多囊腎病的進(jìn)展與腎臟纖維化

宋東旭，郁勝?gòu)?qiáng)

多囊腎病(polycystic kidney disease，PKD)是常見的單基因遺傳性腎臟疾病。據(jù)歐美國(guó)家報(bào)道，多囊腎病是終末期腎病的第4位病因[1]。據(jù)我國(guó)上海地區(qū)統(tǒng)計(jì)，多囊腎病所致的透析患者占透析人群的5.6%，其數(shù)量位于慢性腎小球腎炎、糖尿病腎病和良性腎小動(dòng)脈硬化患者之后，亦位居第4位。多囊腎病按遺傳方式可分為常染色體顯性多囊腎病(autosomal dominant polycystic kidney disease，ADPKD)和常染色體隱性多囊腎病(autosomal recessive polycystic kidney disease，ARPKD)，其發(fā)病率分別為0.10%～0.25%和0.000 1%～0.002 5%。常染色體顯性多囊腎病的主要病理特征表現(xiàn)為雙腎出現(xiàn)大量大小不等的液性囊泡，囊腫進(jìn)行性增大，破壞了腎臟的正常結(jié)構(gòu)和功能，最終導(dǎo)致終末期腎衰竭。常染色體顯性多囊腎病除累及腎臟外，還可引起肝胰囊腫、心瓣膜病、結(jié)腸憩室和顱內(nèi)動(dòng)脈瘤等腎外病變。臨床最常見的多囊腎病是常染色體顯性多囊腎病，本文所提到的多囊腎病特指常染色體顯性多囊腎病。不同家族多囊腎病的進(jìn)展速度存在差異，在同一家族中的個(gè)體之間也存在差異。疾病進(jìn)展的速度受突變基因類型和突變位點(diǎn)的控制，同時(shí)還受環(huán)境因素的影響。具體進(jìn)展過程與囊腫的生長(zhǎng)、囊液的分泌和腎臟纖維化密切相關(guān)。

1 多囊腎病進(jìn)展的影響因素及監(jiān)測(cè)

1.1 多囊腎病進(jìn)展的影響因素 多囊腎病患者由于致病基因不同、發(fā)病機(jī)制差異、生活習(xí)慣及周圍環(huán)境等因素的影響，其臨床表現(xiàn)不盡相同，進(jìn)展速度也存在較大差異。疾病進(jìn)展速度的影響主要有以下幾個(gè)方面。

1.1.1 致病基因的類型 PKD1基因突變引起的多囊腎病進(jìn)展速度較PKD2基因突變引起的多囊腎病的進(jìn)展速度要快許多。一項(xiàng)基因差異性研究的結(jié)果表明，PKD1基因突變引起的多囊腎病患者，其出現(xiàn)高血壓和進(jìn)入終末期腎病的年齡要比PKD2基因突變引起的早十余年[2]。一項(xiàng)來自加拿大包括90個(gè)家族484名多囊腎病患者的研究表明，38%的PKD1基因突變多囊腎病患者和24%的PKD2基因突變患者進(jìn)入終末期腎??；PKD1基因突變患者進(jìn)入終末期腎病的平均年齡為48.9歲，而PKD2基因突變的患者進(jìn)入終末期腎病的平均年齡為70.2歲[3]。致病基因不同是多囊腎病患者疾病進(jìn)展的主要影響因素，疾病的嚴(yán)重程度也可以為多囊腎病致病基因的檢測(cè)提供幫助。

1.1.2 引起腎臟損傷的因素 多囊腎病雖是一種遺傳性腎臟疾病，但近期報(bào)道的3次打擊學(xué)說顯示，多囊腎病的腎臟在受到額外的打擊后，如一側(cè)腎臟受到缺血再灌注損傷，其囊腫的數(shù)目和增大速度顯著高于未受到損傷的對(duì)側(cè)，表明除遺傳外，腎臟再次損傷是多囊腎病進(jìn)展的重要影響因素[4]。

