信號通路在腎纖維化發生機制中作用的研究進展

敬雪明，張詩琬，喻雪琴，陳芳，梅怡晗

1 川北醫學院附屬醫院，四川南充637000；2 首都醫科大學附屬北京朝陽醫院

腎纖維化(RIF)是單一或多因素長期或反復致腎損傷后的一種病理結果，其主要病理特征是細胞外基質(ECM)過度沉積，本質是受損后的腎組織纖維化[1]。RIF的發生發展涉及多致病因素、多信號通路的單一或共同作用，對與RIF相關信號通路的作用機制進行探索，有助于對RIF發生機制的了解，并為其診斷治療提供理論依據。現對與RIF發生發展相關的部分信號通路的作用機制綜述如下。

1 TGF-β/Smad信號通路在RIF發生中的作用

1.1 TGF-β/Smad信號通路對RIF發生的直接影響 在受到炎癥、缺血、缺氧等致病因素作用后，腎臟可誘導靶細胞產生TGF-β，而TGF-β可刺激成纖維細胞、上皮間充質轉化(EMT)等形成并促進ECM合成。在RIF形成過程中，TGF-β作為TGF-β/Smad信號通路誘導和調控ECM形成的啟動因子，其中TGF-β1、TGF-β2和 TGF-β3為TGF-β的3種亞型，都是通過旁分泌或自分泌模式到達相應的靶細胞而發揮其作用。這3種亞型在體外功能相似，體內生物學作用差異明顯。TGF-β1主要存在于腎組織內，TGF-β主要是通過TGF-β1與TβRⅠ受體結合，活化受體胞內絲氨酸/蘇氨酸激酶蛋白并將生物信息傳遞致細胞內，致胞內-核信息分子Smad2、3磷酸化并活化[2,3]；活化的Smad2/3與Smad4結合為三聚體進入胞核內，誘導并促進整合素連接激酶(ILK)、基質金屬蛋白激酶2(MMP-2)和α肌動蛋白(α-SMA)水平高表達來發揮促RIF作用[4]。有實驗研究結果顯示[5]，上皮細胞標志物E-鈣黏蛋白在TGF-β1作用下其水平下調明顯，這可能與TGF-β/Smad信號通路誘導和促進了EMT發生相關。研究發現，Sorafenib具有明顯的抗RIF作用，其抗RIF作用主要通過TGF-β/Smad信號通路來實現，表現為α-SMA水平低表達、E-鈣黏蛋白高表達；并發現Sorafenib能對Smad3磷酸化發揮直接的抑制作用，從而發揮對ECM形成的抑制作用，進而發揮其抗RIF作用[6]。

1.2 TGF-β/Smad信號通路對RIF相關信號通路或細胞因子水平的調節

1.2.1 對骨成型蛋白7(BMP-7)/Smad信號通路的影響 BMP-7為TGF-β家族成員之一，在健康成人腎組織和循環血中高表達。在機體處于炎癥、缺血、缺氧等狀態時，腎病患者循環血中BMP-7低水平表達；在機體處于炎癥、缺血、缺氧等狀態后的修復期時，其循環血中BMP-7水平逐漸恢復至健康人群水平。在通過對大鼠單側輸尿管結扎(UUO)后的研究發現，BMP-7能通過降低TGF-β1介導的促RIF能力而發揮抗RIF作用[7]。這與BMP-7與BMPRⅠ、BMPRⅡ受體結合后的Smad1/5/8磷酸化，阻斷其與Smad2/3 Smad4結合或活化的Smad1與Smad4結合而發揮對miR-29/200水平調節相關，顯示BMP-7/Smad通過對TGF-β/Smad信號通路調節發揮了抑制ECM形成的抗RIF作用[8]。

