常染色体显性多囊肾病的发病机制与相关治疗研究进展

★ 宋莹莹 牛玲 闫成花 万红娇 邵峰 马广强（江西中医药大学 南昌 330004）

常染色体显性多囊肾病（autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD）是一种肾囊肿呈进行性增大的遗传性疾病，临床表现为肾脏囊肿、炎症和纤维化。据估计，全球有超过600万ADPKD患者，其中一半以上将发展为终末期肾病，在60岁时需要透析或肾移植。约85%的ADPKD患者有PKD1突变，因此推测PKD1突变将比PKD2突变引起更严重的疾病。近期研究发现，GANAB基因突变也可导致ADPKD，约占全部病例的0.3%［1］。在成年人中，高血压是ADPKD患者最常见的表现之一，部分患者伴有肝囊肿、心脏缺陷、颅内动脉瘤等组织缺陷［2］。西医对多囊肾目前并无有效的治疗方法，多采取对症支持治疗，而中医治疗此病有明显效果。

1 发病机制

1.1 中医发病机制

中医古籍中并无关于“多囊肾”的记载，但结合其特点及临床表现，单纯性肾囊肿辨病应当属于中医“肾胀”“肾积”“积聚”“腰痛”“尿血”等范畴。本病为本虚标实或虚实夹杂之证，早期之虚多为肾气、肾精亏虚，气滞、湿浊相互胶结所致，病程迁延日久，由气分渐入血分。《丹溪心法·腰痛》指出：“腰痛主湿热、肾虚、瘀血、挫闪、有痰积。”［3］李梴《医学入门·脏腑条分》指出：“肾纳气收血化精而为封藏之本。”本病的主要病机以肾虚为本，素体肾气亏虚加之后天多食肥甘厚味或气血运行不畅而导致脾失健运，水湿内停，痰浊内生；气滞则血行不畅，滞而成瘀，以致痰浊瘀血互结［4］。《灵枢·胀论》云：“肾胀者，腹满引背，央央然腰髀痛。”［5］肾为先天之本，藏真阴而寓真阳，只宜固藏，不宜泄漏。所以，肾胀的证候特征以虚损为主。“胀”多因气，“满”多因水，有水湿的含义，皆因气化失常，水湿停滞。

《难经·五十五难》曰：“癥者有形可循，固定不移，痛有定处；瘕者瘕聚无形，聚散无常，痛无定处。”［6］癥瘕表现为腹部结块，有形或无形，或胀或痛，与多囊肾表现类似。成人多囊肾病类似于卵巢痞块，而卵巢痞块多属于痰证，以健脾化痰为主。多囊肾表现为双肾充满流体样液状囊肿，可从中医痰饮病辨证论治。痰饮者，积水成饮，饮凝成痰。《金匮要略》言“病痰饮者，当以温药和之”［7］，可采用温肾利水之法治疗该病。

1.2 西医发病机制

ADPKD的具体发病机制目前尚不清楚，随着研究的深入，出现多种假说来解释囊肿的发生发展过程。在众多假说中以“二次打击”学说、终止信号假说、纤毛致病学说、螺旋区-螺旋区相互作用假说的认可度较高。“二次打击”学说认为，PKD1或PKD2的生殖突变导致一个等位基因的丢失，体细胞第二次打击导致另一个正常等位基因的丢失。然后，一个或多个其他的步骤导致“第三次打击”，这可能包括肾毒性损伤和（或）缺血。第三次打击导致肾小管细胞增殖，并引起小扩张，随后形成各种大小的液状流体样囊肿［8］。此外，多种机制也可引起ADPKD疾病的进展和囊肿发生，包括体细胞突变、生殖突变、修饰基因、细胞增殖和凋亡、平面细胞极性缺陷、细胞外基质异常、液体分泌、炎症和环境因素［9］。由于mito小鼠发生近端和远端小管扩张并死于肾功能衰竭，大量的mtDNA缺失和相关的OXPHOS减少可能在ADPKD中发挥致病作用。此外，线粒体生物发生和线粒体吞噬直接受nuclear DNA（nDNA）的调控。实验证据表明，线粒体转录因子的缺失可导致囊性肾脏疾病的分子特征［10］。最近，在肾祖细胞中敲除TFAM导致了囊性肾脏疾病的分子特征，表明影响线粒体结构和功能的突变可能独立地启动和加速ADPKD的发病机制。

