自噬與慢性腎臟病腎纖維化關系的研究進展*

周嫦艷，周雁，黃國東

1.廣西中醫藥大學，廣西 南寧 530000； 2.廣西國際壯醫醫院，廣西 南寧 530000

慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)主要是指由各種原因所造成的腎臟結構損害及其功能不全，時間≥3個月，具體表現為尿液及其血流等相關醫學指標異常、腎臟病理學及其影像學異常，或腎小球有效濾過率<60%[1-2]。除了急性腎炎和急性尿路感染，多數腎病均可稱CKD。該病若未能及時有效地進行控制，可能會導致病程遷延及惡化，進一步發展至慢性腎功能不全、腎衰竭、尿毒癥等。腎纖維化與腎功能惡化及纖維化損害有關，是CKD發生發展的必然表現。腎纖維化是由腎臟固有細胞受損、炎性細胞浸潤、促纖維化因子和抗纖維化因子不規律釋放及細胞外基質(extracellular matrix，ECM)動態變化失衡等多個免疫應答環節共同參與的復雜的生化反應過程[3]。自噬可通過溶酶體蛋白的降解來清除受損的結構或過度表達的蛋白，參與細胞更新和維持細胞內穩態，是真核細胞維持細胞內環境穩定的重要機制[4]。自噬具有雙向調節的特點，適度自噬具有保護作用，過度或失調的自噬則可能促進細胞的凋亡，導致疾病的發生發展。自噬在CKD進程中可產生不同的生物學效應，這可能與自噬的激活方式、腎損傷程度、疾病階段和患者個體差異等因素有關，本文主要探討自噬在CKD不同時期與腎纖維化關系的相關機制。

1 自噬概述

自噬(autophagy)是一種進化保守的真核生物機體降解系統，通過清除異常蛋白和細胞器等方式控制機體細胞內環境和能量狀態，為機體細胞的修復和發育提供原料和營養，實現細胞器的更新，與多種疾病的早期發生及其演化密切相關[5-6]。自噬是機體生長發育、成熟衰老等生物學過程中發生的一種主動消除多余、受損或衰老的蛋白及細胞器的生存機制[7]。在體內，自噬已被證明與饑餓反應、細胞內質量控制、早期發育和細胞分化有關[8]。在哺乳動物細胞中，溶酶體作用介導的細胞內容物被降解的過程被確定為3種亞型自噬：巨噬細胞自噬、微自噬和伴侶蛋白介導的自噬[9]。這3種亞型可根據底物運輸方式的不同區分：由內質網或高爾基體形成的雙層小泡介導的巨噬細胞自噬；由膜內陷介導的微自噬，其中溶酶體直接吞噬胞漿化合物；由選擇性分子伴侶介導的自噬[10]。

1.1 不同亞型自噬的特點巨噬細胞自噬(macroautophagy)是一個重要的分解代謝過程，不僅涉及先天免疫，還涉及適應性免疫[11]。巨噬細胞自噬又稱自噬，當自噬被激活時，受損的蛋白質、細胞器和細胞內的病原體被內質網產生的膜結構隔開，形成自噬小體，最終被溶酶體降解和再循環[12]。巨自噬是一種保守的細胞自我消化過程，涉及各種生理和病理過程，可被包括氧化應激在內的不同刺激激活[13]。巨噬細胞自噬主要通過降解的方式在細胞穩態中發揮關鍵作用，其功能失調會造成嚴重的細胞生理損害，從而導致多種疾病[14]。

微自噬是非常小的分子的降解，沒有自噬體的參與[15]。微自噬最初被定義為溶酶體(液泡)膜動力學，是指溶酶體或液泡膜內陷并直接吞噬目標成分的自噬方式，其特點是需要分解的物質直接被溶酶體膜包裹，并在溶酶體中分解，完成液泡內細胞成分的分離和攝取[12，16-18]。微自噬在生物合成運輸、代謝適應、細胞器重塑和質量控制等方面具有廣泛的作用[19]。

