炎癥在急性腎損傷向慢性腎臟病轉(zhuǎn)變中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展

韓曉麗，喬晞

1山西醫(yī)科大學(xué),太原030001；2山西醫(yī)科大學(xué)第二臨床醫(yī)院

急性腎損傷(AKI)是由多種病因引起的腎功能快速下降而出現(xiàn)的復(fù)雜臨床綜合征，其發(fā)病率逐年上升，病死率居高不下，是腎臟病中的急危重癥。既往觀點認(rèn)為，AKI后腎功能恢復(fù)的患者遠(yuǎn)期預(yù)后良好。但近年研究證明，AKI是引起慢性腎臟病(CKD)的重要原因，AKI增加了CKD的風(fēng)險[1]。目前AKI向CKD轉(zhuǎn)變的機(jī)制尚未闡明，因此缺乏有效的干預(yù)手段。研究認(rèn)為，炎癥在AKI向CKD轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮重要作用。AKI發(fā)生后會持續(xù)觸發(fā)炎性反應(yīng)，通過激活炎癥信號通路[2]，導(dǎo)致腎臟纖維化。因此，研究AKI后炎癥發(fā)生機(jī)制對早期發(fā)現(xiàn)、早期治療AKI及抑制AKI向CKD 的進(jìn)展有重要意義?，F(xiàn)就炎癥在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的作用及機(jī)制研究進(jìn)展綜述如下。

1 炎癥在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的作用

AKI是一種炎性疾病。最近的臨床和實驗研究表明，AKI引起慢性炎癥和腎臟纖維化[3]。AKI后腎臟存在持續(xù)慢性炎癥反應(yīng)，即使腎功能部分或完全恢復(fù)，炎癥因子均有一定程度升高。Basile等[4]對大鼠單側(cè)腎臟缺血再灌注損傷(IRI)模型的研究發(fā)現(xiàn)，AKI后持續(xù)炎癥反應(yīng)與患側(cè)腎臟密切相關(guān)，摘除患側(cè)腎臟后，炎癥反應(yīng)明顯減弱，并且CKD的發(fā)病率也隨之下降。Zager等[5]研究發(fā)現(xiàn)，小鼠單側(cè)IRI 3周后腎組織中促炎細(xì)胞因子如單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α)增多，而抗炎細(xì)胞因子如血紅素氧化酶-1(HO-1)、白細(xì)胞介素-10(IL-10)減少，導(dǎo)致促炎與抗炎反應(yīng)間的不平衡，從而引發(fā)腎臟炎癥，進(jìn)一步加重腎損傷。以上研究均證明，炎癥在AKI-CKD轉(zhuǎn)變過程中起重要作用。

2 AKI向CKD轉(zhuǎn)變中發(fā)揮作用的相關(guān)炎癥細(xì)胞和炎性因子

AKI后炎癥反應(yīng)的發(fā)生主要通過炎性細(xì)胞浸潤而實現(xiàn)[6]。炎性細(xì)胞浸潤于腎組織，通過釋放炎性因子激活相關(guān)信號通路產(chǎn)生炎癥反應(yīng)，進(jìn)一步加重腎損傷。

2.1 AKI后與CKD轉(zhuǎn)變相關(guān)的炎癥細(xì)胞

2.1.1 中性粒細(xì)胞 研究發(fā)現(xiàn)，IRI或腎毒性損傷導(dǎo)致的AKI時，腎臟中中性粒細(xì)胞浸潤顯著增加[1]。在順鉑誘導(dǎo)的小鼠AKI模型中,浸潤的中性粒細(xì)胞促進(jìn)IL-6、IL-1β和IL-18表達(dá)增加，引發(fā)炎癥反應(yīng)加重腎損傷[7]。此外，中性粒細(xì)胞浸潤于受損部位，還可通過釋放大量彈性蛋白酶和溶酶體參與炎癥反應(yīng)，但確切機(jī)制有待深入研究。

