信號通路在腎纖維化發(fā)生機(jī)制中作用的研究進(jìn)展

敬雪明，張詩琬，喻雪琴，陳芳，梅怡晗

1 川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院，四川南充637000；2 首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院

腎纖維化(RIF)是單一或多因素長期或反復(fù)致腎損傷后的一種病理結(jié)果，其主要病理特征是細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)過度沉積，本質(zhì)是受損后的腎組織纖維化[1]。RIF的發(fā)生發(fā)展涉及多致病因素、多信號通路的單一或共同作用，對與RIF相關(guān)信號通路的作用機(jī)制進(jìn)行探索，有助于對RIF發(fā)生機(jī)制的了解，并為其診斷治療提供理論依據(jù)?，F(xiàn)對與RIF發(fā)生發(fā)展相關(guān)的部分信號通路的作用機(jī)制綜述如下。

1 TGF-β/Smad信號通路在RIF發(fā)生中的作用

1.1 TGF-β/Smad信號通路對RIF發(fā)生的直接影響 在受到炎癥、缺血、缺氧等致病因素作用后，腎臟可誘導(dǎo)靶細(xì)胞產(chǎn)生TGF-β，而TGF-β可刺激成纖維細(xì)胞、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)等形成并促進(jìn)ECM合成。在RIF形成過程中，TGF-β作為TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)和調(diào)控ECM形成的啟動因子，其中TGF-β1、TGF-β2和 TGF-β3為TGF-β的3種亞型，都是通過旁分泌或自分泌模式到達(dá)相應(yīng)的靶細(xì)胞而發(fā)揮其作用。這3種亞型在體外功能相似，體內(nèi)生物學(xué)作用差異明顯。TGF-β1主要存在于腎組織內(nèi)，TGF-β主要是通過TGF-β1與TβRⅠ受體結(jié)合，活化受體胞內(nèi)絲氨酸/蘇氨酸激酶蛋白并將生物信息傳遞致細(xì)胞內(nèi)，致胞內(nèi)-核信息分子Smad2、3磷酸化并活化[2,3]；活化的Smad2/3與Smad4結(jié)合為三聚體進(jìn)入胞核內(nèi)，誘導(dǎo)并促進(jìn)整合素連接激酶(ILK)、基質(zhì)金屬蛋白激酶2(MMP-2)和α肌動蛋白(α-SMA)水平高表達(dá)來發(fā)揮促RIF作用[4]。有實驗研究結(jié)果顯示[5]，上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-鈣黏蛋白在TGF-β1作用下其水平下調(diào)明顯，這可能與TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)和促進(jìn)了EMT發(fā)生相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，Sorafenib具有明顯的抗RIF作用，其抗RIF作用主要通過TGF-β/Smad信號通路來實現(xiàn)，表現(xiàn)為α-SMA水平低表達(dá)、E-鈣黏蛋白高表達(dá)；并發(fā)現(xiàn)Sorafenib能對Smad3磷酸化發(fā)揮直接的抑制作用，從而發(fā)揮對ECM形成的抑制作用，進(jìn)而發(fā)揮其抗RIF作用[6]。

1.2 TGF-β/Smad信號通路對RIF相關(guān)信號通路或細(xì)胞因子水平的調(diào)節(jié)

1.2.1 對骨成型蛋白7(BMP-7)/Smad信號通路的影響 BMP-7為TGF-β家族成員之一，在健康成人腎組織和循環(huán)血中高表達(dá)。在機(jī)體處于炎癥、缺血、缺氧等狀態(tài)時，腎病患者循環(huán)血中BMP-7低水平表達(dá)；在機(jī)體處于炎癥、缺血、缺氧等狀態(tài)后的修復(fù)期時，其循環(huán)血中BMP-7水平逐漸恢復(fù)至健康人群水平。在通過對大鼠單側(cè)輸尿管結(jié)扎(UUO)后的研究發(fā)現(xiàn)，BMP-7能通過降低TGF-β1介導(dǎo)的促RIF能力而發(fā)揮抗RIF作用[7]。這與BMP-7與BMPRⅠ、BMPRⅡ受體結(jié)合后的Smad1/5/8磷酸化，阻斷其與Smad2/3 Smad4結(jié)合或活化的Smad1與Smad4結(jié)合而發(fā)揮對miR-29/200水平調(diào)節(jié)相關(guān)，顯示BMP-7/Smad通過對TGF-β/Smad信號通路調(diào)節(jié)發(fā)揮了抑制ECM形成的抗RIF作用[8]。

