基于腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制防治慢性腎臟病的研究概況

徐亦曾 王 琛

慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)是由各種因素引起的腎臟結(jié)構(gòu)和(或)功能長(zhǎng)期(3個(gè)月以上)異常的一種全球性慢性疾病[1]。CKD起病隱匿，且多數(shù)患者長(zhǎng)期無(wú)明顯癥狀，給疾病的早期診斷及治療帶來(lái)困難。腎組織缺氧作為腎纖維化形成的重要因素，對(duì)CKD的發(fā)生、發(fā)展起到重要作用[2]。因此，通過(guò)監(jiān)測(cè)腎組織氧合水平，及早發(fā)現(xiàn)并評(píng)估腎臟病的情況，采取個(gè)體化的針對(duì)性治療，對(duì)于CKD的防治及預(yù)后至關(guān)重要。

一、腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制

1.腎臟的血氧分布特點(diǎn)：腎臟血流量約占心排出量的20%～25%，但由于伴行腎動(dòng)、靜脈間的血流分布關(guān)系及相應(yīng)的氧氣分流擴(kuò)散影響，導(dǎo)致腎組織中的氧分壓相對(duì)較低。而99%的腎小球?yàn)V過(guò)液在腎小管被重吸收, 重吸收又是一耗能過(guò)程，因此腎臟的耗氧量大，易發(fā)生缺氧。

腎臟的氧合過(guò)程由腎血流灌注量及其攜氧能力決定的氧供給和腎小管重吸收作用為主的氧消耗兩個(gè)方面構(gòu)成[3]。在CKD中，多種病理因素均可引起腎臟氧供需關(guān)系的失衡，導(dǎo)致腎臟缺氧，包括腎纖維化及血管活性物質(zhì)失衡導(dǎo)致管周毛細(xì)血管血流減少(血氧分流擴(kuò)散減少)；腎小管細(xì)胞代謝需求增加；氧化應(yīng)激引起線粒體呼吸功能障礙；貧血導(dǎo)致攜氧量減少等[4]。

2.CKD中的腎缺氧及氧化應(yīng)激：腎臟缺氧與CKD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。國(guó)內(nèi)外研究者已在腎實(shí)質(zhì)性、腎血管性和慢性梗阻性腎病等多種慢性腎病模型中證實(shí)，CKD時(shí)腎臟存在較為嚴(yán)重的缺氧[5]。機(jī)體針對(duì)缺氧存在一種防御機(jī)制——缺氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor，HIF)途徑。在正常氧濃度條件下，HIF-α在多種脯氨酰羥化酶(prolyl hydroxylase domains，PHDs)作用下發(fā)生羥化反應(yīng)后被降解[5,6]。此外，HIF抑制因子(factor inhibiting HIF，F(xiàn)IH)——天冬酰胺羥化酶，亦可通過(guò)羥化天冬酰胺酸而抑制HIF的轉(zhuǎn)錄活性。在低氧條件下，PHDs的活性受抑制，HIF-α 因未被羥化而穩(wěn)定表達(dá)，激活下游靶基因轉(zhuǎn)錄，促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白1(glucose transporter 1，GLUT1)、促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子的產(chǎn)生，從而通過(guò)增加葡萄糖攝取、促進(jìn)紅細(xì)胞生成和血管重塑來(lái)對(duì)抗缺氧。同時(shí)，HIF的激活還可以抑制活性氧(reactive oxygen species，ROS)的產(chǎn)生和增強(qiáng)解毒作用來(lái)減少氧化應(yīng)激[7]。另一方面，HIF激活還會(huì)促進(jìn)腎纖維化形成，加重CKD。表現(xiàn)為HIF活化刺激炎性細(xì)胞增殖浸潤(rùn)，形成纖維化瘢痕[8]；HIF與促纖維化相關(guān)下游靶基因的低氧反應(yīng)元件結(jié)合，直接激活靶基因轉(zhuǎn)錄，使腎間質(zhì)膠原產(chǎn)生增多，細(xì)胞外基質(zhì)(extracellularmatrix，ECM)降解減少并逐漸取代正常腎單元結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腎臟纖維化[8,9]；也可以通過(guò)調(diào)控上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化調(diào)節(jié)因子的表達(dá)，促使腎小管上皮-間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化發(fā)生。同時(shí)HIF還與其他促纖維化信號(hào)通路存在交互作用，進(jìn)一步調(diào)控腎纖維化的進(jìn)展[9]。