2.1.2 單核巨噬細(xì)胞 AKI損傷早期即出現(xiàn)巨噬細(xì)胞募集與活化，大量的巨噬細(xì)胞通過分泌細(xì)胞因子促進(jìn)炎癥反應(yīng)，加重腎損傷發(fā)生。研究發(fā)現(xiàn)，巨噬細(xì)胞在損傷早期分化為促炎表型M1[8]，在損傷發(fā)生后即遷移至腎臟壞死細(xì)胞部位并產(chǎn)生促炎因子導(dǎo)致AKI；而在修復(fù)期，巨噬細(xì)胞變成抗炎表型M2，主要參與抗炎反應(yīng)并促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞增生，參與急性期的損傷修復(fù)。但M2型巨噬細(xì)胞的持續(xù)浸潤會導(dǎo)致CKD的發(fā)生。

2.1.3 樹突狀細(xì)胞(DC) DC是一種重要的免疫細(xì)胞，在腎臟中主要分布于腎小管間質(zhì)。AKI后DC在趨化因子作用下從腎小管間質(zhì)進(jìn)入腎臟淋巴組織，通過產(chǎn)生TNF、IL-6、MCP-1，加重腎損傷[9]。此外，缺血缺氧性腎損傷后，長時間低氧促進(jìn)DC成熟并在成熟因子協(xié)助下誘導(dǎo)T細(xì)胞免疫反應(yīng)，通過分泌細(xì)胞因子、活化巨噬細(xì)胞等效應(yīng)細(xì)胞以及誘導(dǎo)抗體產(chǎn)生，進(jìn)一步加重腎損傷。

2.1.4 淋巴細(xì)胞 淋巴細(xì)胞，尤其是CD4+T細(xì)胞，亦參與AKI的病理生理過程。AKI后大量T細(xì)胞轉(zhuǎn)移至損傷部位，通過調(diào)節(jié)其他免疫細(xì)胞及分泌炎癥因子,參與AKI的損傷過程。研究顯示，小鼠腎臟IRI后6周，腎臟出現(xiàn)萎縮，病理表現(xiàn)為腎小管受損及腎間質(zhì)纖維化，同時腎臟T細(xì)胞數(shù)量顯著增多，并分泌大量炎癥因子和趨化因子，產(chǎn)生炎癥反應(yīng)[10]，進(jìn)一步損害腎功能。

此外，T細(xì)胞的不同亞群在AKI腎損傷中起不同作用。Th1細(xì)胞、Th17在加重腎損傷中起主要作用。Th1主要分泌IFN-γ，通過信號傳導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活因子-4(STAT4)介導(dǎo)細(xì)胞免疫反應(yīng)加重腎損傷。Th17是新發(fā)現(xiàn)的一類CD4+T細(xì)胞亞類。初始T細(xì)胞在TGF-β和IL-6的刺激下，通過維甲酸相關(guān)孤核受體γT(ROR-γT)依賴途經(jīng)分化成Th17細(xì)胞。Th17 細(xì)胞通過分泌IL-17和IL-23等炎癥因子，誘導(dǎo)中性粒細(xì)胞浸潤腎臟，加重AKI后的炎癥反應(yīng)。在IRI和膿毒血癥AKI模型中，敲除IL-17A 基因能顯著抑制腎臟中性粒細(xì)胞浸潤和腎小管壞死，并保護(hù)腎功能[11]。最新研究顯示，特異性敲除CD4+T細(xì)胞內(nèi)NF-κB抑制物激酶β會導(dǎo)致腎組織中趨化因子CCL20分泌增多，趨化大量Th17細(xì)胞浸潤于腎臟，誘導(dǎo)TNF-β、IL-1β等炎癥因子分泌，加重腎臟炎癥反應(yīng)[12]。