1.2.2 對結(jié)締組織生長因子(CTGF)水平的調(diào)節(jié) 研究發(fā)現(xiàn)，CTGF為TGF-β/Smad信號通路介導(dǎo)RIF發(fā)生的一個下游多肽分子，具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞增生、ECM形成的功能。研究發(fā)現(xiàn)，TGF-β的TGF-β1亞型是通過TGF-β1/Smad信號通路促進(jìn)下游分子CTGF高表達(dá)后導(dǎo)致ECM形成與RIF發(fā)生的，同時調(diào)節(jié)CTGF水平表達(dá)能起到調(diào)控RIF的作用[9]。實驗研究顯示，TGF-β1主要通過其下游分子CTGF介導(dǎo)來發(fā)揮其促RIF作用，同時CTGF又對TGF-β1水平起調(diào)控作用[10]。在體外培養(yǎng)的人結(jié)膜成纖維細(xì)胞中，于培養(yǎng)液中加入TGF-β1，CTGF及ECM中的Ⅰ型膠原蛋白、纖連蛋白等表達(dá)水平降低，顯示CTGF對TGF-β1功能發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用。

TGF-β與CTGF間的互調(diào)主要通過對其轉(zhuǎn)錄水平的調(diào)節(jié)來完成，CTGF可能與TGF-β及Smad蛋白的激活相關(guān)，TGF-β對CTGF活化發(fā)揮正向調(diào)節(jié)作用；活化的Smad3對TGF-β1促進(jìn)CTGF蛋白合成發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，并且CTGF也可與TGF-β1直接結(jié)合以增強(qiáng)其與相應(yīng)受體的結(jié)合能力來對TGF-β1/Smad信號通路進(jìn)行活化。這表明CTGF可通過TGF-β/Smad信號通路來促進(jìn)RIF的發(fā)生，CTGF是TGF-β誘導(dǎo)Smad1細(xì)胞外信號調(diào)控激酶磷酸化所必需的信號分子。

2 Notch信號通路在RIF發(fā)生中的作用

Notch因喪失某些功能突變在果蠅的翅膀周緣造成“缺刻”而命名[11]，現(xiàn)已分離出4種同源型Notch基因；Notch-1、2、3多表達(dá)于腎等器官中，Notch-4僅表達(dá)于巨噬系統(tǒng)及上皮細(xì)胞膜上。其中Notch-1和Notch-2的磷酸化位點(diǎn)具有鏈接其他信號通路的作用[12]，發(fā)揮著細(xì)胞間信號傳導(dǎo)和對細(xì)胞增殖、活化、轉(zhuǎn)化與凋亡的調(diào)節(jié)作用[11]。Notch信號通路表達(dá)異常與高血壓腎病、糖尿病腎病等腎臟疾病的發(fā)生相關(guān)，并與RIF的發(fā)生關(guān)系密切，