氧化應(yīng)激是機(jī)體氧化-抗氧化系統(tǒng)失衡的一種病理狀態(tài)[10]。多種病理因素均可引起腎臟氧化應(yīng)激反應(yīng)，包括組織缺氧、炎癥、長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)等。腎缺氧與氧化應(yīng)激在CKD中廣泛存在、聯(lián)系緊密，影響疾病的轉(zhuǎn)歸及預(yù)后。腎組織缺氧時(shí)，細(xì)胞內(nèi)線粒體產(chǎn)生大量ROS，加重氧化應(yīng)激損傷。而腎臟氧化應(yīng)激增強(qiáng)使腎臟耗氧量增加，并抑制線粒體功能，進(jìn)一步加重腎缺氧。

3.腎組織氧合水平的監(jiān)測(cè)——血氧水平依賴磁共振成像技術(shù)(blood oxygen level dependent magnetic resonance imaging，BOLD-MRI)的運(yùn)用:超聲造影技術(shù)可以監(jiān)測(cè)血流流速及血管體積分?jǐn)?shù)的變化，動(dòng)態(tài)反映腎臟血運(yùn)情況，為缺血性腎病的早期評(píng)估提供依據(jù)。由于CKD的進(jìn)展是腎臟缺血、缺氧共同作用下的結(jié)果，可能在腎臟血流灌注量降低前，已存在較為嚴(yán)重的缺氧。因而監(jiān)測(cè)腎組織氧合水平，有利于早期評(píng)估腎功能的衰減程度。BOLD-MRI技術(shù)的運(yùn)用為早期、無(wú)創(chuàng)、實(shí)時(shí)評(píng)估腎組織氧合水平提供了可能。腎臟缺氧時(shí)，脫氧血紅蛋白含量升高，BOLD-MRI利用脫氧血紅蛋白所致微觀磁場(chǎng)變化反映組織內(nèi)部氧含量[11]。相關(guān)研究已證實(shí)BOLD-MRI在評(píng)估CKD腎組織氧合水平的可行性，為缺氧性腎損傷的診療帶來(lái)廣闊前景[12]。

二、腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制在不同病理?xiàng)l件下促進(jìn)CKD進(jìn)展

腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制在多種腎臟疾病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中占有重要地位[13]。感染、糖尿病、高血壓等病理因素均會(huì)誘發(fā)腎臟缺氧、加劇氧化應(yīng)激。探究腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制在不同病理?xiàng)l件下的作用途徑，有助于明確CKD相關(guān)危險(xiǎn)因素對(duì)腎缺氧及氧化應(yīng)激損傷的影響，指導(dǎo)CKD的治療方向及藥物選擇。

1.炎性狀態(tài)與氧化應(yīng)激的關(guān)系：正如缺氧會(huì)引起炎性反應(yīng)，機(jī)體炎性狀態(tài)通常會(huì)加重缺氧，二者常并存且相互作用。缺氧導(dǎo)致血管通透性增加、炎性介質(zhì)產(chǎn)生增多，從而加重炎性反應(yīng)。而炎性組織又常因?yàn)榧?xì)胞代謝需求增加和底物不足的共同影響，反過(guò)來(lái)加重缺氧，表現(xiàn)為炎性因子激活中性粒細(xì)胞內(nèi)煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶(NADPH oxidase，NOX)，而NOX是腎臟中活性氧(reactive oxygen species，ROS)的主要來(lái)源[14，15]。ROS作為氧化應(yīng)激的重要產(chǎn)物，對(duì)殺滅微生物和自身免疫至關(guān)重要，但過(guò)多的ROS會(huì)引起組織損傷和炎性因子的釋放，從而加劇炎性反應(yīng)及腎纖維化形成，最終導(dǎo)致CKD的進(jìn)展[16，17]。

2.高血糖狀態(tài)下的氧化應(yīng)激:糖尿病時(shí)鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運(yùn)增多，導(dǎo)致近端腎小管重吸收增加，引起腎臟高灌注、高濾過(guò)狀態(tài)，增加了能量消耗。而ATP的生成需要消耗氧氣，故糖尿病時(shí)腎臟耗氧量增加，更易發(fā)生缺氧。

細(xì)胞長(zhǎng)期高血糖環(huán)境下，可通過(guò)葡萄糖氧化磷酸化、多元醇通路、晚期糖基化終末產(chǎn)物生成等多種途徑，誘導(dǎo)細(xì)胞發(fā)生代謝紊亂，引起腎臟內(nèi)ROS過(guò)度生成，對(duì)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞以及腎小管上皮細(xì)胞造成損傷，導(dǎo)致CKD的進(jìn)展。因此在糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程中，高血糖與氧化應(yīng)激緊密聯(lián)系，并與腎小球、腎小管的損傷密切相關(guān)[18]。高血糖狀態(tài)時(shí)NOX的主要亞基NOX 4在系膜細(xì)胞胞質(zhì)中分離，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激的發(fā)生，并促進(jìn)系膜細(xì)胞肥大和纖維連接蛋白的表達(dá)，加劇腎纖維化的形成。Sedeek等[19]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，高血糖可誘發(fā)小鼠近端小管上皮細(xì)胞NOX 4和纖維連接蛋白的過(guò)度表達(dá)，促進(jìn)ROS生成及腎纖維化的進(jìn)展。

