線粒體功能障礙在急性腎損傷向慢性腎臟疾病轉(zhuǎn)變中的作用

張 欣，廖曉輝

(重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院 腎內(nèi)科，重慶 400010)

急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)是一種以突發(fā)腎小球濾過率下降為特征的一種臨床綜合征，廣泛出現(xiàn)于腎缺血再灌注、膿毒血癥、聯(lián)合使用腎毒性藥物、使用造影劑和血壓過低等諸多危險因素后，其特征包括發(fā)病率高、病死率高，病因多樣、臨床缺乏有效的治療手段等。AKI是導致慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)的主要風險之一。傳統(tǒng)觀點認為，AKI發(fā)生后，如患者的腎功能指標恢復正常，即可以終止治療。而現(xiàn)在越來越多的觀點傾向于認為發(fā)生AKI的嚴重程度、頻率、持續(xù)時間，同時包括年齡、共病等臨床因素，與CKD發(fā)生的概率有一定的相關(guān)性，即使是最輕程度的AKI，也會導致患者后期CKD的發(fā)病概率升高[1]。然而，對于AKI患者，尤其是腎功能短期內(nèi)可恢復正常的患者，其監(jiān)測及治療策略尚無共識，因此積極研究AKI向CKD轉(zhuǎn)換的機制并從中得到臨床監(jiān)測及用藥的啟發(fā)是十分有意義的。

AKI的病理特征是腎小管上皮細胞的損傷和死亡。在多數(shù)情況下，一部分腎小管上皮細胞受到了損傷，剩下存活的腎小管上皮細胞可進行去分化和增殖，逐漸代替受損的腎小管上皮細胞，從而恢復腎小管的完整性；在一些情況下，腎小管上皮細胞的修復可能不完全，這通常會導致以纖維化為特征的慢性腎病。本文將對AKI向CKD轉(zhuǎn)化的機制，特別是線粒體功能障礙相關(guān)機制作一綜述。

1 AKI后發(fā)生的CKD相關(guān)流行病學

AKI的住院總患病率的估計值在1%～66%[2]。從世界范圍內(nèi)的 300多個ICU 67 033例患者的臨床資料中，得出ICU中AKI的總發(fā)病率為2.5%～92.2%[3]。所有AKI患者中約5%的患者需要腎臟代替治療[2]。

AKI后腎功能完全恢復正常的患者之后發(fā)生CKD的概率要明顯高于其他未發(fā)生過AKI的人群。在一個包含3 000余病例的多中心隊列研究中，對發(fā)生過AKI的患者的腎臟結(jié)局予以6至75個月的隨訪顯示，AKI后CKD和終末期腎病(end stage renal disease, ESRD)的發(fā)病率分別為25.8%和8.6%，遠高于未發(fā)生AKI的患者[4]。另有1項隨訪中位時間2.9年的臨床研究顯示AKI后CKD的發(fā)生率為17.8%[5]。因此，在臨床工作中，應(yīng)該對AKI的治療及后續(xù)的隨訪工作更為重視。

2 AKI向CKD轉(zhuǎn)換的機制

AKI向CKD轉(zhuǎn)換的細胞和分子基礎(chǔ)非常復雜，涉及多種機制，包括細胞周期阻滯、腎小管的修復失調(diào)、間質(zhì)炎性反應(yīng)及炎性細胞浸潤、肌成纖維細胞募集和基質(zhì)沉積直接導致的纖維化、自噬和衰老、血流動力學異常、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、補體的異常激活等[1,6-9]。單側(cè)缺血再灌注和反復小劑量順鉑干預兩種AKI-CKD模型中均證實T細胞、B細胞等炎性細胞大量浸潤慢性炎性反應(yīng)的存在會導致腎功能不全和隨后的纖維化產(chǎn)生[10]。氯沙坦鉀可大大降低缺血再灌注AKI小鼠功能恢復后CKD的發(fā)生率和死亡率，證明了腎素-血管緊張素系統(tǒng)的過度激活導致的血流動力學異常對AKI-CKD轉(zhuǎn)換的推動作用，這一結(jié)論目前已在臨床研究中得到了初步驗證[11]。E3-泛素連接酶鼠雙微粒體2(murine double minute 2，MDM2)在順鉑暴露的AKI-CKD模型中，從細胞核穿梭至細胞膜導致了p53升高、細胞周期G2/M阻滯，進而參與了AKI后CKD的發(fā)生[12]。

3 線粒體功能障礙在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中起到了重要作用

腎臟是全身線粒體密度最高的器官，腎臟約耗人體10%的總氧，而質(zhì)量僅占體質(zhì)量的0.5%左右，可以說線粒體作為細胞有氧呼吸、能量供應(yīng)及代謝的中心，其功能對腎臟健康有至關(guān)重要的作用。

長期觀察缺血再灌注損傷大鼠模型，其部分近端腎小管上皮細胞不能再通過分化恢復正常功能，而是增殖停滯、萎縮，萎縮的腎小管在病理學上表現(xiàn)出促生長肽產(chǎn)生的增加、間質(zhì)成纖維細胞的增殖和愈加明顯的纖維化。對萎縮的腎小管進行觀察、檢測，其細胞內(nèi)的線粒體數(shù)目明顯減少、嵴丟失、自噬溶酶體變大、質(zhì)量持續(xù)喪失，同時大鼠腎臟組織中氧化劑敏感線粒體蛋白MPV17L大規(guī)模丟失，缺氧標志物的表達升高及乳酸、丙酮酸等糖酵解產(chǎn)物的含量也增加，提示了AKI后線粒體耗竭導致了代謝的不可逆轉(zhuǎn)性，從而促進了早期纖維化的產(chǎn)生[13]。