2.1 Notch-1與RIF Notch-1在高血壓及糖尿病腎病等患者的腎組織及循環(huán)血中高表達(dá)，足細(xì)胞膜中Notch-1高表達(dá)并與蛋白尿水平及腎小球纖維化程度呈正相關(guān)。在慢性腎病患者中，Notch-1高表達(dá)可導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化發(fā)生和加重。研究發(fā)現(xiàn)[13]，下調(diào)或阻斷糖尿病腎病小鼠Notch-1表達(dá)，可使其蛋白尿水平下調(diào)或消失，從而改善腎小球系膜細(xì)胞增生并延遲或阻斷RIF的發(fā)生；同時，在TGF-β誘導(dǎo)后的足細(xì)胞轉(zhuǎn)分化過程中，阻斷Notch-1可下調(diào)小鼠足細(xì)胞標(biāo)志物nephrin-1和nephrin-2蛋白的丟失程度。研究顯示，高表達(dá)Notch-1后，可促進(jìn)TGF-β/Smad信號通路誘導(dǎo)糖尿病大鼠腎小球中的血管內(nèi)皮生長因子高表達(dá)，抑制足細(xì)胞及nephrin-1和nephrin-2蛋白的表達(dá)，促進(jìn)了ECM合成與RIF的發(fā)生[14]。有研究表明，上調(diào)胞內(nèi)Notch-1水平后，可通過活化的p53來促進(jìn)足細(xì)胞凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致大鼠蛋白尿形成及RIF發(fā)生[15]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[16]，激活的Notch-1可通過其他信號分子與信號通路來增強(qiáng)足細(xì)胞膜表面胞飲蛋白水平和能力，以強(qiáng)化nephrin蛋白的胞吞作用，進(jìn)而導(dǎo)致足細(xì)胞間裂孔隔膜受損、ECM過度發(fā)生與沉積，從而促進(jìn)RIF發(fā)生。

2.2 Notch-2與RIF 研究發(fā)現(xiàn)，在阿霉素誘導(dǎo)建立的小鼠足細(xì)胞損傷模型中，以Notch-2干預(yù)小鼠7、14、21 d后，其蛋白尿、RIF程度、足細(xì)胞凋亡數(shù)量均顯著下調(diào)，顯示Notch-2具有抗RIF作用[17]。在糖尿病小鼠模型中，Notch-1高表達(dá)可誘導(dǎo)或加重小鼠蛋白尿形成而導(dǎo)致RIF發(fā)生；在高表達(dá)Notch-2小鼠模型中，其腎小球表型發(fā)生明顯變化，其中Notch-2發(fā)揮的抗RIF作用可能與TGF-β受抑制相關(guān)。在RIF的EMT形成過程中，腎固有細(xì)胞活化致TGF-β、PDGF、CTGF等高表達(dá)而導(dǎo)致RIF發(fā)生，并使α-SMA在間質(zhì)中過度沉積，上皮細(xì)胞的標(biāo)志蛋白E-鈣黏蛋白低表達(dá)。體外實驗顯示，Notch-2表達(dá)水平與抑制TGF-β誘導(dǎo)成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化呈正相關(guān)，與α-SMA水平呈負(fù)相關(guān)，其抗RIF作用可能與上調(diào)PTEN來增強(qiáng)蛋白激酶B(AKT)羧基端的磷酸化程度而促進(jìn)AKT信號通路活化有關(guān)[18]；另外，Notch-2可通過調(diào)節(jié)Bcl-xL/Bcl-2基因磷酸化、TLR-4對RIF的發(fā)生影響B(tài)cl-2基因磷酸化，使凋亡蛋白失活，參與對細(xì)胞存活及抗凋亡的調(diào)節(jié)過程，從而發(fā)揮抗RIF作用。

3 Toll樣受體4(TLR4)信號通路在RIF發(fā)生中的作用

3.1 TLR4信號通路對RIF發(fā)生的直接影響 在各種致病因子介導(dǎo)下，腎實質(zhì)細(xì)胞表面的TLR4與病原相關(guān)分子結(jié)合形成復(fù)合體而被活化，通過依賴Myd88信號通路并活化下游NF-κB通路介導(dǎo)促炎因子基因轉(zhuǎn)錄，炎癥介質(zhì)高水平表達(dá)，從而誘導(dǎo)和促進(jìn)RIF。