1.1.3 其他因素 性別也影響著多囊腎病的進(jìn)展速度，研究表明男性患者的腎臟總體積及囊腫體積表現(xiàn)出更快的增長(zhǎng)速率[5]。另外，生活習(xí)慣也會(huì)對(duì)多囊腎病的進(jìn)展產(chǎn)生影響。一項(xiàng)使多囊腎病動(dòng)物模型大鼠緩慢攝入咖啡因的研究顯示，咖啡因能加快多囊腎病疾病進(jìn)展[4]。故推測(cè)經(jīng)常攝入咖啡、巧克力等含有咖啡因的患者，其疾病進(jìn)展速度可能會(huì)加快，因此多囊腎病患者需限制攝入含咖啡因的物質(zhì)。

1.2 多囊腎病進(jìn)展的監(jiān)測(cè) 判斷多囊腎病的嚴(yán)重程度、監(jiān)測(cè)其進(jìn)展速度是多囊腎病研究的另一個(gè)重要方面。多囊腎病進(jìn)展速度的監(jiān)測(cè)主要有以下幾個(gè)方面：(1)腎功能監(jiān)測(cè)：應(yīng)用同位素檢測(cè)腎小球?yàn)V過率，或檢測(cè)傳統(tǒng)的腎功能指標(biāo)，如肌酐、尿素氮、半胱氨酸蛋白酶抑制物C等；(2)通過囊腫體積、腎臟體積的增大速度或囊腫體積和腎臟體積的比值來計(jì)算囊腫增長(zhǎng)的速度，從而監(jiān)測(cè)多囊腎病的進(jìn)展。

應(yīng)用腎小球?yàn)V過率、肌酐、尿素氮、半胱氨酸蛋白酶抑制物C等監(jiān)測(cè)多囊腎病進(jìn)展具有較大的局限性，多囊腎病患者只有在疾病發(fā)展多年后腎臟體積十分巨大時(shí)才出現(xiàn)血液生化異常。多項(xiàng)臨床影像學(xué)研究證實(shí)，囊腫增大是多囊腎病患者腎功能損傷的重要因素：一項(xiàng)大型的臨床多中心研究(Consortium for Radiologic Imaging Studies of Polycystic Kidney Disease，CRISP)發(fā)現(xiàn)，多囊腎病患者腎臟體積的增大速度取決于囊腫生長(zhǎng)速度，并與腎功能下降一致，呈持續(xù)性并可計(jì)量，腎體積快速增長(zhǎng)將導(dǎo)致更快的腎臟功能下降[6]。這些重要的研究結(jié)果證實(shí)監(jiān)測(cè)腎臟體積及囊腫增長(zhǎng)能有效地判斷多囊腎病患者疾病進(jìn)展及腎功能受損情況，其作用遠(yuǎn)優(yōu)于其他血液生化檢查指標(biāo)。有研究顯示，估算腎小球?yàn)V過率(eGFR)>70 ml/min的患者，總腎臟體積每年增加3.7%～9.5%[7]。

2 多囊腎病的進(jìn)展與腎臟纖維化

多囊腎病患者增大的腎臟囊腫周圍包繞著大量的間質(zhì)纖維化，同其他遺傳性或獲得性囊腫疾病一樣，多囊腎病的間質(zhì)纖維化已被證實(shí)。和腎小管間質(zhì)纖維化與慢性腎臟病進(jìn)展之間的關(guān)系類似，多囊腎病患者腎臟的纖維化程度與疾病的進(jìn)展速率相關(guān)，對(duì)患者進(jìn)入終末期腎病的發(fā)病年齡和發(fā)病率有著特殊的影響，但其具體的發(fā)病機(jī)制仍未明確。不同于慢性腎臟病，多囊腎病患者在疾病的發(fā)展過程中，乃至進(jìn)入終末期腎病時(shí)，其腎臟的囊腫襯里上皮細(xì)胞不斷增殖，間質(zhì)進(jìn)行性積聚、增多，因而腎臟呈進(jìn)行性增大，到晚期時(shí)顯著大于正常的腎臟。多囊腎病患者腎臟的纖維化是否和慢性腎臟病的纖維化有著相同的機(jī)制、是否由于基因(PKD1或PKD2基因)變異而具有疾病特異性，這些問題還有待進(jìn)一步研究。