1.2.1 囊肿形成机制ADPKD的典型表现为双肾体积增大并伴有液状流体样囊肿。随着PKD1或PKD2的破坏，ADPKD的主要致病基因、细胞内钙稳态和cAMP积累被破坏，进而导致调节细胞增殖的信号通路发生改变。这些失调最终刺激了异常增殖的肾小管细胞产生充满液体的囊肿［11］。囊肿的发育主要涉及两个过程：细胞异常增殖和囊腔内液体积聚。ADPKD中突变的PKD1或PKD2基因所编码的异常多囊蛋白复合物降低了细胞内Ca2+水平，致使细胞内环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）水平升高，从而激活B-Raf/MEK/ERK，哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR），以 及Wnt/β-catenin等信号通路，引起细胞异常增殖［10-11］。

在ADPKD患者和动物模型中，许多不同的信号通路与囊肿的形成相关，包括Ca2+、cAMP、Wnt/β-catenin、STAT1和STAT3、ERK和mTOR、TNF-α和MIF、Sirtuin1和Smyd2等由囊肿上皮细胞产生的细胞外囊泡和外泌体，促进常染色体显性多囊肾囊肿生长。在具有侵袭性和较温和的ADPKD小鼠模型中，GW4869抑制外泌体的生物发生/释放可显著延缓囊肿的生长，这表明靶向外泌体的分泌对ADPKD具有治疗潜力［12］。Twick是一个TNF超家族（TNF-α）细胞因子，调节炎症反应、细胞增殖和细胞死亡，其受体FN14（TNFRSF12A）在巨噬细胞和肾单位上皮中表达。研究者还观察到，Twick在小鼠ADPKD肾囊肿中过度表达，且在ADPKD患者的尿液和囊性液中显著增高［13］。调整给药诱导了囊肿的发生和囊性生长的增加，恶化了小鼠ADPKD模型的表型。抗Twick抗体显著减缓了ADPKD的进展，保留了肾功能，提高了生存率。此外，抗Twick细胞的减少与细胞增殖相关MAPK信号通路的减少、NF-κB通路激活的减少、细胞纤维化和凋亡的轻微减少以及巨噬细胞募集的间接减少有关。雄性小鼠更严重的囊性表型可能是由细胞增殖增强引起的，可能是由于基础和ATP诱导的细胞内Ca2+水平增强，导致TMEM16A电流增强。

喹霉素A是一种双插入剂肽，先前已被证明可以靶向Notch信号通路并抑制癌症中的肿瘤生长；研究者发现喹霉素A降低了在三维胶原蛋白中培养的人ADPKD囊肿上皮细胞的增殖和囊肿生长［14］。喹霉素A处理缩短了PKD的纤毛长度，除了靶向Notch通路外，喹霉素A已被证明可以靶向HIF-1α。HIF-1α在囊性上皮细胞中表达增加，并通过激活液体分泌与囊肿生长增加有关。综上所述，我们发现喹霉素A通过减少细胞增殖和纤维化，诱导囊肿上皮细胞凋亡，减少Notch信号通路，减少纤毛长度，并减缓ADPKD囊肿进展。

SIRT1在胚胎和产后突变的小鼠肾上皮细胞和组织中通过c-MYC上调，并可由囊肿发育过程中存在于囊液中的TNF-α诱导［15］。SIRT1组蛋白去乙酰化酶(HDAC)和烟酰胺（Vitamin B3）通过Rb和p53的去乙酰化作用调节肾囊肿上皮细胞的增殖和凋亡，延缓Pkd1敲除小鼠模型囊肿的生长。这表明表观遗传调节因子可以介导非组蛋白底物的修饰以机械调节囊肿的形成［16］。在Pc1减少和增加的小鼠模型中，c-Myc基因消融可显著减弱囊肿生长、增殖和PKD的进展。Mettl3是催化丰富的N6-甲基腺苷酸（m6A）RNA修饰的甲基转移酶。实验表明在小鼠和人ADPKD样品中Mettl3和m6A水平升高，肾脏特异性转基因Mettl3表达产生管状囊肿。相反，Mettl3缺失在3个ADPKD小鼠模型中减缓囊肿生长。Mettl3通过增强c-Myc和Avpr2 mRNA的m6A修饰和翻译，激活促囊肿c-Myc和cAMP通路［17］。多囊肾的主要表现为肾脏囊肿，因此，研究囊肿的发生机制对治疗多囊肾具有至关重要的作用。目前有多种机制可延缓囊肿生长，可据此应用于临床，减轻ADPKD病人临床症状，使进入终末期肾病的时间延长。