2.1.5 自然殺傷(NK)細(xì)胞 NK細(xì)胞是一類天然存在的具有自然殺傷細(xì)胞功能的淋巴細(xì)胞。它們直接殺死受感染的細(xì)胞并產(chǎn)生多種細(xì)胞因子，包括IFN-γ和TNF。NK細(xì)胞被認(rèn)為在IRI后腎損傷中通過分泌細(xì)胞因子激活巨噬細(xì)胞和中性粒細(xì)胞，促進(jìn)炎癥的發(fā)生，加重腎損傷。另有報道，NK細(xì)胞可通過介導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡加重腎損傷。關(guān)于NK細(xì)胞在AKI向CKD轉(zhuǎn)變過程中的作用的報道較少，具體機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

2.1.6 腎小管上皮細(xì)胞 AKI發(fā)生時，部分腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)，分泌促炎和促纖維化因子，啟動炎癥和纖維化反應(yīng)[13]。已有研究表明，腎損傷激活的鋅脂蛋白轉(zhuǎn)錄因子(Snai1)和Twist1(一種關(guān)鍵的EMT誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子)可誘導(dǎo)EMT。單側(cè)輸尿管梗阻的AKI模型中[14]，與對照組相比，近端小管上皮細(xì)胞特異性Snai1基因敲除動物的炎癥反應(yīng)明顯減弱。上皮細(xì)胞廣泛受損、炎性細(xì)胞浸潤、成纖維細(xì)胞和表達(dá)α-平滑肌肌動蛋白(α-SMA)的肌成纖維細(xì)胞增生，致使受損細(xì)胞外基質(zhì)重塑不良、修復(fù)失調(diào)，造成持續(xù)的慢性炎癥和纖維化，促進(jìn)AKI 進(jìn)展為CKD。

2.1.7 內(nèi)皮細(xì)胞 腎臟IRI后，內(nèi)皮細(xì)胞轉(zhuǎn)變成纖維表型遷移至腎間質(zhì)，通過破壞微血管完整性使內(nèi)皮細(xì)胞功能受損。損傷的內(nèi)皮細(xì)胞釋放大量MCP，MCP激活并誘導(dǎo)單核巨噬細(xì)胞浸潤于血管損傷部位，通過釋放多種炎性介質(zhì)引發(fā)炎癥聯(lián)級反應(yīng)，使內(nèi)皮功能紊亂。由于內(nèi)皮細(xì)胞的再生能力有限，內(nèi)皮細(xì)胞損傷和丟失的嚴(yán)重程度可能決定腎臟損傷是否可逆。

2.2 AKI后與CKD轉(zhuǎn)變相關(guān)的炎癥因子

2.2.1 IL-6 IL-6在免疫炎癥中起重要作用。Kielar等[15]研究發(fā)現(xiàn)，腎缺血損傷后腎臟IL-6合成增加主要來源于巨噬細(xì)胞。IL-6通過激活STAT3促進(jìn)MCP-1基因表達(dá)，調(diào)節(jié)IL-1β和TNF-α，從而增強(qiáng)機(jī)體炎癥反應(yīng)。

2.2.2 轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β) TGF-β正常表達(dá)時能抑制炎癥和細(xì)胞增生、調(diào)節(jié)細(xì)胞生長分化和免疫，而過度表達(dá)則引起炎癥和纖維化。AKI時巨噬細(xì)胞產(chǎn)生大量TGF-β，其持續(xù)高表達(dá)TGF-β/ Smad3通路異常激活，誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞凋亡和細(xì)胞外基質(zhì)沉積，引起腎臟纖維化和炎癥。

2.2.3 TNF TNF是一種重要的炎癥因子。AKI發(fā)生時，巨噬細(xì)胞及樹突狀細(xì)胞均可產(chǎn)生TNF。研究顯示，腫瘤壞死因子樣凋亡微弱誘導(dǎo)劑(TWEAK)是TNF超家族的新成員之一，是一種新型的調(diào)節(jié)腎小管上皮細(xì)胞CXC趨化因子配體16(CXCL16)表達(dá)的調(diào)控因子[16]。AKI后腎臟中成纖維細(xì)胞生長因子誘導(dǎo)-14(Fn14)表達(dá)增加，TWEAK通過與其受體Fn14結(jié)合激活TWEAK/Fn14信號通路，調(diào)控腎小管上皮細(xì)胞CXCL16表達(dá)增加，CXCL16通過激活核因子κB(NF-κB)通路趨化T細(xì)胞及NK細(xì)胞向炎癥和損傷部位募集，促進(jìn)炎癥反應(yīng)加重腎損傷。