伴侶蛋白介導的自噬(chaperone-mediated autophagy，CMA)是第一個發現的溶酶體過程，通過該過程可以選擇性降解細胞內組分，調節蛋白質穩態[20]。CMA是溶酶體-自噬蛋白水解系統的主要途徑之一[21]。CMA時底物蛋白被伴侶識別，形成分子伴侶-底物復合物，該復合物與溶酶體膜上的受體LAMP-2a結合，底物蛋白被展開，溶酶體膜中的轉運蛋白介導底物蛋白移位到溶酶體中，底物蛋白被細胞分解和再利用[12]。在生理條件下，CMA 通過蛋白質質量控制、生物能量學和及時調節的特定底物相關細胞過程參與維持細胞穩態；在病理條件下，CMA 與各種疾病條件相互作用[22]。目前，越來越多的蛋白質被發現可以作為 CMA 底物及調節劑，證明CMA 功能與越來越多的重要細胞過程、細胞器和疾病相關[23]。

1.2 巨噬細胞自噬巨噬細胞自噬是目前研究最透徹的一種自噬類型(以下簡稱巨自噬)，巨噬細胞吞噬蛋白和細胞器進入異常的雙膜結構稱為自噬體[24]。巨自噬通常表現為包膜細胞質的細胞內囊泡(自噬體)將所載物質運送到溶酶體降解。巨自噬涉及30多個自噬相關蛋白(Atg)，用于自噬體的起始、形成、運輸和融合于溶酶體[25-27]。巨自噬作為一種液泡降解途徑，主要過程如下：①發生在自噬分子機制上游的信號事件；②參與自噬體形成的分子機制；③自噬體成熟，獲得酸性和降解能力[28]。巨自噬水平依賴于各種信號通路，如哺乳動物雷帕霉素靶點mTOR的營養信號和通過AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)監測能量狀態[29]。通常情況下，巨自噬是應激刺激下的一種生存途徑，其為大分子、膜和細胞器的更新提供了主要途徑，在細胞穩態中起主要作用[30]。通過這種方式，巨自噬將受損和有毒的細胞質物質循環成細胞的組成部分，然后用于支持抗應激反應和能量維持[29]。巨噬細胞是炎癥和纖維化的關鍵調節細胞。自噬的3種類型雖然各不相同，但也有聯系，比如巨自噬和CMA，盡管這兩種自噬途徑之間存在顯著差異，但在自噬-溶酶體降解過程中，巨自噬和CMA密切相關，當CMA受損時，巨自噬作為從細胞質中去除故障蛋白(即異常 α-突觸核蛋白)的備用機制，反之亦然[31]。也有研究發現，巨自噬和CMA以相反的方向調節細胞凋亡[32]。

2 腎纖維化

2.1 慢性腎臟病腎纖維化的形成機制CKD在初次診斷時通常無癥狀，人們對其認識較少[33]。該病是一種以腎小球損傷和小管間質纖維化為特征的進行性和不可逆腎功能喪失的疾病，腎纖維化是各種腎臟損傷的最終共同途徑，而纖維形成機制是修復短期損傷的基本機制[34-36]。腎纖維化是導致CKD最重要的過程，最初各種生物生理應激產生炎性細胞因子，此時觸發的腎纖維化是對腎臟損傷的保護性反應，而持續的腎臟炎癥維持腎纖維化的過程，但是當腎臟損傷延長以及過度反應時，就有可能推動腎臟向終末期發展[37]。在腎纖維化過程中，富含膠原的瘢痕組織逐漸在間隙中積累，持續性損傷導致瘢痕積累，破壞了小管上皮細胞的正常功能，瘢痕纖維的收縮進一步促進了組織功能障礙，并將腎纖維化發展為終末期腎衰竭[5]。