1.2.2 生长因子与信号通路研究表明，许多生长因子参与了囊肿的发生和发展，其中表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）作用突出，它与EGF受体一起，以及EGF家族的其他成员，如转化生长因子-α（transforming growth factor alpha，TGF-α）、肝素结合EGT和双向调节蛋白在细胞调控中起重要作用［18］。TGF-β的上调与疾病进展过程中囊肿的扩张有关，但其相关性较小［19］。其他生长因子，如肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）、胰岛素样生长因子1（insulin-like growth factor1，IGF-1）以及HGF和IGF-1的酪氨酸激酶受体也与ADPKD的囊肿形成有关。信号转导和转录激活因子3（signal transducer and activator of transcription，STAT3）对环状单磷酸腺苷（cAMP）的反应，STAT3在囊性肾脏的原发性炎症状态的发展和主要维持过程中起着关键作用［20］。近年来的研究表明，PKD是由原发性纤毛异常引起的，可认为PKD是肾脏的纤毛病变，初级纤毛缺陷与PKD的发生有一定的关系。mTOR信号的不适当激活是PKD的共同特征，是由包括PKD1和IFT88在内的纤毛基因失活引起的，表明纤毛功能缺陷与mTOR信号异常有关［21］。在ADPKD患者和动物模型中，许多不同的信号通路与囊肿的形成相关，包括Ca2+、cAMP、Wnt/β-catenin、STAT1和STAT3、ERK和mTOR等。近年来，Hippo信号通路在ADPKD囊肿形成中的作用已经出现。先前的一项研究表明，YAP1及其转录靶点c-MYC介导了pkd1缺陷小鼠的囊性肾脏发病机制，RhoA-YAP-c-MYC轴被认为参与了ADPKD的发病机制［22］。在我们的临床前研究中，两种PPAR-c激动剂吡格列酮和罗格列酮减弱了PCK大鼠的囊肿生长，这是一种进展缓慢的PKD模型。在众多参与发病机制的细胞内信号通路中，cAMP的增加似乎是通过刺激细胞增殖和液体分泌的增加来发挥关键作用。

1.2.3 细胞增殖与凋亡ADPKD患者肾脏囊肿扩张是本病最显著的特征，肾脏周围囊肿的管状上皮细胞增殖并驱动其扩大。因此，抑制细胞增殖是缓解ADPKD症状的重要靶点［23-24］。细胞内cAMP的积累刺激了cAMP依赖的B-Raf/MEK/ERK信号通路，这是细胞增殖的关键调节因子之一［25］。过度激活的ERK 还通过抑制TSC1/2，从而影响 mTOR信号通路的上调，这是另一个调节细胞增殖的代表性途径［26］。Ca2+激活的Cl-通道 TMEM16A 在 ADPKD中具有核心作用［27］。TMEM16A的表达和功能在 ADPKD 中上调，导致细胞内Ca2+信号传导、细胞增殖和离子分泌增强。聚胱氨酸，PKD1或PKD2编码的一种跨膜蛋白，通过非选择性的阳离子通道，将钙离子运输到细胞中。PKD基因破坏细胞内钙离子平衡并导致异常增殖的肾小管细胞产生大量充满液体的囊肿。它还伴有囊肿内膜细胞周围的间质性炎症和纤维化，最终达到终末期肾病（ESRD）。

1.2.4 炎症和纤维化炎症和纤维化不被认为是ADPKD的主要原因，但一些与炎症和（或）纤维化相关的细胞和分子可以影响肾功能和ADPKD的进展。例如，巨噬细胞、单核细胞趋化蛋白1（MCP1）、趋化因子［如肿瘤坏死因子（TNF-α）、白细胞介素-1（IL-1）］和转化生长因子（TGF-β）等可促进疾病进展M1样巨噬细胞产生TNF-α，从而促进炎症；M2样巨噬细胞刺激肾小管细胞增殖和纤维化形成，从而在组织修复中发挥作用。在正常或 PKD条件下，肾上皮细胞促进幼稚巨噬细胞向M2样巨噬细胞分化。巨噬细胞迁移抑制因子（macrophage migration inhibitory factor，MIF）在小鼠和人ADPKD中上调［28］。多囊蛋白-1缺乏的小鼠肾脏和 ADPKD 患者的囊液中MIF的生成增加。MIF通过细胞外信号调节激酶（ERK）哺乳动物雷帕霉素靶点（mTOR）、Rb/E2F信号通路等调节各种细胞增殖途径，以及通过p53依赖的信号转导葡萄糖摄取、TP 生成和凋亡［29］。