3 炎癥在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的作用機(jī)制

3.1 細(xì)胞死亡 AKI(包括缺血性損傷和腎毒性損傷)后，與細(xì)胞死亡相關(guān)的Nlrp3(Nlrp3)炎性小體表達(dá)增加。Nlrp3炎性小體使半胱天冬酶-1前體(pro-caspase-1)激活為活化的caspase-1，并介導(dǎo)IL-1β和IL-18的成熟及釋放，由此啟動Nlrp3-caspase-1介導(dǎo)的細(xì)胞死亡過程[17]。然而，細(xì)胞死亡亦可通過識別損傷相關(guān)分子模式(DAMPs)啟動信號級聯(lián)反應(yīng)并促進(jìn)大量炎癥因子釋放，產(chǎn)生強(qiáng)烈的炎癥反應(yīng)，形成細(xì)胞死亡—炎癥的惡性循環(huán)[18]。此外，DAMPs可激活組織中的Toll樣受體(TLRs)，其中僅表達(dá)于單核巨噬細(xì)胞的TLR4可激活下游髓樣分化因子88(MyD88)依賴的TLR4/MyD88信號通路，刺激炎癥因子的合成及釋放，誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，阻礙腎組織的正常修復(fù)過程，最終導(dǎo)致腎臟纖維化。

3.2 細(xì)胞周期阻滯 細(xì)胞周期阻滯在G2/M期是AKI后CKD發(fā)生的重要機(jī)制。當(dāng)發(fā)生反復(fù)和嚴(yán)重的損傷時，腎小管上皮細(xì)胞出現(xiàn)異常修復(fù)，細(xì)胞周期阻滯于G2/M期，產(chǎn)生促炎和促纖維化因子，通過旁分泌途徑作用周圍周細(xì)胞和成纖維細(xì)胞。Yang等[19]認(rèn)為，AKI發(fā)生時，諸多近端腎小管細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞周期，并被阻滯于G2/M期，并通過激活c-Jun基末端激酶(JNK)信號瀑布，誘導(dǎo)局部和全身炎癥反應(yīng)，釋放促炎細(xì)胞因子、破壞組織結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步促進(jìn)G2/M期阻滯，促進(jìn)增殖和纖維化相關(guān)因子釋放，啟動慢性炎癥過程，導(dǎo)致腎臟纖維化和持續(xù)性腎功能障礙。

3.3 微血管損傷 研究顯示，小動脈和毛細(xì)血管是AKI血管損傷的主要靶點[20]。AKI后持續(xù)的炎癥反應(yīng)，通過釋放炎性介質(zhì)使得內(nèi)皮細(xì)胞表面黏附分子高表達(dá)。高表達(dá)內(nèi)皮細(xì)胞白細(xì)胞黏附分子1(ELAM-1)、細(xì)胞間黏附分子1(ICAM-1)、血管細(xì)胞黏附分子1(VCAM-1)可促進(jìn)中性粒細(xì)胞、淋巴細(xì)胞和單核細(xì)胞黏著，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能受損，加重腎損傷。微血管稀疏是AKI的一種重要病理特征，可導(dǎo)致組織缺氧。Friederich-Persson等[21]對腎缺氧誘導(dǎo)的AKI模型研究表明，僅腎臟缺氧就足以增加尿蛋白排泄、波形蛋白表達(dá)和炎癥細(xì)胞浸潤。低氧誘導(dǎo)因子(HIF)是細(xì)胞對低氧反應(yīng)的主要調(diào)控因子[22]。Kapitsinou等[23]在小鼠AKI模型中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮細(xì)胞HIF2的缺乏增加了損傷相關(guān)的炎癥和纖維化。這可能是一個新的治療靶點。