目前對(duì)多囊腎病腎臟纖維化機(jī)制的研究相對(duì)較少，主要集中在生長(zhǎng)因子、細(xì)胞外基質(zhì)、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、炎癥、血管重建及缺血等方面。

2.1 生長(zhǎng)因子及纖維化信號(hào)通路的激活 在已經(jīng)報(bào)道的生長(zhǎng)因子中，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(TGF-β)與腎臟纖維化關(guān)系最為密切，其在人類和動(dòng)物的慢性腎臟病中表達(dá)均上調(diào)。慢性腎臟病進(jìn)展包括腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。腎小球硬化是慢性腎臟病腎小球?yàn)V過率下降的主要原因，3種主要的腎小球細(xì)胞(足細(xì)胞、系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞)參與了纖維化過程。已有研究證實(shí)TGF-β介導(dǎo)了慢性腎臟病進(jìn)展中一系列的關(guān)鍵事件，如成纖維細(xì)胞增殖、上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化、細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生以及腎小管上皮細(xì)胞死亡等[8]。TGF-β1信號(hào)通過交互的Ⅰ型和Ⅱ型受體激活不同的細(xì)胞內(nèi)途徑，包括Smad(Sma and mad-related protein-3)和非Smad信號(hào)通路。Smad信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路是經(jīng)典的TGF-β1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。在多囊腎病腎臟囊腫形成的初期TGF-β表達(dá)并不增多，而在多囊腎病患者和動(dòng)物模型囊腫擴(kuò)張的后期，TGF-β表達(dá)則逐漸增多，TGF-β-Smad 信號(hào)通路被激活，磷酸化Smad2核轉(zhuǎn)移增多，表明TGF-β在多囊腎病后期囊腫的進(jìn)展和腎臟纖維化中起到了重要作用[9]。特異性針對(duì)TGF-β信號(hào)通路進(jìn)行抗纖維化治療是一個(gè)潛在的分子治療策略。

最近研究顯示TGF-β1也可以激活多種非Smad信號(hào)通路[10]，包括促分裂素原活化蛋白激酶/細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(MAPK/ERK)和JNK/p38MAPK、小GTPase和P13K/Akt通路等，腎臟纖維化過程中這些信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路被激活。激活的MAPK/ERK信號(hào)通路可以通過上調(diào)熱休克蛋白47(HSP47)的表達(dá)來增強(qiáng)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的合成和積聚[11]；也可以影響轉(zhuǎn)錄因子Ets-1，使膠原蛋白的合成增多[12]，從而促進(jìn)腎臟纖維化進(jìn)展。MAPK/ERK的激活在多囊腎病細(xì)胞模型和動(dòng)物模型中均存在。在體外培養(yǎng)的多囊腎病患者腎臟囊腫襯里上皮細(xì)胞中可觀察到ERK的激活依賴于 B-Raf的cAMP激活。這些研究說明，MAPK/ERK信號(hào)通路的抑制可以減緩多囊腎病動(dòng)物模型的囊腫形成，減少纖維化，從而延緩多囊腎病進(jìn)展[13]。

