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摘要：急性肾损伤（Acute kidney injury,AKI）常合并多学科并发症，内外科各种病因均可导致AKI，目前常用的血清肌酐及尿量在作为诊断要素明确AKI时常为时尚晚，因此了解AKI时的细胞和分子途径对于早期干预、早期预防AKI有很大意义，如肾小管上皮细胞、SOX9、细胞周期阻滞等对于评估AKI的活动及预后均有重要优势。
关键词：急性肾损伤；肾小管上皮细胞；SOX9；细胞周期阻滞
本文引用格式：邓璐,刘伦志.急性肾损伤后肾修复的细胞和分子途径[J].世界最新医学信息文摘,2019,19(66):114-115.
0引言
急性肾损伤是由各种病因引起的肾功能在短时间内迅速减退，且症状复杂的临床危急重症。尽管在医疗方面取得了进展，但AKI仍然是导致院内死亡率增加的一个独立因素。一项调查研究发现，约140万符合AKI诊断的住院患者死亡率可达12.4%[1]，这也是视临床环境和潜在的合并症而定。AKI常会向慢性肾脏病（Chronic kidney disease,CKD）发展，与没有AKI的患者相比，AKI进展为CKD的风险增加了9倍，发展为终末期肾病（End Stage Renal Disease,ESRD）的风险增加了3倍，死亡率增加2倍[2]。2012年KIDGO指南以尿量和血肌酐作为诊断AKI的标准，但其敏感性及特异性均较低，当出现血肌酐及尿量变化达AKI标准时，可能已错过最佳治疗时机，因此了解肾功能变化时的细胞和分子途径对于早期干预和治疗AKI具有很重要的意义。本文对近几年来国内外关于AKI后肾修复的细胞或分子途径作一综述，为AKI的治疗及管理提供参考。
1AKI后肾小管上皮细胞的修复反应
近端肾小管上皮细胞（Proximal tubular epithelial cell,PTEC）坏死是导致AKI最常见的原因，常因缺血、中毒、败血症或梗阻性坏死而发生。虽然远端肾小管上皮细胞（distal tubular epithelial cells,TECs）损伤在AKI中也会发生凋亡，但PTEC相对更敏感。AKI的组织学特征包括：①、近端肾小管上皮细胞刷状边缘的丢失；②、远端肾小管上皮细胞扁平化和局灶性消失；③、富含Tamm-Horsfall蛋白的管型尿可促进炎症细胞的浸润。AKI后，PTEC的再生可促进上皮细胞和肾功能的恢复。损伤的上皮细胞表现为三磷酸腺苷耗竭、线粒体功能紊乱、极性破坏[3]。早在1990年Jean Oliver研究发现，肾小管上皮细胞可以快速取代丢失的细胞并修复受损的上皮细胞。基于基因图谱的可靠理论，加上AKI小鼠模型的建立，排除了定植在相邻管腔外的细胞群体对上皮修复的作用，从而证实幸存的肾小管上皮细胞增殖和修复受损的肾单位上皮可以被人类所利用[4,5]。因此，以常驻的CD133+、CD24+细胞作为人类和小鼠近端肾小管修复过程中的细胞介质，提出了增加管内祖细胞数量的可能性[6]。体外实验表明，这些细胞具有较强的自我更新能力，并可诱导分化为多个谱系。基于醛脱氢酶表达的分离策略用于分离推定乳腺癌和肝癌干细胞的理论[7,8]，在人类肾脏中也揭示了一种高级醛脱氢酶的群体，同样表达CD133、CD24、角蛋白19、Bcl2、和波形蛋白[9]，后三者被认为是由受损的上皮细胞所调控的。在人类肾脏组织中，与CD133-、CD24-相比，CD133+、CD24+细胞可以表达波形蛋白，表现为模糊的刷状边、较少的细胞质、更少的线粒体。这些细胞主要在AKI后被检测到，并表达肾损伤分子1(kidney injury molecule-1,KIM-1)，而KIM-1在发生AKI早期即可出现升高。这些发现提示CD133+、CD24+细胞可能代表损伤的肾小管上皮细胞。肾小管上皮细胞在上皮稳态期和损伤后严格保持其管状特性。在稳态期，Wnt反应细胞与其他ActinCre+细胞相比，在肾皮质和肾髓质中，Wnt反应细胞显示出更强的增殖能力。在一个AKI出现横纹肌溶解的模型中，Axin2+细胞在伤后2个月内表现出类似的更大的增殖扩展。在正常成人肾脏中，典型的Wnt-β连环蛋白途径活性限于乳头，损伤诱导的途径激活在损伤后第3天出现在皮质和髓质区域。