3.1 AKI后線粒體損傷導致的氧化應(yīng)激反應(yīng)促進了CKD的發(fā)生

腎臟近端小管細胞是僅依賴于有氧代謝的高代謝細胞，其能量供應(yīng)主要來源于大量線粒體中的脂肪酸氧化(fatty acid oxidation，F(xiàn)AO)，在不同類型的AKI中FAO關(guān)鍵酶和調(diào)節(jié)因子的表達降低，導致氧化應(yīng)激的發(fā)生，表現(xiàn)為近端腎小管細胞脂質(zhì)積聚、ATP耗竭，最終導致腎臟的纖維化[14]。磷酸吡哆醛、褪黑激素及茯苓酸A可降低細胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，均能使缺血再灌注AKI動物模型的遠期腎功能明顯恢復，同時能顯著降低腎臟纖維化水平[15-16]。

3.2 AKI后線粒體損傷通過直接介導炎性反應(yīng)促進了CKD的發(fā)生

線粒體功能障礙可以啟動調(diào)控內(nèi)含核苷酸結(jié)合域、富含亮氨酸重復序列家族、嘧啶域的NLRP3[NOD(nucleotide binding oligomerization domain)-like receptors(NLRP3)]炎性小體，直接導致炎性反應(yīng)發(fā)生[17]。除此之外，AKI受損的線粒體釋放如活性氧、DNA和心磷脂等危險因子，這些分子可導致NLRP3炎性反應(yīng)活化和白細胞介素-18(interleukin-18，IL-18)、白細胞介素-1β(interleukin-1β，IL-1β)的上調(diào)；這些炎性因子表達的持續(xù)增加，在缺血后1個月才開始出現(xiàn)，僅予以有絲分裂保護劑(SS-31；依拉米普利)治療，所有炎性反應(yīng)標志物的表達水平均有改善[13]。線粒體DNA與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜分子可產(chǎn)生相互作用，也稱為細胞器串擾，也可直接觸發(fā)AKI腎小管炎性反應(yīng)的進展，作為一種新的炎性途徑促進CKD的進展[18]。

3.3 AKI后線粒體損傷通過介導細胞凋亡促進CKD的發(fā)生

在缺血再灌注小鼠模型中觀察到了線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔(mitochondrial permeability transition pore,mPTP)的開放和隨后的細胞死亡，親環(huán)素D(CypD)是mPTP的重要組成部分，p53-CypD復合物與細胞死亡有關(guān)，通過進一步的體外實驗，驗證了p53-CypD復合物通過mPTP開放介導腎小管細胞凋亡的假說[19]。

4 臨床研究方向

目前尚無達成共識的臨床藥物用于治療或預防AKI向CKD的轉(zhuǎn)化。有觀點表明在AKI急性期后使用RAAS受體阻滯劑可以預防遠期CKD的進展，但目前尚需要更多的臨床證據(jù)支持這一觀點[11]。針對上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化-miRNA(EMT-miRNA)對AKI向CKD的推動作用，miR-101a-3p (或其模擬物)的過表達可以減輕腎組織損傷的程度[20]。人脂肪源性間充質(zhì)干細胞(human adipose-derived mesenchymal stem cells，hADMSCs)在缺血再灌注小鼠模型中證實有預防AKI-CKD轉(zhuǎn)變的切實效果[21]。牛磺去氧膽酸(tauroursodeoxycholic acid，TUDCA)和4-苯基丁酸(4-phenylbutyric acid，4-PBA)的可抑制缺血后腎臟的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而阻止AKI小鼠向CKD進展[7]。生長因子，如表皮生長因子(epidermal growth factor,EGF)、胰島素樣生長因子(epidermal growth factor,IGF)和轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor beta,TGF-β)等近期也被作為治療AKI和AKI-CKD轉(zhuǎn)變的治療靶點[22]。

在抑制線粒體功能障礙方面，除了上文提到氧化應(yīng)激抑制劑磷酸吡哆醛、褪黑激素、茯苓酸A等，N-乙酰半胱氨酸(N-acetyl-cysteine,NAC)等，魚藤酮也可以通過直接保護線粒體，有效阻止AKI向CKD的進展[23-24]。CypD抑制劑環(huán)孢霉素A或siRNA可通過抑制ATP耗竭的HK-2細胞中mPTP的開放，阻止線粒體膜去極化和減少凋亡,從而達到腎臟保護作用[19]。

5 問題與展望

由于AKI病因的多發(fā)性和機制的復雜性，目前對于AKI的治療仍缺乏突破性進展，尤其是距離大范圍的臨床應(yīng)用仍有一段距離，包括本院課題組對肝再生增強因子可通過調(diào)節(jié)線粒體動力學、促進線粒體生物發(fā)生減輕腎小管細胞急性期的損傷。

在近年越來越認識到AKI后CKD的發(fā)生，應(yīng)該將AKI治療藥物效果的隨訪時間延長，以遠期腎臟情況的預后而不是一時的檢驗學結(jié)果來評估AKI的治療效果。因此，需要進一步研究AKI向CKD進展的機制，特別是線粒體相關(guān)機制，為臨床減少AKI后CKD、ESRD的發(fā)生，提供更多潛在治療靶點。

短篇綜述