1.2.5 纤毛病变和多囊肾纤毛被观察到有两种形式，即运动的和不活动的，在真核生物中是保守的。长期以来，许多研究都集中在纤毛的运动性上，因为科学家认为不活动的纤毛（现在通常被称为初级纤毛）在进化中退化。初级纤毛在大多数哺乳动物细胞中调节各种信号通路，初级纤毛能够感知物理和生化信号。初级纤毛是一种以微管为基础的细胞器，被认为是一种细胞触角，因此与多种信号通路有关的蛋白，如Wnt、血小板源性生长因子受体α、hedgehog信号和机械信号传导都定位在初级纤毛的膜上。初级纤毛的机械反应在肾脏生物学中非常明确。典型的机械应力包括接触、压力、流动和振动，其检测统称为机械反应。在由具有初级纤毛的肾上皮细胞组成的肾小管中，对包括尿流在内的物理现象的机械反应通过肾小管的管腔发生。当液体流经肾小管管腔时，肾上皮细胞的初级纤毛弯曲，导致机械反应开始。近年来的研究表明，纤毛蛋白 ［包括多囊蛋白1（PC1）、多囊蛋白2（PC2）］和纤毛内转运蛋白（intraflagellar transport，IFT）家族成员的破坏可导致多囊肾病（PKD）的发生，提示原发纤毛的畸形或缺失是 PKD 发病的驱动力［30-31］。

肾上皮细胞原发性纤毛膜上的多囊蛋白1（PC1）可识别管腔流动对初级纤毛的破坏。PC1 作为管腔流动的机械感蛋白，将来自细胞外环境的机械应力传递给多囊蛋白2（PC2），PC2蛋白定位于肾脏初级纤毛，与PC1结合形成一种蛋白复合物，起钙通道的作用［32］。活化的PC2蛋白诱导最小的钙离子内流，导致大量的细胞内钙释放（Ca2+release activated Ca2+，CRCR）。细胞质中钙含量的增加调节了各种与增殖和发育相关的信号通路。

近年来的研究表明，PKD是由原发性纤毛异常引起的，可认为PKD是肾脏的纤毛病变。一些研究表明，初级纤毛缺陷与PKD的发生有一定的关系［33］。据报道，PKD1和PKD2基因在PKD中发生突变，由这两个基因编码的蛋白质定位在肾纤毛的膜上，形成钙通道，对包括通过肾小管的管腔流动在内的机械应力作出反应。虽然这两个基因的突变并不影响原发纤毛的发生，在PKD1突变细胞中观察到不能增加钙离子通道以应对剪切应力，这表明多囊蛋白缺陷与肾纤毛功能障碍有关。据报道，与纤毛发生相关的基因包括IFT20、IFT88和NIMA（从未出现在有丝分裂A中相关激酶，never in mitosis gene a-related kinase 1，NIMA）相关的激酶8 （丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，NEK8）失活导致小鼠出现严重的PKD表型［34-35］。肾脏原发纤毛在多囊肾中具有重要作用，因为纤毛病变和致病基因有关。

1.2.6 表观遗传变化和microRNA基因表达和蛋白质功能的表观遗传调节可能在ADPKD发病机制中发挥作用。赖氨酸甲基转移酶（SMYD2）在来自 Pkd1 基因敲除小鼠以及 ADPKD 患者的肾上皮细胞和组织中上调。SMYD2 缺陷延迟了Pkd1突变小鼠出生后肾脏中肾囊肿的生长。SMYD2 通过甲基化和激活STAT3和NF-κB的p65 亚基发挥其功能，导致囊性肾上皮细胞增殖和凋亡增加［36-37］。

microRNA是一种由大约20～30个核苷酸序列组成的RNA分子，在细胞内可调节基因的表达。miR-17 miRNAs家族在人和小鼠ADPKD行程中表达上调，并且抑制删除miR-17 基因小鼠PKD模型囊肿的生长［38］。miR-17家族中miR-17～92对胚胎的发展至关重要且是常见的致癌基因。Germline 敲除miR-17～92引起围产期死亡，骨头、心脏、肺脏和B细胞成熟缺陷，而删除miR-106a～363或 miR-106b～25 基因簇不产生明显改变［39］。在肾脏中，miR-17～92基因删除影响小鼠肾单位祖细胞的生成［40］。因此，miR-17 基因家族是一种治疗ADPKD的有前景的治疗措施。miR-21通过抑制囊肿上皮细胞凋亡来加重囊肿生长。其他研究发现，miR-192/194抑制囊肿上皮去分化［41］。