而损伤后诱导PTEC中wnt-4，首先强调了信号转导β-连环蛋白信号与肾修复之间的可能联系。李里等[10]的研究发现，在肾间质纤维化模型大鼠肾脏中，wnt信号通路的信号蛋白wnt4蛋白表达明显升高，且活性增强，表明wnt4通过调控上皮-间充质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT)，促进肾纤维化作用。另一项研究发现，在缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury,IRI)后，wnt-4在髓质中的肌成纤维细胞内被重新激活，而去除wnt-4对纤维化或肌成纤维细胞增殖无影响[11]。总之，独特的肾小管上皮细胞在体内具有惊人的复制能力，它界定了一种潜在的高价值细胞类型，用于日后发现新药物以增强内源性修复过程。
2上皮细胞内在分子驱动上皮再生
肾单位上皮是否存在独特的细胞类型存在争论，在AKI后关键内在分子驱动上皮再生的作用至今仍难以确定。为此，将损伤诱导的SOX9激活作为关键的再生反应，以翻译核糖体亲和纯化方式从SIX2衍生的肾单位中获得有深度、特定于细胞类型的损伤反应分子程序，提示SOX9是IRI24小时内上调的最高转录因子之一[12]。在正常未受损肾脏的近端小管中鉴定出罕见的SOX9+细胞，然而在calbindin-28dk（远曲小管上皮钙结合蛋白-28dk+）远端回旋TECs上表达SOX9细胞簇[13]。在发生缺血性或梗阻性AKI后，SOX9细胞划分了损伤后增殖的近端肾小管上皮细胞亚型，在损伤后48小时内共表达Ki67指数为40%—45%。从兼容的AKI至CKD模型中的近端小管中将SOX9基因进行遗传追踪和有条件的去除相结合，证实SOX9基因为关键的内在分子反应，在受损肾单位上皮进行自我再生[14]。与对照组小鼠相比，在肾脏IRI后，将实验小鼠进行有条件清除近端小管SOX9基因，发现早期修复反应和肾功能恢复受损，4周后出现明显纤维化。IRI 4周后，大部分近端肾小管的SOX9表达恢复到基线水平，恢复正常的凝集素表达模式，完全修复KIM-1的表达。然而，不同的近端小管结构域亦可持续表达KIM-1,而这类近端肾小管上皮细胞的KIM-1分子与SOX9+反应结合，因此将这一类“未解决损伤-修复”的反应划分为近端肾小管上皮细胞亚型，这一类型的细胞亚型可能在AKI向CKD过渡中起作用[13]。SOX9在人类和小鼠肾脏发育中起关键作用，代表了肾单位上皮细胞形成和再生之间第一种直接参与内在联系的强劲基因。为了确定SOX9是否结合PTEC修复和近端小管的发育中的作用，Sanjeev Kumar在胚胎肾中对SOX9+细胞进行遗传谱系追踪，结果显示，SOX9+产生了大量的肾单位上皮细胞[13]。但目前还有两个疑问：第一，损伤后SOX9的再生作用是否代表SOX9调控的发育计划的重复？第二，SOX9细胞是否能划分去分化的细胞类型？仍需进一步研究加以证明。
3阻碍上皮修复的上皮细胞内在反应
肾小管上皮细胞转分化为肌成纤维细胞(myofiBroblast,MF)，失去上皮细胞的表型，并获得间充质的特点，如钙黏素(E—cadherin)的表达减少，并出现α一平滑肌肌动蛋白α一SMA)的表达，这种现象被称为肾小管上皮细胞一间充质转化(epithelial to mesenchymal transition,EMT）[15]。损伤的TECs很少会发生EMT，从而证明了上皮的可塑性。将受损细胞从EMT状态中分离出来，可以提高损伤后肾脏修复过程的效率。损伤时，TECs的随机亚型经历EMT，这引发了促炎症反应和纤维化环境。损伤激活snail，是胚胎发育和肿瘤进展期间有效的EMT诱导剂，诱导部分EMT状态。