抗肿瘤药物所致肾小管间质性肾炎机制研究进展

潘智蕙 袁辰怡 丁晓宇 朱 斌

肾小管间质性肾炎（tubulointerstitial nephritis，TIN）是以肾间质炎性细胞浸润、水肿及纤维化和肾小管功能障碍为主要特点的临床病理综合征。由于肾小管、肾间质具有较高的代谢环境和相对低氧的微环境，故较肾脏其他部位更容易发生TIN，临床上多表现为急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）。近年来，抗肿瘤药物研发兴起，大大提高了肿瘤患者的生存期，但其肾损伤风险也不可忽视。一项来自安德森癌症研究中心的数据表明，12%的抗肿瘤治疗的住院患者出现TIN，其中约25%患者需要透析[1]。最新研究发现，免疫检查点抑制剂（immune checkpoint inhibitors，ICIs）相关肾损伤发生率约为2.2%，其中TIN 占比约92%[2-3]。抗肿瘤药物所致TIN 影响肿瘤患者疾病治疗及预后。因此，充分认识抗肿瘤药物所致TIN 的发生机制，做到个体化处理，有助于临床获益。本文就抗肿瘤药物所致TIN 的病理机制研究展开论述，为该病防治工作提供可靠的参考依据。

1 细胞毒性作用

抗肿瘤药物尤其是化疗药物能损及细胞膜、改变膜的通透性和离子传输功能，或破坏胞浆线粒体，抑制酶活性和蛋白合成，导致肾小管上皮细胞损伤。

1.1 诱导肾小管上皮细胞凋亡 氧化损伤、钙稳态失衡和线粒体损伤是肾小管上皮细胞凋亡的主要病理生理机制，与Bcl-2 基因家族、半胱氨酸蛋白酶（Caspase）家族的表达密切相关。Bcl-2 蛋白主要调控线粒体膜通透性，阻止细胞色素C 自线粒体释放到胞质，抑制Caspase 活化和细胞凋亡；而Bax 是Bcl-2 蛋白家族的一种促凋亡蛋白，在肾小管上皮细胞上广泛表达，它能与Bcl-2 蛋白形成异二聚体，对Bcl-2 蛋白产生抑阻作用，促进细胞凋亡诱导因子（AIF）生成并触发细胞程序性死亡。既往研究显示，顺铂可以促进Caspase-3 的活化及增加Bax/Bcl-2蛋白比值，诱导肾小管上皮细胞凋亡[4]。随着人们对细胞凋亡研究的不断深入，抗肿瘤药物与肾小管上皮细胞的内质网应激反应之间的联系也被发现，这可能与内质网中的细胞色素P450、钙离子稳态失衡有关[5]。此外，某些化疗药物能通过调控肿瘤坏死因子（TNF）与TNF 受体系统，上调死亡因子与死亡因子配体系统表达，促进Caspase-3 酶级联活化和核因子（nuclear factor，NF）-κB 的降解，最终导致近端小管上皮细胞应激损伤。抗肿瘤药物诱导的细胞凋亡与内源性细胞凋亡途径、外源性细胞途径及内质网应激途径有关，但不同药物的信号传导途径又有所区别。如紫杉醇主要通过调节lnc-MALAT1/微小RNA（microRNA，miR）-370-3p/高迁移率族蛋白1（high mobility group box protein-1，HMGB-1）轴来发挥肾小管损伤作用，顺铂相关肾小管损伤则与负向调节miR-192-5p/Notch3 受体、上调活性氧（reactive oxygen species，ROS）/caspase/gasdermin E（GADME）轴的表达密切相关[6-8]。值得注意的是，现已有多项试验证实了微小RNA 及其靶基因在肾组织损伤和修复中起着重要作用，微小RNA 或能成为治疗抗肿瘤药物所致肾损伤的新靶点。

1.2 肾小管上皮细胞的生理功能紊乱 一些抗肿瘤药物能抑制DNA 复制、RNA 转录和酶活性，介导一系列特定级联反应，导致肾小管上皮细胞凋亡。异环磷酰胺一方面在细胞色素P450 作用下代谢产生氯乙醛，抑制肾小管上皮细胞的DNA 复制和细胞增殖；另一方面抑制肾脏硫还氧蛋白还原酶的释放，促进氧化应激，引起肾小管上皮细胞凋亡。喜树碱是从珙桐科植物喜树中分离得到的天然生物碱，属于拓扑异构酶Ⅰ抑制剂，它能阻止扑异构酶对肾小管上皮细胞DNA 的修复，影响细胞增殖。顺铂则能干扰线粒体DNA、RNA 生成原料如蛋白质、磷脂的合成，阻碍细胞分裂。