MiR-214及其宿主长非编码RNADnm3os在同源ADPKD小鼠模型和ADPKD人类囊性肾脏中表达上调。原位杂交结果显示，囊肿微环境中的间质细胞是miR-214的主要来源［42］。虽然miR-214的基因缺失并不影响肾脏的发育或稳态，但令人惊讶的是，其在Pkd2和Pkd1突变小鼠中的抑制加重了囊肿的生长。在机制上，促炎TLR4/IFN-γ/STAT1通路转激活miR-214宿主基因。miR-214进而作为一个负反馈回路，直接抑制Tlr4。因此，miR-214缺失与Tlr4表达增加和周细胞巨噬细胞积累增强相关。因此，miR-214的上调是抑制囊肿微环境中的一种代偿性保护反应。表观遗传调控是近年来的一个研究热点，多囊肾是一种遗传性疾病，表观遗传的方法为突破该疾病提供了一种可行的思路。

2 ADPKD的治疗

2.1 中医治疗

中医无多囊肾病名，根据其症状可遵循肾胀、肾积等辨证论治。肾胀病乃营卫失调，寒气与逆气相合，入脏入腑。肾胀者，肾气不得宣，气滞发为胀，水湿停滞发为满，针灸治疗多采取泻法，但本病以脏腑虚损为主，气滞、水湿停滞为标，故治疗取肾俞、太溪、足三里补益肝肾，针刺足三里逆其经脉而行，用泄法。肾胀，寒邪内侵，肾阳失于温煦，治疗当以温肾驱寒为主，汤药当如温经汤、肾气丸之辈［4］。扶正祛邪、补虚泻实、调和阴阳，温肾散寒、行气利水祛湿。

多囊肾初期多为气滞、水湿停滞，久病从气分进入血分，气滞血行不畅，水湿、瘀血相互胶结于肝、脾、肾等脏，发为囊肿，可从中医积聚论治。多囊肾病位在肾，则为肾积。《医宗必读·积聚》：“积之成也，正气不足，而后邪气居之。初中末之三法不可不讲也。初者，病邪初起，正气尚强，邪气尚浅，则任受攻；中者，受病渐久，邪气较深，正气较弱，任受且攻且补；末者，病魔经久，邪气侵凌，正气消残，则任受补。盖积之为义，日积月累，非伊朝夕，所以去之亦当有渐，太亟伤正气，正气伤则不能运化也，而邪反固矣。”［6］故多囊肾可分为初、中、末三个阶段辨证论治，初期症状尚轻，治宜行气、利水、化湿；中期虚实夹杂，湿凝成痰，则健脾化痰；末期正气亏虚，脏腑虚损，当以温补肝肾为主。

2.2 西医治疗

目前除已经上市的托伐普坦外，尚无其他特效药品［1］。mTOR信号通路的激活是ADPKD 的另一特征性改变，因此mTOR抑制剂雷帕霉素被广泛研究，并在 ADPKD小鼠动物模型中取得了治疗效果［43］，但在ADPKD 患者的临床试验中，雷帕霉素及其衍生物的治疗结果却不太成功。生长抑素激动剂奥曲肽被证明在一小部分 ADPKD 患者中有效地减缓了肝和肾囊性疾病的进展［44］和PCK大鼠模型奥曲肽激活肾脏中表达的生长抑素 SSTR2受体，显著降低细胞内cAMP水平，从而减缓囊肿生长和疾病进展［45］。

DNMT抑制剂如5-硫唑嘌呤-2′-脱氧胞苷和Zebularine的应用可显著延缓嵌入胶原基质中的MDCK细胞的囊肿生长，并伴随基因表达水平的恢复，这表明通过药物治疗降低DNA甲基化水平可以导致与囊肿形成相关的关键基因集的重新表达。然而，靶向DNMT（DNA methyltransferase，DNMT）是有问题的，因为它会随机引起整个基因组甲基化的普遍降低，但不针对特定基因的活化。然而，DNA甲基化代表了基因启动子沉默的表观遗传机制，这种机制与多种疾病有关。在小鼠肿瘤模型中，DNMT抑制剂已被证明可以减弱肿瘤的发生。

3 展望

综上所述，多囊肾是一种复杂的遗传性疾病，发病机制尚不清晰。西医多采用药物延缓囊肿进展、抑制细胞增殖，控制炎症和纤维化来延缓疾病进程。中医认为本病为本虚标实之证，肾精、肾气亏虚，气滞、水湿、瘀血相互胶结发为此病。根据患者临床表现辨证论治，可有效减轻症状，提高肾功能。