1.2.2 對結締組織生長因子(CTGF)水平的調節 研究發現，CTGF為TGF-β/Smad信號通路介導RIF發生的一個下游多肽分子，具有促進成纖維細胞增生、ECM形成的功能。研究發現，TGF-β的TGF-β1亞型是通過TGF-β1/Smad信號通路促進下游分子CTGF高表達后導致ECM形成與RIF發生的，同時調節CTGF水平表達能起到調控RIF的作用[9]。實驗研究顯示，TGF-β1主要通過其下游分子CTGF介導來發揮其促RIF作用，同時CTGF又對TGF-β1水平起調控作用[10]。在體外培養的人結膜成纖維細胞中，于培養液中加入TGF-β1，CTGF及ECM中的Ⅰ型膠原蛋白、纖連蛋白等表達水平降低，顯示CTGF對TGF-β1功能發揮了調節作用。

TGF-β與CTGF間的互調主要通過對其轉錄水平的調節來完成，CTGF可能與TGF-β及Smad蛋白的激活相關，TGF-β對CTGF活化發揮正向調節作用；活化的Smad3對TGF-β1促進CTGF蛋白合成發揮調節作用，并且CTGF也可與TGF-β1直接結合以增強其與相應受體的結合能力來對TGF-β1/Smad信號通路進行活化。這表明CTGF可通過TGF-β/Smad信號通路來促進RIF的發生，CTGF是TGF-β誘導Smad1細胞外信號調控激酶磷酸化所必需的信號分子。

2 Notch信號通路在RIF發生中的作用

Notch因喪失某些功能突變在果蠅的翅膀周緣造成“缺刻”而命名[11]，現已分離出4種同源型Notch基因；Notch-1、2、3多表達于腎等器官中，Notch-4僅表達于巨噬系統及上皮細胞膜上。其中Notch-1和Notch-2的磷酸化位點具有鏈接其他信號通路的作用[12]，發揮著細胞間信號傳導和對細胞增殖、活化、轉化與凋亡的調節作用[11]。Notch信號通路表達異常與高血壓腎病、糖尿病腎病等腎臟疾病的發生相關，并與RIF的發生關系密切，

2.1 Notch-1與RIF Notch-1在高血壓及糖尿病腎病等患者的腎組織及循環血中高表達，足細胞膜中Notch-1高表達并與蛋白尿水平及腎小球纖維化程度呈正相關。在慢性腎病患者中，Notch-1高表達可導致腎間質纖維化發生和加重。研究發現[13]，下調或阻斷糖尿病腎病小鼠Notch-1表達，可使其蛋白尿水平下調或消失，從而改善腎小球系膜細胞增生并延遲或阻斷RIF的發生；同時，在TGF-β誘導后的足細胞轉分化過程中，阻斷Notch-1可下調小鼠足細胞標志物nephrin-1和nephrin-2蛋白的丟失程度。研究顯示，高表達Notch-1后，可促進TGF-β/Smad信號通路誘導糖尿病大鼠腎小球中的血管內皮生長因子高表達，抑制足細胞及nephrin-1和nephrin-2蛋白的表達，促進了ECM合成與RIF的發生[14]。有研究表明，上調胞內Notch-1水平后，可通過活化的p53來促進足細胞凋亡，進而導致大鼠蛋白尿形成及RIF發生[15]。有學者研究發現[16]，激活的Notch-1可通過其他信號分子與信號通路來增強足細胞膜表面胞飲蛋白水平和能力，以強化nephrin蛋白的胞吞作用，進而導致足細胞間裂孔隔膜受損、ECM過度發生與沉積，從而促進RIF發生。