3.2 TLR4信號通路對RIF發(fā)生的間接影響

3.2.1 TLR4信號通路對RIF相關(guān)細(xì)胞因子水平的調(diào)節(jié) TLR4信號通路激活后可活化下游NF-κB信號通路介導(dǎo)，并促進(jìn)IL-1β、TNF-α、IL-6等炎癥因子及趨化因子如單核細(xì)胞趨化蛋白1(MCP-1)高表達(dá)，這可能是導(dǎo)致RIF發(fā)生的主要機(jī)制之一。其中，IL-1β高表達(dá)可能是誘導(dǎo)和促進(jìn)RIF發(fā)生的關(guān)鍵因子。IL-1β可活化TGF-β/Smad信號通路，TGF-β水平高表達(dá)與系膜細(xì)胞、肌成纖維細(xì)胞等表面受體結(jié)合促進(jìn)ECM形成；同時，IL-1β可誘導(dǎo)和促進(jìn)PI3K/AKT信號通路的激活而促進(jìn)RIF的發(fā)生發(fā)展[19，20]。TNF-α是促進(jìn)RIF發(fā)生的另一重要炎癥因子，在巨噬細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞膜、系膜細(xì)胞上均可分泌高水平的MCP-1，致炎性因子持續(xù)活化及蛋白酶破壞基底膜，使TGF-β1高表達(dá)而促進(jìn)ECM形成增加導(dǎo)致RIF的發(fā)生；同時，TNF-α與系膜細(xì)胞表面受體結(jié)合后，促進(jìn)IL-6水平上調(diào)致ECM形成與沉積，進(jìn)而導(dǎo)致RIF的發(fā)生[21]。

3.2.2 TLR4信號通路對導(dǎo)致RIF發(fā)生的巨噬細(xì)胞極化與表型轉(zhuǎn)化的調(diào)節(jié) 巨噬細(xì)胞表型分為M1與M2型，表型改變對ECM合成及RIF發(fā)生發(fā)揮調(diào)控作用。M1型巨噬細(xì)胞激活后使TNF-α、IL-1β等致炎因子過表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)ECM形成和RIF發(fā)生；M2型巨噬細(xì)胞激活后產(chǎn)生IL-4、IL-10等抑炎因子，調(diào)控抑制炎癥反應(yīng)程度而增強(qiáng)細(xì)胞的吞噬活性，進(jìn)而抑制ECM形成而發(fā)揮抗RIF作用。在大鼠UUO實驗中發(fā)現(xiàn)，TLR4信號通路與巨噬細(xì)胞極化及巨噬細(xì)胞M1與M2型間轉(zhuǎn)化關(guān)系密切[22]。對高脂飲食動物模型研究發(fā)現(xiàn)，TLR4活化或高表達(dá)后，可促進(jìn)脂肪組織巨噬細(xì)胞極化為M1型；在沉默或低水平表達(dá)TLR4后，可促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M2型，以減輕組織炎癥而發(fā)揮抗RIF作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)，在UUO大鼠模型腎損傷早期時，損傷的腎小管上皮及浸潤于腎間質(zhì)的巨噬細(xì)胞膜上HMGB1高表達(dá)，其可促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物誘導(dǎo)一氧化氮合酶高表達(dá)、M2型巨噬細(xì)胞標(biāo)志物IL-10低表達(dá)，即HMGB1促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M1型而致促炎癥因子高表達(dá)，導(dǎo)致腎損傷及RIF發(fā)生或加重；在下調(diào)或抑制HMGB1水平后，UUO損傷早期M2型巨噬細(xì)胞高表達(dá)，腎損傷及RIF程度減輕[24]。這其中HMGB1作為TLR4的上游分子，下游TLR4信號通路與上游的HMGB1相互調(diào)控，在巨噬細(xì)胞極化與轉(zhuǎn)化中發(fā)揮作用。研究表明，姜黃素可通過抑制TLR4/NF-κB通路，促進(jìn)巨噬細(xì)胞極化為M2型以減輕腎組織炎癥；沉默或干擾TLR4后，NF-κB信號通路受阻，巨噬細(xì)胞極化為M2型；這些均顯示，TLR4信號通路可通過調(diào)控巨噬細(xì)胞極化與表型轉(zhuǎn)化來發(fā)揮抗RIF作用[25]。

