腎間質纖維化的關鍵信號通路和血清學指標研究進展*

鐘小冬 楊軍平

CKD目前已成為全球性的公共衛生問題,隨著人口老齡化及各種慢性病的高發,CKD的發病率也呈上升的趨勢[1]。全球疾病負擔研究指出,2017年CKD的全球患病率為9.1%,而中國作為CKD的主要發病國家之一,占據了總患病人數的近五分之一[2]。RIF是終末期腎病的共同表現,深入研究RIF的發生機制和關鍵信號通路,尋找診斷和評估RIF的特異性檢驗指標,尤其是具有早期診斷價值的血清學特異性指標,對積極防治或延緩RIF的發生有著重要的意義。

1 腎間質纖維化的發生機制

RIF病理過程大致分為4個階段,第1階段是各種原發因素引發炎癥,釋放各種促炎癥和促纖維化因子,進而激活成纖維細胞和腎小管上皮細胞;第2階段是持續的炎癥刺激,使得成纖維細胞持續活化,并出現腎小管上皮細胞間充質轉化(Epithelialmesenchymal transition, EMT),進而轉化為肌成纖維細胞(Myofibroblast,MF);第3階段是MF形成后,首先合成分泌纖連蛋白(FN),組成細胞外基質(Extracellular matrix,ECM)支架結構,然后隨著Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型膠原成分的合成,ECM在腎間質形成;第4階段是終末期已經轉分化的MF持續增殖,從而導致了ECM合成與降解的失調,形成大量ECM不易被降解而積聚,取代正常的腎單位而形成瘢痕[3]。

2 腎間質纖維化的關鍵信號通路

2.1 TGF-β信號通路轉化生長因子β(TGF-β)可通過經典Smad途徑來影響腎纖維化進展,TGF-β包括TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3 3種同工型,3者都以同源二聚體形式與TGF-βRⅡ結合,TGF-βRⅡ再反式磷酸化激活TGF-βRⅠ,TGF-βRⅠ再激活Smad2和Smad3,Smad2和Smad3磷酸化后再與Smad4結合,形成三聚體轉移到細胞核,經過進一步結合和修飾后,對TGF-β靶基因進行正向或負向調控,從而影響腎纖維化[4]。除此以外,TGF-β還可以通過非經典途徑對腎纖維化的進程進行調控,如TGF-β1介導的ERK信號通路。TGF-β信號通路調節RIF的主要機制是對肝細胞外基質(ECM)合成和降解進行調控,誘導腎固有細胞變性和凋亡,促進成纖維細胞、上皮細胞等向MF轉分化。張明昊等[5]研究發現復方丹參片可以有效降低TGF-β1、Smad2、Smad3、TIMP-1蛋白的表達,改善腎臟功能,可能是通過抑制TGF-β1/Smad通路來實現對腎纖維化大鼠的保護作用。

2.2 Wnt信號通路Wnt經典途徑是由β-連環蛋白(β-catenin)介導的,正常情況下細胞質內的β-catenin水平較低,腎損傷后Wnt信號轉導可被重新激活,在細胞核內誘導激活T細胞因子(TCF)/淋巴增強劑結合因子(LEF),從而影響Wnt靶基因的轉錄。Wnt/β-catenin信號轉導有著雙面性,該途徑的短期活化是腎損傷后再生和修復的先決條件,但持續不受控制的活化可導致腎纖維化。在Wnt/β-catenin信號通路的調控下,促進炎癥的發生,ECM沉積及EMT,進一步導致RIF的發生[6]。劉武等[7]使用建中補腎消癥湯作用于單側輸尿管梗阻(UUO)小鼠,發現小鼠β-catenin相關蛋白含量明顯下降,認為是通過調控Wnt/β-catenin通路起到改善腎纖維化的作用。

2.3 Notch信號通路Notch信號通路在腎臟生成過程中處于激活狀態,隨著出生和成長該信號通路逐漸被抑制,在腎臟發生損傷時又可以被重新激活。Notch信號通路可以通過激活細胞的凋亡和核轉錄因子-κB等信號,從而誘導腎臟的炎癥、激活EMT及腎臟成纖維細胞,進一步影響細胞的增殖和增加ECM的產生,進而導致纖維化[8]。李均等[9]發現丹參酮ⅡA配伍DAPT可影響Notch1/Jagged1 的信號通路分子 Notch1、Jagged1 的表達,從而緩解RIF,改善腎功能。

2.4 Hedgehog信號通路Hedgehog(Hh)信號通路包括Hh配體、Patched受體、共受體、換能器Smo和Gli等成分。Hh蛋白有SHH、DHH和IHH 3種類型,SHH與腎臟的發育和腎臟損傷后修復關系密切[10]。Hh信號通路的經典途徑主要依賴Hh配體發揮作用,生理狀態下Hh蛋白水平較低,腎臟結構和功能的損傷可以激活Hh信號通路。Hh信號通路的作用機制主要有促進腎肌成纖維細胞的增殖與活化[11]。Hh信號通路還可以通過與其他信號通路的交互作用來調節RIF的進程。駱言等[12]采用腎衰靈方作用于UUO大鼠,發現采用腎衰靈方可以明顯降低SHH、Gli1、Snai1蛋白水平,從而抑制腎間質纖維化。