2.2 細(xì)胞外基質(zhì) 多囊腎病的腎臟存在囊腫襯里上皮細(xì)胞進(jìn)行性增殖、細(xì)胞外基質(zhì)組成變化及基底膜厚度變化等。與正常腎臟相比，在人類多囊腎病腎臟的囊腫上皮中可觀察到層粘連蛋白、纖維連接蛋白、Ⅳ型膠原蛋白；在其基底膜上觀察到硫酸乙酰肝素蛋白多糖；在其周圍間質(zhì)中觀察到Ⅰ型膠原蛋白，而培養(yǎng)的多囊腎病上皮細(xì)胞在干燥的Ⅰ型膠原蛋白環(huán)境下能分泌一種獨(dú)特的類似蛋白質(zhì)球的細(xì)胞外基質(zhì)[14]。在終末期多囊腎病的腎臟中，成纖維細(xì)胞的聚集和膠原蛋白小纖維可引起間質(zhì)分隔擴(kuò)張。有研究證實(shí)間質(zhì)膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ及基底膜膠原蛋白Ⅳ的表達(dá)明顯增高，免疫熒光分析顯示這些蛋白主要表達(dá)于環(huán)繞小囊腫的基底膜結(jié)構(gòu)和終末期多囊腎病腎臟間質(zhì)中的成纖維細(xì)胞。近期研究表明多囊腎病腎臟纖維化的進(jìn)展以局限性改變?yōu)樘卣鱗9]。另外，多囊腎病斑馬魚模型的相關(guān)研究顯示，多囊蛋白可直接調(diào)控膠原蛋白的產(chǎn)生，多囊蛋白的功能喪失可引起膠原蛋白的過量產(chǎn)生[15]。

基質(zhì)轉(zhuǎn)換的調(diào)控維持著細(xì)胞外基質(zhì)的完整性和數(shù)量。基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)是一組分泌性的膜結(jié)合鋅依賴性內(nèi)肽酶，目前該家族已經(jīng)分離鑒別出26個(gè)成員(MMP1～26)。MMPs能降解多種底物，在細(xì)胞外基質(zhì)的轉(zhuǎn)換中起著關(guān)鍵作用。研究證實(shí)，在多囊腎病動(dòng)物模型中表達(dá)于囊腫襯里上皮細(xì)胞的主要是MMP-14，而其特異性抑制劑，組織金屬蛋白酶抑制劑-2(TIMP-2)幾乎完全在成纖維細(xì)胞表達(dá)，MMP-14和TIMP-2基因的調(diào)控失衡，在多囊腎病早期促進(jìn)囊腫的擴(kuò)大。同時(shí)由于TIMP-2基因的表達(dá)增多，抑制了囊腫周圍間質(zhì)中MMPs降解基質(zhì)的作用，因此在多囊腎病后期促進(jìn)了纖維化的進(jìn)展[16]。

2.3 上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT) EMT是一個(gè)已分化的上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變表型的過程，從而使產(chǎn)生基質(zhì)的成纖維細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞增多，EMT經(jīng)常發(fā)生于慢性間質(zhì)炎癥之前，與慢性間質(zhì)炎癥關(guān)系密切，其原因可能是上皮細(xì)胞處于惡劣或改變的微環(huán)境時(shí)做出的適應(yīng)性反應(yīng)。有研究表明，除腎小管上皮細(xì)胞外內(nèi)皮細(xì)胞和腎小球足細(xì)胞在損傷后也會(huì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。一些細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如TGFβ/Smad、整合素連接激酶(ILK)和 Wnt/β-catenin等參與了EMT的過程[17]。腎小管上皮細(xì)胞失去極性并拉長(zhǎng)，通過損傷的基底膜移向管周間質(zhì)，并大量增殖，引起腎小管間質(zhì)的纖維化。EMT主要包括4個(gè)關(guān)鍵步驟：(1)上皮細(xì)胞黏附性喪失；(2)α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-SMA)的改變；(3)腎小管基底膜的破壞；(4)細(xì)胞遷移和侵襲的加強(qiáng)[18]。目前EMT在多囊腎病腎臟纖維化中所起作用的研究還很少。最近有研究應(yīng)用免疫組化的方法分析了多囊腎病腎臟中上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化相關(guān)的標(biāo)志物，結(jié)果顯示多囊腎病患者腎臟出現(xiàn)間質(zhì)纖維化及α-SMA陽性肌成纖維細(xì)胞，囊腫腎小管上皮細(xì)胞失去了上皮細(xì)胞的標(biāo)志蛋白(E-鈣黏蛋白)，而表達(dá)了肌成纖維細(xì)胞的標(biāo)志蛋白(α-SMA，波形蛋白)，提示EMT可能在多囊腎病腎臟纖維化中起著一定作用[19]。