2.2 轉化生長因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)TGF-β被認為是腎纖維化的主要調節因子，通過典型和非典型TGF-β信號調節腎纖維化。并且，TGF-β是目前已知的最有效的促纖維化細胞因子，也是腎纖維化的關鍵介質。TGF-β具有多種功能，因此自噬的失調及其在纖維化疾病發病機制中的作用也是多功能的和復雜的。在TGF-β的3種亞型(TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3)中，TGF-β1被認為是誘導纖維化的促纖維化分子。

TGF-β是一種多效性細胞因子，在腎纖維化和炎癥中發揮多種作用。首先，作為一種抗炎細胞因子，其對腎臟疾病具有抗炎作用；其次，調節免疫細胞，影響腎臟炎癥和纖維化，且TGF-β不僅是免疫細胞交易的調節者，也是與腎纖維化和炎癥相關的免疫反應的關鍵介質；最后，TGF-β調節巨噬細胞向肌成纖維細胞轉化[37-38]。

2.3 單側輸尿管梗阻(unilateral ureteral obstruction，UUO)模型嚙齒類動物的UUO模型是進行性腎纖維化的經典模型[39]，也是目前公認的CKD研究工作常用的動物模型，具有顯著的腎臟血流動力學和代謝改變、腎小管損傷、細胞凋亡、炎癥細胞浸潤、進行性組織纖維化的特點。自噬是真核細胞產生的非損傷性應答，通過降解和重吸收作用，參與維持組織內穩態的平衡[40]。在UUO早期，自噬具有保護作用，而UUO持續時細胞因子和生長因子氧化應激的發生會導致腎小管上皮細胞的死亡，這是過度的自噬和凋亡所致[41]。

3 自噬作用及調控機制

自噬被認為在纖維化相關的CKD中起關鍵作用[5]。根據細胞或組織類型和病理環境的不同，自噬在不同的條件下可以促纖維化或抗纖維化[42]。自噬作為一把雙刃劍，其保護或破壞腎損傷取決于外部刺激的強度、持續時間、細胞環境、自噬程度[43]。自噬可以通過緩解炎癥和氧化應激損傷，延緩腎損傷早期的腎纖維化；而隨著病情的進展，自噬可能會誘導細胞凋亡和壞死，造成不可逆的腎損傷。然而，在腎損傷后期，腎組織內自噬水平對殘存腎單位可能起到保護作用，這抑或是延緩CKD腎功能惡化的重要機制[44]。

3.1 自噬與急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)自噬可導致細胞存活或死亡，后者被認為是過度的自噬活動導致II型程序性細胞死亡[45]。有研究表明，AKI的嚴重程度與CKD的進展有關，約15%至20%的AKI患者可進展為CKD-IV期[9]。腎纖維化是CKD不可逆的進行性過程，被描述為ECM在腎小管間質和腎小球過度沉積。眾所周知，上皮間充質轉變(epithelial-mesenchymal transition，EMT)與腎纖維化的分子機制密切相關，即上皮細胞不能保持其結構極性和上皮特異性標志物，并轉化為間充質樣細胞。最近，有研究表明AKI是增加腎纖維化風險的潛在因素[46]。目前，自噬被普遍認為是各種原因的AKI中的一種腎臟保護性細胞反應[39]，它是細胞對AKI反應的一種分解代謝過程，通過調節細胞的存活和死亡維持細胞內穩態[46]。近端腎小管自噬和有絲分裂吞噬的激活對AKI中細胞的保護有重要影響[8]。AKI剛發生時自噬反應增加，保護腎臟；AKI恢復期，自噬促進細胞增殖，使腎小管的再生和修復速度加快。自噬在急性腎損傷和修復中發揮著雙重作用，一方面，自噬的持續激活可能會導致腎小管萎縮，從而促進腎纖維化；另一方面，自噬還可通過降解機體細胞中過量的膠原蛋白等物質保護細胞免受纖維化[47]。