2.2 Notch-2與RIF 研究發現，在阿霉素誘導建立的小鼠足細胞損傷模型中，以Notch-2干預小鼠7、14、21 d后，其蛋白尿、RIF程度、足細胞凋亡數量均顯著下調，顯示Notch-2具有抗RIF作用[17]。在糖尿病小鼠模型中，Notch-1高表達可誘導或加重小鼠蛋白尿形成而導致RIF發生；在高表達Notch-2小鼠模型中，其腎小球表型發生明顯變化，其中Notch-2發揮的抗RIF作用可能與TGF-β受抑制相關。在RIF的EMT形成過程中，腎固有細胞活化致TGF-β、PDGF、CTGF等高表達而導致RIF發生，并使α-SMA在間質中過度沉積，上皮細胞的標志蛋白E-鈣黏蛋白低表達。體外實驗顯示，Notch-2表達水平與抑制TGF-β誘導成纖維細胞轉化呈正相關，與α-SMA水平呈負相關，其抗RIF作用可能與上調PTEN來增強蛋白激酶B(AKT)羧基端的磷酸化程度而促進AKT信號通路活化有關[18]；另外，Notch-2可通過調節Bcl-xL/Bcl-2基因磷酸化、TLR-4對RIF的發生影響Bcl-2基因磷酸化，使凋亡蛋白失活，參與對細胞存活及抗凋亡的調節過程，從而發揮抗RIF作用。

3 Toll樣受體4(TLR4)信號通路在RIF發生中的作用

3.1 TLR4信號通路對RIF發生的直接影響 在各種致病因子介導下，腎實質細胞表面的TLR4與病原相關分子結合形成復合體而被活化，通過依賴Myd88信號通路并活化下游NF-κB通路介導促炎因子基因轉錄，炎癥介質高水平表達，從而誘導和促進RIF。

3.2 TLR4信號通路對RIF發生的間接影響

3.2.1 TLR4信號通路對RIF相關細胞因子水平的調節 TLR4信號通路激活后可活化下游NF-κB信號通路介導，并促進IL-1β、TNF-α、IL-6等炎癥因子及趨化因子如單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)高表達，這可能是導致RIF發生的主要機制之一。其中，IL-1β高表達可能是誘導和促進RIF發生的關鍵因子。IL-1β可活化TGF-β/Smad信號通路，TGF-β水平高表達與系膜細胞、肌成纖維細胞等表面受體結合促進ECM形成；同時，IL-1β可誘導和促進PI3K/AKT信號通路的激活而促進RIF的發生發展[19，20]。TNF-α是促進RIF發生的另一重要炎癥因子，在巨噬細胞、腎小管上皮細胞膜、系膜細胞上均可分泌高水平的MCP-1，致炎性因子持續活化及蛋白酶破壞基底膜，使TGF-β1高表達而促進ECM形成增加導致RIF的發生；同時，TNF-α與系膜細胞表面受體結合后，促進IL-6水平上調致ECM形成與沉積，進而導致RIF的發生[21]。

3.2.2 TLR4信號通路對導致RIF發生的巨噬細胞極化與表型轉化的調節 巨噬細胞表型分為M1與M2型，表型改變對ECM合成及RIF發生發揮調控作用。M1型巨噬細胞激活后使TNF-α、IL-1β等致炎因子過表達，進而促進ECM形成和RIF發生；M2型巨噬細胞激活后產生IL-4、IL-10等抑炎因子，調控抑制炎癥反應程度而增強細胞的吞噬活性，進而抑制ECM形成而發揮抗RIF作用。在大鼠UUO實驗中發現，TLR4信號通路與巨噬細胞極化及巨噬細胞M1與M2型間轉化關系密切[22]。對高脂飲食動物模型研究發現，TLR4活化或高表達后，可促進脂肪組織巨噬細胞極化為M1型；在沉默或低水平表達TLR4后，可促進巨噬細胞極化為M2型，以減輕組織炎癥而發揮抗RIF作用[23]。研究發現，在UUO大鼠模型腎損傷早期時，損傷的腎小管上皮及浸潤于腎間質的巨噬細胞膜上HMGB1高表達，其可促進M1型巨噬細胞標志物誘導一氧化氮合酶高表達、M2型巨噬細胞標志物IL-10低表達，即HMGB1促進巨噬細胞極化為M1型而致促炎癥因子高表達，導致腎損傷及RIF發生或加重；在下調或抑制HMGB1水平后，UUO損傷早期M2型巨噬細胞高表達，腎損傷及RIF程度減輕[24]。這其中HMGB1作為TLR4的上游分子，下游TLR4信號通路與上游的HMGB1相互調控，在巨噬細胞極化與轉化中發揮作用。研究表明，姜黃素可通過抑制TLR4/NF-κB通路，促進巨噬細胞極化為M2型以減輕腎組織炎癥；沉默或干擾TLR4后，NF-κB信號通路受阻，巨噬細胞極化為M2型；這些均顯示，TLR4信號通路可通過調控巨噬細胞極化與表型轉化來發揮抗RIF作用[25]。