1.3 活性氧（reactive oxygen species，ROS）增多及氧化应激 ROS 是机体氧化还原反应后产生的一类具有高反应活性的含氧物质。近来研究发现，低浓度ROS 能发挥细胞保护和增殖作用，而高浓度ROS 促进氧化应激，加速细胞凋亡[9]。细胞应激损伤使ROS含量剧增，诱导凋亡诱导因子释放并上调Caspase 的表达，导致肾小管上皮细胞死亡。有研究表明，顺铂可以提高烟酰胺腺嘌呤磷酸二核苷酸酶和烟酰胺氧化酶2 活性、下调抗氧化酶如谷胱甘肽过氧化物酶、超氧化物歧化酶活性，导致肾小管间质氧化应激损伤[10-11]。谷胱甘肽是一种抗氧化酶，丁硫氨酸亚砜亚胺、铂类药物通过抑制谷胱甘肽连接酶的合成、与谷胱甘肽残基共价结合等方式，破坏机体内抗氧化系统，发生氧化应激反应。

2 免疫应答机制

免疫应答是抗肿瘤药物导致TIN 的又一重要机制，临床上以ICIs 多见。ICIs 是一类针对程序性死亡蛋白-1（programmed death-1，PD-1）、程序性死亡蛋白配体-1（programmed death-ligand 1，PD-L1）和细胞毒性T 淋巴细胞相关抗原4（cytotoxic T lymphocyte associated antigen-4，CTLA-4）靶点的抗体，能正向调控T 细胞免疫应答，发挥强大的抗肿瘤活性。与此同时，ICIs 针对的靶点与近端肾小管上皮细胞、肾间质淋巴细胞共享表位，所以也可导致肾小管间质免疫反应。ICIs 相关TIN 机制尚未完全阐明，基于小鼠模型和ICIs 相关TIN 的特点，学者们提出多种发病机制。

2.1 免疫系统非特异性及特异性激活 ICIs 直接阻断免疫检查点与其配体结合，恢复T 淋巴细胞的活化与增殖，促进非特异性免疫细胞如单核巨噬细胞、肥大细胞浸润，进而导致肾间质炎症、纤维化。除此之外，ICIs 也能发挥特异性免疫作用，该过程与CD8+T 淋巴细胞、CD4+T 淋巴细胞的活化有关，促进肾小管氧化应激及细胞凋亡[12]。PD-1 抑制剂主要调控肾近端小管上皮细胞上的PD-L1，两者结合不仅直接诱导细胞凋亡，还抑制效应T 细胞转变成调节性T细胞（regulatory T cell，Treg），促进CD8+T 细胞表达，诱发肾小管间质免疫损伤。CTLA-4 是T 细胞活化的负性调节蛋白，在活化抗原呈递细胞及抑制CD8+T淋巴细胞、CD4+T 淋巴细胞活化上起着关键作用。抗CTLA-4 抗体与CD28 共同竞争CTLA-4 位点，促进区域淋巴结中CD4+、CD8+T 细胞活化，增强肾小管免疫反应。

2.2 肾脏对内源性抗原的耐受性丧失 免疫检查点尤其是PD-1 通路，在维持免疫系统稳态和耐受性中发挥着重要作用。生理状态下，PD-1 与PD-L1 结合后参与抑制T 细胞活化、增殖、分化及细胞因子如白介素（interleukin，IL）-10 分泌，负性调节免疫反应，提升中枢及外周对抗原的耐受性。PD-1 还能促进Treg 细胞发育并加强其对免疫系统的抑制功能[9]。抗PD-1 抗体打破机体原有免疫稳态，诱导肾脏CD4+T 淋巴细胞活化。

2.3 半抗原理论 一项对858 例患者进行的多因素Logistic 回顾研究分析了ICIs 相关AKI 发生的危险因素，结果显示质子泵抑制剂是ICIs 相关AKI 发生的高危因素[13]。一些学者提出的半抗原理论可解释这一现象：某些药物（如非甾体类抗炎药、质子泵抑制剂）经肾脏水解后与肾间质及肾小管基底膜结合，形成半抗原-蛋白复合物。正常机体对内源性抗原的具有耐受性，故不会发生肾损伤，但当抗肿瘤药物重新激活相关的特异性T 细胞时，机体释放炎症因子及趋化因子，能引起炎症反应[14-15]。

2.4 肠道微生物组群紊乱 近期一些观点认为肠道菌群能通过自身与宿主免疫系统的直接反应调节机体免疫。一项使用依普利单抗治疗非小细胞肺癌患者的临床研究结果显示，肠道菌群种类与外周血中Treg 细胞含量、CD4+/CD8+T 细胞比例有关[16]。Matson等[17]分析了肠道微生物群与转移性黑色素瘤患者的抗PD-1 疗效的关系，结果显示双歧杆菌、产气荚膜杆菌、屎肠球菌可抑制Treg 细胞数量，并能提高抗PD-1 抗体对疾病的疗效。综上，我们推测肠道菌群能通过对Treg 细胞的调控产生肾脏免疫效应，并与抗肿瘤药物的疗效相关。