与对照组相比[16]，特异性PTEC-snail基因敲除的动物炎症明显减轻，α-SMA+肌成纤维细胞减少，单侧输尿管梗阻后的纤维化和叶酸诱导的AKI程度均明显减低。同样，在另一项研究中也表明，在缺乏snail和Twist1（一种编码扭曲的基本螺旋--环--螺旋转录因子：关键的EMT调节剂）的小鼠中，由AKI导致的肾纤维化程度明显减轻[17]。这项研究显示了snail和Twist1可以触发TECs中G2期的阻滞，从而使增殖反应受损、促进纤维化及促炎性TEC反应状态。细胞周期阻滞在G2/M期，也是AKI后发展致CKD的重要原因[18]。受伤的细胞会达到部分EMT状态可能是严重损伤的TECs为了获得迁移表型，以覆盖裸露的管状基底膜。Yang等人[19]，显示G2/M细胞周期阻滞的PTECs分泌促炎症反应及促纤维化细胞因子，以致引发纤维化。而组蛋白脱乙酰化酶和P53抑制剂克服G2/M期的阻滞并减少纤维化[19,20]。总的来说，这些研究主张更全面地了解损伤诱导的上皮可塑性和相关的病理学分析。因此，干预G2/M细胞周期阻滞可能避免AKI进一步向CKD发展，这将会成为治疗AKI及CKD的新靶点。
4调节肾脏修复的分子信号途径
AKI后的肾脏恢复很可能是由损伤诱导的多效性信号通路激活与损伤上皮再生的关键下游分子驱动因素或推动力之间相互作用的结果，这样的途径是由自分泌、邻分泌和旁分泌方式激活[21]。损伤诱导的表皮生长因子受体（EGFR），集落刺激因子1(CSF-1)，经典Wnt-β连环蛋白途径和视黄酸信号传导的遗传干扰导致AKI恢复受损。小鼠肾脏磷酸受体酪氨酸激酶队列皮质显示EGFR和Erbb2是缺血性AKI磷酸化最多的磷酸化受体酪氨酸激酶[22]。基于药理学的EGFR磷酸化抑制或PTEC特异性，他莫昔芬诱导的基因敲除EGFR受体导致PTEC增殖减慢，早期功能和组织学恢复受损。虽然许多研究强调了EGFR途径通过配体诱导的途径激活（例如外源性表皮生长因子或肝素结合表皮生长因子）在缺血性、毒性和阻塞性AKI模型中的修复作用，但其修复作用的潜在下游机制的精确性尚有待阐明。存活蛋白Birc5（survivin）属于凋亡抑制蛋白，在细胞的有丝分裂、胞质分裂和肿瘤发生发展中起重要的作用。而PTECs中损伤诱导的STAT3-Birc5(生存素/存活蛋白)信号似乎是另一种修复反应。为此，基于γ-分泌酶抑制剂抑制IRI诱导的STAT3磷酸化，导致了Birc5表达下降和恢复反应延迟[23]。与对照组相比，PTEC特异性Birc5敲除小鼠显示PTEC增殖下降，肾功能和组织学恢复均有延迟。已知视黄酸（retinoic acid，RA）信号传导对AKI发挥肾脏保护作用[24]。最近有项研究认为在PTEC中巨噬细胞驱动的RA信号传导可以促进PTEC修复。在RA应答元件的调控下表达β-半乳糖苷酶基因的RA信号小鼠(RARE-hsp68-LacZ小鼠)在损伤后12至24小时显示受损PTECs中的激活，由表达视网膜醛脱氢酶-2和视网膜醛脱氢酶-3的巨噬细胞的亚型提供配体[25]。RA受体反向激动剂BMS493加剧了基于KIM-1的早期损伤反应，导致纤维化加剧。PTEC特异性干扰RA信号通过PEPCK-Cre重组酶介导的显性负RAR信号激活对TEC增殖没有影响，但与早期增加的Kim-1表达与M1、M2巨噬细胞标记物减少相关[25]。这些研究结果表明早期激活RA信号可以预防初始缺血性损伤。
5小结
AKI的早期诊治是改善预后及降低病死率的关键，因此，对于了解细胞和分子途径以干预AKI的发生和治疗很有必要。目前在确定损伤后和上皮内稳态期间驱动肾单位上皮修复反应的细胞类型方面取得了很大进展。部分EMT和细胞周期停滞状态突出了受损近端小管上皮细胞类型的上皮可塑性。探究肾修复和纤维化的内在关键分子和细胞回路仍然是一项重大挑战，今后仍需在不同病因及不同临床情况下通过大规模临床试验及基因谱系追踪实验来进一步验证其临床有效性及实用性。
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