4 Wnt/β-catenin信號通路在RIF發(fā)生中的作用

研究顯示，Wnt/β-catenin信號通路對細(xì)胞分化、器官發(fā)育、組織修復(fù)、腎臟發(fā)育具有調(diào)控作用。在正常成人腎臟中，Wnt/β-catenin信號通路水平或強(qiáng)度呈低水平表達(dá)或沉默；但在腎損傷患者和不同動物模型中，Wnt/β-catenin信號通路被活化或高表達(dá)。研究發(fā)現(xiàn)，在腎組織細(xì)胞中，Wnt/β-catenin可上調(diào)MMP-7、Snail-1等促纖維化蛋白表達(dá)；其中，Snail-1是誘導(dǎo)EMT的重要轉(zhuǎn)錄因子，可抑制E-鈣黏蛋白的表達(dá)水平，導(dǎo)致上皮細(xì)胞間的緊密連接消失。在RIF動物和臨床患者中，Snail-1和β-catenin在腎小管上皮細(xì)胞表達(dá)上調(diào)；在體外實驗中，β-catenin活化后可誘導(dǎo)Snail-1在足突細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞高表達(dá)[26]。Wnt/β-catenin信號通路下游靶點(diǎn)基因之一的MMP-7可降解ECM，促進(jìn)炎性介質(zhì)釋放[27]。研究發(fā)現(xiàn)，腎細(xì)胞中β-catenin調(diào)控MMP-7表達(dá)，并與腎臟Wnt/β-catenin信號通路關(guān)系密切。

在大鼠RIF模型中發(fā)現(xiàn)，Wnt4在集合管中高表達(dá)，并與Ⅰ型膠原mRNA及α-SMA水平呈正相關(guān)；研究顯示，高血糖可致腎小球系膜細(xì)胞過度凋亡，Wnt信號通路在此過程中發(fā)揮作用[28]；其中，Wnt4和Wnt5a低表達(dá)而Wnt信號通路受抑制，顯示出Wnt4和Wnt5a與β-catenin水平的一致性；提示W(wǎng)nt/β-catenin信號通路激活可抑制高糖所致腎小球足細(xì)胞、系膜細(xì)胞凋亡。在對UUO大鼠致RIF形成的實驗中發(fā)現(xiàn)，除Wnt5b、Wnt8b和Wnt9b外，其他Wnt蛋白家族均過表達(dá)；同時，Wnt/β-catenin信號通路在拮抗劑DKK-1作用后，能抑制肌成纖維細(xì)胞活化及Ⅰ型膠原、纖維粘連蛋白表達(dá)。這提示在RIF中經(jīng)典Wnt/β-catenin信號通路被活化，下調(diào)該通路活性在一定程度上能夠緩解RIF程度[15]。此外，在阿霉素誘導(dǎo)足細(xì)胞損傷實驗中顯示，Wnt1表達(dá)水平與下游β-catenin蛋白活性具有高度的一致性，Wnt1表達(dá)水平與腎小球足細(xì)胞損傷程度和蛋白尿水平具有正相關(guān)關(guān)系，表明Wnt1對促進(jìn)RIF的發(fā)生發(fā)揮了調(diào)節(jié)作用。

綜上所述，各種信號通路及相應(yīng)細(xì)胞因子對RIF的發(fā)生發(fā)展發(fā)揮調(diào)節(jié)作用，但RIF的發(fā)生是受多細(xì)胞因子與多信號通路調(diào)節(jié)的復(fù)雜過程，對單一信號分子或信號通路進(jìn)行研究以此來了解RIF發(fā)生機(jī)制是存在明顯的局限性；RIF可能是多信號通路及細(xì)胞因子交互作用后的結(jié)果，同時信號通路與細(xì)胞因子間相互影響導(dǎo)致RIF發(fā)生的過程復(fù)雜多變。今后，尚需對多信號通路及交叉關(guān)系進(jìn)行研究，才能全面了解整個信息網(wǎng)絡(luò)，尋求通路交叉點(diǎn)，以期找到準(zhǔn)確的發(fā)病機(jī)制和最佳治療路徑。