4 Wnt/β-catenin信號通路在RIF發生中的作用

研究顯示，Wnt/β-catenin信號通路對細胞分化、器官發育、組織修復、腎臟發育具有調控作用。在正常成人腎臟中，Wnt/β-catenin信號通路水平或強度呈低水平表達或沉默；但在腎損傷患者和不同動物模型中，Wnt/β-catenin信號通路被活化或高表達。研究發現，在腎組織細胞中，Wnt/β-catenin可上調MMP-7、Snail-1等促纖維化蛋白表達；其中，Snail-1是誘導EMT的重要轉錄因子，可抑制E-鈣黏蛋白的表達水平，導致上皮細胞間的緊密連接消失。在RIF動物和臨床患者中，Snail-1和β-catenin在腎小管上皮細胞表達上調；在體外實驗中，β-catenin活化后可誘導Snail-1在足突細胞和腎小管上皮細胞高表達[26]。Wnt/β-catenin信號通路下游靶點基因之一的MMP-7可降解ECM，促進炎性介質釋放[27]。研究發現，腎細胞中β-catenin調控MMP-7表達，并與腎臟Wnt/β-catenin信號通路關系密切。

在大鼠RIF模型中發現，Wnt4在集合管中高表達，并與Ⅰ型膠原mRNA及α-SMA水平呈正相關；研究顯示，高血糖可致腎小球系膜細胞過度凋亡，Wnt信號通路在此過程中發揮作用[28]；其中，Wnt4和Wnt5a低表達而Wnt信號通路受抑制，顯示出Wnt4和Wnt5a與β-catenin水平的一致性；提示Wnt/β-catenin信號通路激活可抑制高糖所致腎小球足細胞、系膜細胞凋亡。在對UUO大鼠致RIF形成的實驗中發現，除Wnt5b、Wnt8b和Wnt9b外，其他Wnt蛋白家族均過表達；同時，Wnt/β-catenin信號通路在拮抗劑DKK-1作用后，能抑制肌成纖維細胞活化及Ⅰ型膠原、纖維粘連蛋白表達。這提示在RIF中經典Wnt/β-catenin信號通路被活化，下調該通路活性在一定程度上能夠緩解RIF程度[15]。此外，在阿霉素誘導足細胞損傷實驗中顯示，Wnt1表達水平與下游β-catenin蛋白活性具有高度的一致性，Wnt1表達水平與腎小球足細胞損傷程度和蛋白尿水平具有正相關關系，表明Wnt1對促進RIF的發生發揮了調節作用。

綜上所述，各種信號通路及相應細胞因子對RIF的發生發展發揮調節作用，但RIF的發生是受多細胞因子與多信號通路調節的復雜過程，對單一信號分子或信號通路進行研究以此來了解RIF發生機制是存在明顯的局限性；RIF可能是多信號通路及細胞因子交互作用后的結果，同時信號通路與細胞因子間相互影響導致RIF發生的過程復雜多變。今后，尚需對多信號通路及交叉關系進行研究，才能全面了解整個信息網絡，尋求通路交叉點，以期找到準確的發病機制和最佳治療路徑。