3.4 免疫衰老 老年患者是AKI和CKD的高危人群。越來越多的流行病學(xué)研究顯示，老齡化的存在可嚴(yán)重增加AKI向CKD進(jìn)展的風(fēng)險，慢性炎癥亦越來越成為這一轉(zhuǎn)變過程的重要因素。隨著年齡的增長，人體細(xì)胞發(fā)生衰老，成為引發(fā)炎癥的另一個原因。

最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，Nlrp3炎性小體是與年齡相關(guān)的炎性小體[9]。隨著年齡的增長，衰老細(xì)胞會持續(xù)觸發(fā)Nlrp3炎癥小體釋放。在大鼠腹腔感染性膿毒癥AKI模型中，NIrp3炎性小體通過激活磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B(PI3K/AKT)通路使其下游炎癥因子IL-1β和IL-18釋放增加而加重機(jī)體的炎癥反應(yīng)，從而加重膿毒性AKI。此外，AKI后，在老年小鼠腎臟中形成多個三級淋巴組織(TLTs)，TLT是一種誘導(dǎo)型的異位淋巴組織，在各種病理性的慢性炎癥條件下形成，如自身免疫、慢性排斥和感染[24]。TLT啟動炎癥部位免疫反應(yīng)，產(chǎn)生大量IFN和TNF等促炎細(xì)胞因子，導(dǎo)致腎實質(zhì)損傷。

α-klotho是公認(rèn)的抗衰老因子[25]，在遠(yuǎn)曲腎小管上皮細(xì)胞中高表達(dá)[26]。AKI后Klotho 蛋白表達(dá)明顯減少導(dǎo)致抗炎作用減弱，進(jìn)一步加重腎損傷。

4 針對炎癥的靶向干預(yù)

盡管人們對AKI-CKD的轉(zhuǎn)變機(jī)制進(jìn)行了廣泛研究，但抑制AKI進(jìn)展到CKD的治療效果并未顯著提高。有報道稱，AKI后腎臟修復(fù)開始時，巨噬細(xì)胞炎癥表型轉(zhuǎn)變?yōu)榭寡妆硇偷慕橘|(zhì)可能是潛在的治療靶點[27]。α-klotho表達(dá)減少可加速細(xì)胞和組織的衰老過程，抑制其表達(dá)的下降從而增強(qiáng)其抗炎作用可能在AKI后的修復(fù)階段起重要作用。因此，α-klotho的高表達(dá)可能是阻斷AKI-CKD的潛在治療方法，但需進(jìn)一步證實。內(nèi)源性HIF在AKI過程中發(fā)揮細(xì)胞特異性保護(hù)作用。Zhang等[28]證明，在NKT細(xì)胞中，HIF2限制NKT細(xì)胞的細(xì)胞毒性并抑制炎癥，說明內(nèi)源性HIF可在AKI-CKD過程中發(fā)揮細(xì)胞特異性保護(hù)作用。因此激活HIF帶來的抗炎作用，將是一個潛在的治療靶點。目前仍沒有抑制AKI-CKD這一轉(zhuǎn)變過程的可靠措施。因此，開發(fā)新的靶向干預(yù)治療措施仍是重要的研究目標(biāo)。

綜上所述，AKI后即使腎臟功能完全恢復(fù)，亦可能進(jìn)展為CKD。AKI后細(xì)胞死亡、細(xì)胞周期阻滯、微血管損傷及免疫衰老導(dǎo)致的慢性炎癥均在AKI向CKD的轉(zhuǎn)變過程中發(fā)揮重要作用，但炎癥的具體作用機(jī)制復(fù)雜，有待進(jìn)一步深入研究。盡管在發(fā)病機(jī)制這一領(lǐng)域進(jìn)行了廣泛研究，靶向干預(yù)AKI-CKD的治療措施并未顯著改善AKI預(yù)后，開發(fā)新的治療措施仍是值得深入研究的課題。