3.1.1 自噬與腎損傷早期基礎自噬對維持腎臟的動態平衡、結構和功能至關重要[48]。自噬在腎臟疾病中提供保護，可能與線粒體和蛋白質的選擇性周轉以及抗炎和抗纖維化作用有關[49]。腎損傷早期，主要表現為炎癥和氧化應激損傷，自噬可通過抑制炎性復合物或清除受損的蛋白質和細胞器[50]，增強的自噬通過減少細胞凋亡、炎癥和氧化應激，從而延緩腎纖維化的進程，為AKI提供一種普遍的腎臟保護機制[49]。在AKI的急性損傷期，近端腎小管誘導自噬，發揮保護作用；在恢復期，調節自噬對腎小管修復至關重要；AKI后自噬的持續激活誘導近端小管細胞表型改變，可能導致適應性不良修復，促進間質纖維化，促進從AKI向CKD的轉變[48，51]。自噬是分解代謝的途徑，它通過降解長壽蛋白和不必要的細胞成分達到自我更新，參與炎癥反應、細胞死亡及免疫等在內的生理病理過程[52]。研究表明，自噬和p53凋亡刺激蛋白(apoptosisstimulating protein p53，ASPPs)在AKI發生早期即可出現，在血清肌酐(serum creatinine，Scr)開始升高前，反應性自噬已經啟動[53]。另有研究結果提示，UCP1直接調控AKI中的脂質積累，激活細胞自噬，從而顯著抑制疾病進展，為AKI的治療提供了新的思路和靶點[54]。

3.1.2 自噬與持續腎損傷自噬是細胞代謝和更新的必要過程，是幫助細胞在嚴酷環境下存活的重要生理過程，同時也是細胞凋亡的重要途徑。自噬可能在損傷早期表現出抗纖維化效應，但是隨著損傷的持續存在，過度的自噬加劇了炎癥和氧化應激損傷，反而加重組織損傷。研究發現，自噬與病變腎組織中的氧化應激反應有關，梗阻腎組織中持續存在的缺氧環境會不斷刺激細胞，使細胞內自噬逐漸增強，并通過自噬誘導細胞凋亡甚至是壞死[43]。總的來說，氧化應激損傷可以激活自噬，而自噬對一些氧化應激產物具有降解能力，所以在一定程度上自噬可以通過控制氧化應激損傷發揮腎保護效應，然而過度的自噬激活則可能導致細胞內大量自噬溶酶體聚集，自噬分解產物又進一步促進氧化還原反應，反而加劇了氧化應激反應和腎組織損傷。自噬與CKD的發病機制有關，轉錄因子EB(transcription factor EB，TFEB)是自噬的主調控因子，研究表明TFEB介導的自噬激活可能會導致小管上皮細胞自噬性細胞死亡和炎癥，從而促進腺嘌呤誘導的CKD的腎纖維化[5]。

3.1.3 自噬與腎損傷恢復期自噬體的形成在腎臟恢復期間持續，以清除自噬體載物。隨著CKD患者病情的進展，大部分有效腎單位逐漸喪失，殘存腎組織中的代償能力顯得尤為重要[43]。由過度代償導致的殘存腎小球內“三高”狀態可能是殘余腎功能逐漸喪失的重要原因。因代償導致的腎組織細胞自噬活性增強既有可能成為CKD患者殘余腎功能逐漸喪失的重要機制，又可能是保護患者殘余腎組織代償功能的重要靶點[43]。

3.2 自噬與炎癥自噬在細胞周期的適當時刻發揮保護作用，而異常的自噬可能導致細胞死亡。炎癥反應在AKI腎損傷和修復的病理生理過程中起關鍵作用。已有多項研究報道了自噬和炎癥在AKI發病機制中的相互作用[55-60]。自噬-炎癥通路可能作為AKI治療的替代靶點[10]。炎癥小體和自噬通常通過受不同輸入途徑控制的共同作用機制相互調節[61]。自噬可通過調節mTOR和AMPK通路，抑制炎癥小體激活，抑制AKI誘導的炎癥反應；或通過核因子-κB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)通路調節炎癥反應，有利于腎臟組織的恢復[62-64]。自噬的誘導取決于炎性小體傳感器的存在，通過炎性小體泛素化和自噬適配器p62誘導炎性小體的包埋和降解，從而促進其傳遞到自噬小體，產生自噬從而阻止炎性小體激活，介導清除受損線粒體，并降解炎癥介質來防止過度炎癥反應[65]。