各種信號通路有各自的作用機制,TGF-β、Wnt、Notch信號通路都主要作用于腎小管上皮細胞,通過EMT等過程間接加重腎纖維化[13],而Hedgehog 信號通路可直接作用于腎間質成纖維細胞[14]。而且各信號通路間還存在交互作用,如TGF-β可通過下調內源性Wnt來抑制Wnt信號通路的激活[15];過表達的Notch可提高TGF-β1的水平,Notch 信號還可通過Snail來進一步加強TGF-β1誘導EMT;Shh可以上調Wnt2b、Wnt5a和JAG2,從而通過其他幾種關鍵信號通路來調控腎纖維化過程。

3 腎間質纖維化的血清學檢驗指標

目前臨床上腎組織活檢是診斷RIF的金標準,但腎組織活檢具有一定創傷性,有腎組織活檢禁忌證者無法進行;另外對醫療條件也有一定要求,基層醫療機構難以開展;而且難以通過重復多次的活檢來動態觀察病情[16]。血清學檢驗取材簡單,對患者的創傷性小,可以在疾病的發生發展過程中進行多次檢驗,對腎纖維化的臨床診斷、療效觀察和預后判斷有著重要意義;不足之處是目前大部分血清學檢測指標具有診斷意義時,患者的病情往往已進展至中、晚期,早期診斷價值不高。故而需要尋找與RIF早期進展密切相關的新型血清學指標。

3.1 轉化生長因子-β1(TGF-β1)TGF-β1是致纖維化最重要和最強效的細胞因子,能介導炎癥,促進EMT,從而促進ECM的合成和聚積,同時還可以介導多種細胞因子的致纖維化作用,共同促進RIF的發生。黃東華等[17]在使用腎絡通湯治療慢性腎小球腎炎氣虛血瘀證時發現,治療后患者血清TGF-β1有所下降,腎功能得到明顯改善,認為可能是通過TGF-β1的調節抑制了腎纖維化。

3.2 纖維連接蛋白(FN)FN是存在于ECM的主要非膠原性糖蛋白,廣泛參與細胞的遷移、黏附、增殖和組織修復等過程,其含量可間接表明纖維化程度。汪泉等[18]研究丹參酮ⅡA(TanⅡA)對慢性腎衰大鼠RIF的影響時,通過觀察實驗組FN的變化,發現TanⅡA可以有效改善腎臟功能,延緩RIF進展。

3.3 透明質酸(HA)HA由肝內皮細胞攝取分解,部分HA也可以經腎小球濾過。有研究表明,腎臟功能受損時,血清HA含量有所升高,而且隨著腎臟損害程度的加重HA的量呈增長趨勢[19]。黃東華等[17]發現腎絡通湯作用于慢性腎小球腎炎患者,可以降低血清HA,減輕臨床癥狀,改善腎功能。

3.4 層粘連蛋白(LN)LN是構成細胞間質的一種非膠原糖,其水平常與Ⅳ型膠原、HA等相平行。胡興榮等[20]研究發現糖尿病腎病患者血清LN顯著增高。方媛等[21]使用潛陽育陰顆粒作用于自發性高血壓病的大鼠,治療后檢測大鼠LN發現使用該藥物使大鼠腎纖維化程度有所減輕,改善了腎臟功能。

3.5 Ⅲ型前膠原蛋白(PC-Ⅲ)PC-Ⅲ是Ⅲ型膠原的前體,在RIF發展過程中腎小管上皮細胞可轉化為Ⅰ型膠原和Ⅲ型膠原,是腎小管上皮細胞轉化的重要標志。劉珊等[22]觀察梗阻性腎病患者血清中PCⅢ的變化時發現,血清中PCⅢ的水平與腎臟的纖維化程度相關,特別是對重度腎纖維化有著較好預測的價值。

3.6 Ⅳ型膠原(Ⅳ-C)Ⅳ-C是基底膜網狀結構的主要成分,Ⅳ-C以前膠原形式直接參與ECM的形成和積聚[23],Ⅳ-C還作為支架有助于基膜內其他成分的沉積,支撐腎基底膜中毛細血管壁。宋瑋等[24]研究表明白皮杉醇可以降低血清Ⅳ-C含量,減輕大鼠腎纖維化。

RIF是CKD發展到腎功能衰竭的主要原因,而腎臟疾病在早期往往臨床癥狀不是很明顯,具有一定的隱匿性,早期如得不到重視,等其進一步發展到終末期腎病時,治療方法有限,患者生存質量差,而且對家庭和社會經濟負擔較重。因此深入研究RIF進程中的關鍵信號通路,尋找有效且具有早期診斷價值血清學檢驗指標,有助于RIF的早期診斷、進展觀察和療效判斷。