AKI后线粒体损伤导致的氧化应激反应促进了CKD的发生

肾脏近端小管细胞是仅依赖于有氧代谢的高代谢细胞，其能量供应主要来源于大量线粒体中的脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，FAO)，在不同类型的AKI中FAO关键酶和调节因子的表达降低，导致氧化应激的发生，表现为近端肾小管细胞脂质积聚、ATP耗竭，最终导致肾脏的纤维化[14]。磷酸吡哆醛、褪黑激素及茯苓酸A可降低细胞的氧化应激反应，均能使缺血再灌注AKI动物模型的远期肾功能明显恢复，同时能显著降低肾脏纤维化水平[15-16]。

3.2 AKI后线粒体损伤通过直接介导炎性反应促进了CKD的发生

线粒体功能障碍可以启动调控内含核苷酸结合域、富含亮氨酸重复序列家族、嘧啶域的NLRP3[NOD(nucleotide binding oligomerization domain)-like receptors(NLRP3)]炎性小体，直接导致炎性反应发生[17]。除此之外，AKI受损的线粒体释放如活性氧、DNA和心磷脂等危险因子，这些分子可导致NLRP3炎性反应活化和白细胞介素-18(interleukin-18，IL-18)、白细胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)的上调；这些炎性因子表达的持续增加，在缺血后1个月才开始出现，仅予以有丝分裂保护剂(SS-31；依拉米普利)治疗，所有炎性反应标志物的表达水平均有改善[13]。线粒体DNA与内质网膜分子可产生相互作用，也称为细胞器串扰，也可直接触发AKI肾小管炎性反应的进展，作为一种新的炎性途径促进CKD的进展[18]。

3.3 AKI后线粒体损伤通过介导细胞凋亡促进CKD的发生

在缺血再灌注小鼠模型中观察到了线粒体通透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)的开放和随后的细胞死亡，亲环素D(CypD)是mPTP的重要组成部分，p53-CypD复合物与细胞死亡有关，通过进一步的体外实验，验证了p53-CypD复合物通过mPTP开放介导肾小管细胞凋亡的假说[19]。

4 临床研究方向

目前尚无达成共识的临床药物用于治疗或预防AKI向CKD的转化。有观点表明在AKI急性期后使用RAAS受体阻滞剂可以预防远期CKD的进展，但目前尚需要更多的临床证据支持这一观点[11]。针对上皮间质转化-miRNA(EMT-miRNA)对AKI向CKD的推动作用，miR-101a-3p (或其模拟物)的过表达可以减轻肾组织损伤的程度[20]。人脂肪源性间充质干细胞(human adipose-derived mesenchymal stem cells，hADMSCs)在缺血再灌注小鼠模型中证实有预防AKI-CKD转变的切实效果[21]。牛磺去氧胆酸(tauroursodeoxycholic acid，TUDCA)和4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid，4-PBA)的可抑制缺血后肾脏的内质网应激，从而阻止AKI小鼠向CKD进展[7]。生长因子，如表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)、胰岛素样生长因子(epidermal growth factor,IGF)和转化生长因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)等近期也被作为治疗AKI和AKI-CKD转变的治疗靶点[22]。

在抑制线粒体功能障碍方面，除了上文提到氧化应激抑制剂磷酸吡哆醛、褪黑激素、茯苓酸A等，N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-cysteine,NAC)等，鱼藤酮也可以通过直接保护线粒体，有效阻止AKI向CKD的进展[23-24]。CypD抑制剂环孢霉素A或siRNA可通过抑制ATP耗竭的HK-2细胞中mPTP的开放，阻止线粒体膜去极化和减少凋亡,从而达到肾脏保护作用[19]。

5 问题与展望

由于AKI病因的多发性和机制的复杂性，目前对于AKI的治疗仍缺乏突破性进展，尤其是距离大范围的临床应用仍有一段距离，包括本院课题组对肝再生增强因子可通过调节线粒体动力学、促进线粒体生物发生减轻肾小管细胞急性期的损伤。

在近年越来越认识到AKI后CKD的发生，应该将AKI治疗药物效果的随访时间延长，以远期肾脏情况的预后而不是一时的检验学结果来评估AKI的治疗效果。因此，需要进一步研究AKI向CKD进展的机制，特别是线粒体相关机制，为临床减少AKI后CKD、ESRD的发生，提供更多潜在治疗靶点。

短篇综述