3.高血壓——腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)與腎臟缺氧：高血壓時(shí)血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)增多，NOX活化，誘導(dǎo)氧化應(yīng)激，直接損害內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致腎小管周圍毛細(xì)血管減少，細(xì)胞呼吸效率降低，加重腎臟缺氧。RAS的激活可引起血管活性物質(zhì)的失衡，小動(dòng)脈收縮，導(dǎo)致毛細(xì)血管血流灌注不足，加重腎小管間質(zhì)缺氧。Emans等[20]研究證實(shí)高血壓大鼠在注射AngⅡ 阻滯劑后，腎皮質(zhì)氧分壓明顯降低，具體藥理機(jī)制由AngⅡ 1型受體介導(dǎo)的腎皮質(zhì)氧合調(diào)節(jié)相關(guān)，從而逆向驗(yàn)證了AngⅡ 具有獨(dú)立于升壓作用之外的促進(jìn)腎皮質(zhì)缺氧的作用。

三、缺氧性腎損傷的藥物選擇

RAS活化、氧化應(yīng)激、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)和糖尿病腎損害等病理狀態(tài)之間相互作用，并與缺氧性腎損傷的形成過(guò)程密切相關(guān)。運(yùn)用藥物改善腎臟缺氧、調(diào)控腎臟氧化應(yīng)激，對(duì)保護(hù)腎功能、延緩CKD的進(jìn)展具有重要意義。

1.RAS抑制劑：高血壓與CKD的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。諸多降壓藥物均可通過(guò)控制血壓來(lái)延緩CKD的進(jìn)展。而RAS抑制劑，即血管緊張素Ⅱ 1型受體阻滯劑(ARB)和血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑，存在獨(dú)立于降壓效果以外的腎臟保護(hù)作用。阻斷Ang Ⅱ 可以改善腎臟的血流灌注，而且ARB具有區(qū)別于其他降壓藥物的降低腎臟氧化應(yīng)激的特性。通過(guò)清除羥自由基并減少血紅素氧合酶1(heme oxygenase-1，HO-1)和NOX的表達(dá)來(lái)糾正缺氧及氧化應(yīng)激，并抑制晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGE)形成，防止間質(zhì)中異常鐵沉積和減少炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，產(chǎn)生額外的腎臟保護(hù)作用。Belambri等[17]對(duì)5/6腎切除術(shù)造模的36只大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，用奧美沙坦治療其中16只(余20只未用藥)，治療前后分別利用缺氧探針監(jiān)測(cè)其腎皮質(zhì)缺氧情況，并于療程結(jié)束進(jìn)行病理活檢，證實(shí)了ARB類藥物具有改善腎皮質(zhì)氧合水平的腎臟保護(hù)作用。。

2.腎性貧血的治療藥物：(1)促紅細(xì)胞生成劑(erythropoiesis-stimulating agents，ESA):腎性貧血是CKD患者腎組織缺氧的一個(gè)重要因素，目前臨床上以ESA作為CKD患者貧血治療的常規(guī)藥物。ESA可以增加HO-1和其他抗氧化酶的含量發(fā)揮直接抗氧化作用，降低氧化應(yīng)激，改善CKD患者的預(yù)后。此外，促紅細(xì)胞生成素(erythropoietin，EPO)還可以誘導(dǎo)體內(nèi)鐵的消耗而發(fā)揮間接抗氧化作用，減少鐵依賴性氧化損傷，并通過(guò)增加攜帶大量抗氧化酶的年輕血細(xì)胞數(shù)，提高循環(huán)抗氧化劑的含量[21]。ESA的廣泛運(yùn)用也存在一些爭(zhēng)議，相關(guān)報(bào)道表明，長(zhǎng)期外源性EPO的使用會(huì)增加血栓栓塞及心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)。(2)HIF穩(wěn)定劑：HIF活化刺激EPO、HO-1和SOD-1等其他下游基因的表達(dá)，可以抑制ROS的產(chǎn)生并增強(qiáng)解毒作用，從而糾正腎性貧血、減少氧化應(yīng)激。既往研究中，Nordquist等[22]用慢性氯化鈷(HIF的傳統(tǒng)化學(xué)穩(wěn)定劑)治療糖尿病伴腎缺氧大鼠，證明HIF穩(wěn)定劑在降低腎臟氧化應(yīng)激的重要作用。但是因?yàn)槁然挼母味拘?，無(wú)法應(yīng)用于臨床。