2.4 炎癥、血管重建與缺氧 囊腫襯里上皮細(xì)胞中纖溶酶原激活物抑制劑(PAI-1)表達(dá)增多，而PAI-1的表達(dá)與腎臟纖維化-間質(zhì)巨噬細(xì)胞和肌成纖維細(xì)胞等關(guān)鍵細(xì)胞效應(yīng)的召集有關(guān)[20]。纖維化的一個(gè)標(biāo)志就是存在持續(xù)的炎癥狀態(tài)，而在PKD1基因致病的腎臟囊腫中發(fā)現(xiàn)免疫/炎癥應(yīng)答相關(guān)的基因大量表達(dá)[21]。

管周毛細(xì)血管的丟失和組織缺氧是慢性腎臟病腎小管間質(zhì)纖維化的特征，而管周毛細(xì)血管損傷由腎小球損傷所致。研究表明，在多囊腎病腎臟囊腫的囊壁中有廣泛的毛細(xì)血管網(wǎng)絡(luò)，并存在血管畸形。研究發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體2(VEGFR-2)、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子受體165在腎臟囊腫細(xì)胞中表達(dá)。體外培養(yǎng)的多囊腎病囊腫襯里上皮細(xì)胞分泌的血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子165、基質(zhì)MMP-2和整合素αvβ 3在多囊腎病血管共表達(dá)。這些發(fā)現(xiàn)說明，在多囊腎病中存在著血管生成的過程，而研究中在間質(zhì)纖維化區(qū)域觀察到了扭曲和擴(kuò)張的血管[22]。類似的血管活性因子的失衡能夠促進(jìn)纖維化的進(jìn)展，并影響到多囊腎病疾病的進(jìn)展。

研究發(fā)現(xiàn)多囊腎病腎臟中促紅細(xì)胞生成素(EPO)與間質(zhì)血管相對(duì)增多，EPO和一些血管活性因子由低氧誘導(dǎo)因子(HIFs)調(diào)節(jié)。研究表明，人類多囊腎病和多囊腎病大鼠模型中HIF的表達(dá)增多可引起EPO升高，從而對(duì)多囊腎病的進(jìn)展產(chǎn)生影響[23]。另外，PKD1基因致病的多囊腎病腎臟囊腫中大量表達(dá)與缺氧、衰老、免疫/炎癥應(yīng)答相關(guān)的基因[21]。最近對(duì)人類和嚙齒動(dòng)物的研究發(fā)現(xiàn)，腎臟的氧化應(yīng)激反應(yīng)先于基質(zhì)積聚，表明缺氧可能促發(fā)和增強(qiáng)纖維化反應(yīng)。體外研究也顯示，缺氧能引起腎小管間質(zhì)細(xì)胞的前纖維化改變[24]。

抑制囊腫和腎臟體積的增大可減少正常腎小管的受損，從而延緩進(jìn)入終末期腎臟疾病。腎臟纖維化是影響多囊腎病進(jìn)展的另一個(gè)重要因素，因此阻止或減慢腎臟纖維化也可以延緩多囊腎病的進(jìn)展。多囊腎病與慢性腎臟病的纖維化在機(jī)制方面存在某些共同點(diǎn)，對(duì)慢性腎臟病纖維化的研究可以指導(dǎo)多囊腎病腎臟纖維化的研究。但在多囊腎病中，基因缺陷會(huì)導(dǎo)致特異的疾病進(jìn)展過程，對(duì)多囊腎病腎臟纖維化的深入研究可為抗纖維化治療提供新的干預(yù)靶點(diǎn)。

3 結(jié)語

未來多囊腎病的治療策略將是多方面、多靶點(diǎn)的聯(lián)合治療，不僅著眼于減緩囊腫生長(zhǎng)和囊液分泌的速度，同時(shí)也要對(duì)腎臟纖維化進(jìn)行干預(yù)，從而延緩多囊腎病的進(jìn)展。

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