3.3 自噬與腎纖維化自噬是一種降解受損細胞質成分的細胞過程，調節細胞的死亡和增殖[66]。自噬在腎臟損傷的應激適應性反應中至關重要，通過清除蛋白聚集體和受損的細胞器，負性調節，以及防止過量的基質蛋白在腎臟中積聚，發揮促進細胞存活和抗纖維化的作用[38]。自噬可以通過許多腎臟內的免疫細胞、細胞因子等介導疾病的發生，從而減輕炎癥、延緩向腎間質纖維化的過渡[41]。人參皂苷Rb1是一種天然的自噬調節因子，Liu等[43]首次證實了自噬在腎纖維化過程中激活時，人參皂苷Rb1可顯著抑制自噬，減輕梗阻性腎小管損傷小鼠的纖維化進程，可能與調控AMPK/mTOR、Akt-independent和p38/ERK MAPKs信號通路有關。自噬可通過抑制系膜細胞凋亡而提高細胞存活率，具體過程為自噬通過促進細胞內Ⅰ型膠原的降解來負向調節系膜細胞ECM的產生[45]。簡而言之，自噬通過降解調節膠原蛋白水平，可達到抑制腎臟纖維化的目的[45]。TGF-β和Smad信號家族可共同調節腎纖維化[67]。受TGF-β/Smad3信號調控的非編碼RNA可分為抗纖維化、促纖維化和促炎作用[68-69]。TGF-β通過Smad3依賴的非編碼RNA依賴機制誘導腎纖維化，該機制受Smad7負調控[70]。因此，重新平衡Smad3/Smad7或特定靶向下游的TGF-β/Smad3依賴的miRNA/與腎纖維化相關的長非編碼RNA可能是治療腎纖維化的更好策略[38]。另有研究表明，FOXD1系基質細胞的自噬通過調節Smad4依賴的TGF-β和NLRP3炎癥信號通路，在腎纖維化中起到保護作用[71]。

4 小結

自噬作為一種新型靶標，在CKD腎纖維化中發揮著雙向的作用，調節自噬已成為防治疾病的重要手段之一。腎臟固有細胞的自噬水平較高，因此自噬在腎臟纖維化等疾病的發展中有著復雜的功能。AKI進展為CKD的概率極大，腎纖維化是進行性腎損傷最重要的機制，CKD就是以腎纖維化為主要特征的疾病，因此通過調節自噬延緩或治療腎纖維化可能是治療CKD的一種方式。在細胞水平上，CKD的特征是線粒體功能障礙、氧化應激及自噬失調，在該病的不同階段通過調控自噬，或可有效治療腎纖維化，延緩疾病進展。自噬水平的變化與病程及腎損傷嚴重程度有關，通過單純抑制或增強自噬活性治療腎損傷是片面的，可根據纖維化不同時期及程度來調控自噬活性，從而抑制腎纖維化。然而，自噬在腎纖維化中的作用機制尚未明確，目前，關于調控自噬相關信號通路的研究主要集中在通過某條信號通路抑制或增強自噬活性從而治療疾病上，而在CKD不同階段調控相同的信號通路是否會產生不同的作用尚無報道，可通過研究自噬調控腎纖維化的經典信號通路進行探討。此外，關于少數民族醫藥療法的研究較少，可進一步關注外治法、少數民族道地藥材、經驗方等少數民族醫藥療法，發掘少數民族醫藥針對自噬的途徑特異性和腎臟選擇性療法，預治腎臟纖維化和相關腎臟疾病。