由于HIF受PHD的調(diào)節(jié)，氧含量正常情況下PHD的羥化作用可促進(jìn)HIF-α降解，而在缺氧條件下PHD的羥化活性被抑制，導(dǎo)致HIF積累以對(duì)抗缺氧[7]。近年來(lái)已研究出可供臨床應(yīng)用的HIF穩(wěn)定劑，其中PHD抑制劑已被開(kāi)發(fā)出5種新型口服劑型(roxadustat、daprodustat、molidustat、vadadustat、enarodustat)，而roxadustat(FG-4592)已投入臨床，多項(xiàng)臨床及實(shí)驗(yàn)室研究均證實(shí)，roxadustat在不使用靜脈鐵劑和ESA情況下仍具有獨(dú)立的抗氧化、改善貧血的作用[23，24]。但HIF激活會(huì)刺激除EPO以外的多種下游基因，這意味著PHD抑制劑可能具有不可預(yù)測(cè)的全身作用。故尚需進(jìn)一步研究及臨床觀察，才能在臨床上更好地替代ESA，作為腎性貧血的新療法。

3.糖尿病治療相關(guān)藥物：相關(guān)研究表明，多種糖尿病治療藥物存在腎臟保護(hù)作用，可以減弱糖尿病腎病(diabetic kidney disease，DKD)中的氧化應(yīng)激。這些藥物包括二肽基肽酶-4(dipeptidyl peptidase-4，DPP-4)抑制劑、胰高血糖素樣肽1受體激動(dòng)劑(glucagon-like peptide 1 receptor agonist，GLP-1RAs)和鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(sodium-glucose cotransporter-2，SGLT- 2)抑制劑。Matsui等[25]研究表明，通過(guò)阻斷AGE受體軸誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，可改善DPP-4缺乏癥糖尿病大鼠的腎臟損傷。而Kamel等[26]的動(dòng)物試驗(yàn)也證實(shí)，沙格列汀(DPP-4抑制劑)可以通過(guò)抗炎、抗氧化、促進(jìn)血管新生等途徑，改善腎臟缺氧造成的一系列腎損害。Li等[27]的動(dòng)物試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，利拉魯肽(GLP-1類似物)具有不依賴其降糖作用的腎臟保護(hù)作用，可以通過(guò)減少ECM的分泌和沉積來(lái)改善缺氧性腎損傷。此外，有研究表明GLP-1激動(dòng)劑可以抑制超氧化物陰離子來(lái)改善缺氧性腎損傷。而相關(guān)實(shí)驗(yàn)的質(zhì)譜分析證實(shí)，SGLT-2抑制劑可以改善DKD小鼠腎皮質(zhì)中氧化型谷胱甘肽的水平從而抑制DKD中的氧化應(yīng)激。臨床用藥卡格列凈(SGLT-2抑制劑)的隨機(jī)臨床試驗(yàn)也證明其在降低血糖及控制DKD相關(guān)危險(xiǎn)因素中均有積極作用。

四、展 望

綜上所述，腎缺氧及氧化應(yīng)激貫穿于CKD的病變過(guò)程始終，決定疾病的轉(zhuǎn)歸及預(yù)后。不同病理?xiàng)l件均可引起腎組織缺氧，加重氧化應(yīng)激，導(dǎo)致內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)的失衡，最終走向ESRD。探究腎缺氧-氧化應(yīng)激機(jī)制與CKD的相關(guān)性，了解不同抗氧化藥物的作用途徑，有助于針對(duì)性防治缺氧性腎損傷。研究表明多種具有腎臟保護(hù)作用的藥物是通過(guò)改善腎臟缺氧、抑制氧化應(yīng)激而實(shí)現(xiàn)的。因而越來(lái)越多干預(yù)氧化應(yīng)激機(jī)制的新藥正研發(fā)或投入臨床試驗(yàn)。但CKD中存在多種病理因素交織錯(cuò)雜的微環(huán)境狀態(tài)，也影響著全身多個(gè)系統(tǒng)的生理功能。因此，新興藥物在發(fā)揮抗氧化作用的同時(shí)，要兼顧疾病發(fā)展過(guò)程中的其他病理因素影響，并注意藥物安全，預(yù)防藥源性并發(fā)癥的發(fā)生。目前，改善CKD腎臟缺氧和干預(yù)氧化應(yīng)激的治療藥物仍在持續(xù)探究。隨著后續(xù)研究對(duì)藥物作用途徑及安全性的探索，將在未來(lái)為CKD的防治提供新的思路。