3 炎症反应机制

TIN 的主要病理特征为肾间质炎症细胞浸润。浸润的单核巨噬细胞被激活后，可以触发外显体/miR-19b-3p/细胞因子信号传导抑制因子1（suppressor of cyto-kine signaling 1，SOCS2）轴、线粒体DNA/干扰素基因等信号通路，表达促炎因子如TNF-α、IL-6、IL-1 和促纤维化细胞因子如转化生长因子β（TGFβ）、碱性成纤维细胞生长因子、血小板源性生长因子（platelet-derived growth factor，PDGF）生成，最终诱导肾间质基质合成和成纤维细胞纤维化[18-21]。此外，肥大细胞能释放胰蛋白酶、糜蛋白酶，也能促进肾间质纤维化[22]。从病理生理角度看，抗肿瘤药物能通过多种途径诱导肾小管、肾间质炎性病变，与肾小管晶体堵塞、电解质紊乱、缺血易感性增加等环节有关。

3.1 肾小管晶体阻塞 大剂量甲氨蝶呤及其代谢产物7-OH-甲氨蝶呤在低流速、低pH 环境下容易析出结晶，阻塞肾小管，同时也能收缩入球小动脉，影响肾小管功能，诱导炎症级联反应。肿瘤溶解综合征（tumor lysis syndrome，TLS）是肿瘤治疗中最紧急的并发症，此时大量核酸在体内代谢成尿酸并在肾小管内析出尿酸晶体，能促进ROS 生成、激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统和抑制近端小管细胞增殖，导致氧化应激、血管收缩，最终出现肾小管、肾间质炎性损伤；此外，严重TLS 会引起肾间质内磷酸钙沉积，也能诱发梗阻性肾炎。

3.2 电解质紊乱 生理情况下，镁离子被远曲小管中的镁通道重吸收，而表皮生长因子受体（epidermal growth factor receptor，EGFR）抑制剂可降低镁通道表达，加速镁离子排泄，导致低镁血症。低镁血症作为AKI 预后不良的独立危险因素，可促进炎症，加重肾间质缺血缺氧及纤维化[23-25]。严重低镁血症可进一步引发钙磷代谢紊乱，致肾小管上皮细胞钙离子内流，通过激活磷酸酶、损害膜的通透性、破坏细胞骨架等机制导致肾小管坏死。异环磷酰胺在临床上表现为以低钙血症、低磷血症、高氯性酸中毒为主要特点的Fanconi 综合征，它与近端小管重吸收功能障碍、溶酶体蛋白降解途径受损、线粒体功能障碍有关，可诱导肾小管炎症反应、细胞凋亡等基本病理反应。

3.3 缺血易感性的增加 肾小管间质缺血容易诱发内皮细胞功能紊乱及炎症反应，导致血栓性微血管病（thrombotic microangiopathy，TMA）。v-raf 鼠类肉瘤病毒癌基因同源物B1（v-raf murine sarcoma viral oncogene homolog B1，BRAF）抑制剂能阻断细胞下游通路的信号传导，从而增加肾小管对缺血损伤的易感性，诱导炎症损伤[26]。酪氨酸激酶抑制剂如舒尼替尼，能抑制细胞上游血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）、PDGF 受体及下游有丝分裂原活化蛋白激酶通路的表达，抑制新生血管生成，不利于肾脏供血，诱导肾小管间质缺血坏死。

3.4 细胞因子释放综合征（cytokine release syndrome，CRS）CRS 是一种与嵌合抗原受体T 细胞（chimeric antigen receptor T-cell，CAR-T）免疫疗法相关的全身炎症反应，其发生率高达78.3%[27]。CART 细胞识别肿瘤细胞后激活T 细胞，释放大量炎症因子，出现以毛细血管渗漏、凝血级联反应和炎症级联反应为主要病理特征的CRS。大量炎症因子能直接刺激肾小管间质，出现小管间质炎症；另外，CRS能减少肾脏血流灌注、诱发高尿酸血症，增加肾小管堵塞、缺血风险[28-29]。

4 小 结

抗肿瘤药物为肿瘤患者带来福音，近年来新药物如ICIs 的研发大幅提升了患者的生存质量，但临床上抗肿瘤药物相关的TIN 报道却层出不穷。本文概述了多种抗肿瘤药物导致TIN 的发病机制，充分认识这些病理机制和特点，不仅能帮助临床医生采取适当措施减少肾损伤风险，还有助于发掘更有效、肾毒性更小的新型抗肿瘤药物。