下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
肾脏纤维化以细胞外基质（ECM）聚集和沉淀为主要特征。发生纤维化的肾脏中，细胞外基质成分主要为Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白及纤连蛋白；此外，还含有Ⅰ型胶原蛋白的残留片段、纤连蛋白铰链区变构体等。纤维化通常被认为是损伤愈合失调的结局，正常条件下，组织受损后启动修复过程，细胞外基质的合成和降解动态平衡完成重构，使得组织结构保持完整。而在肾纤维化过程中，受病理性机制影响，修复终止异常，细胞外基质的产生和沉积增加，交联程度上升，降解受抑制。这一过程可能持续数月甚至数年，最终导致脏器功能下降，甚至完全丧失。
肾脏间质的成纤维细胞是产生细胞外基质的主要来源。成纤维细胞是一种纺锤形的间充质细胞，广泛存在于人体的多个组织和器官，可以分泌多种细胞外基质成分，同时能合成各种蛋白水解酶，对于维持正常的组织结构非常重要。在不同的疾病和组织来源条件下，成纤维细胞呈现不同的表型。在肾脏纤维化中，成纤维细胞被激活，获得α-平滑肌肌动蛋白（a-SMA）表型，此时称为肌成纤维细胞，其具有增殖能力，并能够合成和分泌细胞外基质成分，如Ⅰ型和Ⅲ型胶原蛋白及纤连蛋白等。
关于成纤维细胞和肌成纤维细胞的来源，目前仍有争议。除了本身肾间质定植的成纤维细胞外，可能有以下细胞来源：
肾小管上皮细胞能够通过EMT这一途径转化为肌成纤维细胞早已得到证实。然而。对于EMT在肾脏纤维化中的地位仍有争论。有学者发现尽管肾脏上皮细胞在体外能发生EMT，但是在Ang-Ⅱ诱导的肾纤维化动物模型及肾脏缺血再灌注模型中，肾小管上皮细胞不能表达或仅能弱表达a-SMA，且肾小管基底膜始终保持完整；同样地，在TGF-β诱导的肾纤维化动物模型中，上皮细胞并不能迁移穿越肾小管基底膜，不直接参与形成间质肌成纤维细胞。
与EMT类似，EndMT是内皮细胞逐渐丢失内皮细胞性标记，如血管内皮钙黏蛋白（vascular endothelial-cadherin），血小板-内皮细胞黏附分子-1（platelet endothelial cell adhesion molecule- 1，PECAM）、Tie-1、Tie-2、血管内皮生长因子受体-1（VEGFR-1）、VEGFR-2等，获得间充质或肌成纤维细胞性标记，如α-SMA、成纤维细胞特异性蛋白1（fbroblastspecificproteinl，FSP-1）、纤连蛋白等的过程。在单侧输尿管梗阻（unilateral ureteral obstruction，UUO）、糖尿病和Alport病模型中，肾脏组织中的EndMT均获得证实。另有研究发现，以FSPI和α-SMA双标记的肌成纤维细胞中，5.8%为内皮细胞来源，而仅0.1%为肾小管上皮细胞来源，进一步证实EndMT可能在肾间质纤维化中起重要作用。
近年来，研究人员在骨髓移植大鼠、骨髓嵌合体及转基因大鼠等模型中观察到肾间质中存在骨髓细胞来源的肌成纤维细胞，且这些细胞可参与肾间质胶原纤维沉积。另一方面，也有实验证实尽管骨髓来源的细胞可以到达肾间质，并表达α-SMA，但是它们并不能有效产生Ⅰ型胶原蛋白，不能引起细胞外基质沉积，因此有学者认为它们对肾脏间质纤维化无明显意义。
除了上述来源，有学者提出在Ang-Ⅱ诱导的肾脏纤维化动物模型中，肾间质肌成纤维细胞主要来源于血管周围细胞。此后，在梗阻性肾病动物模型中证实，血管周细胞是纤维化肾脏中肌成纤维细胞的主要来源。
在肾间质纤维化中，以上提到的这些肌成纤维细胞的多种来源并不互相排斥，在同一病理状态下，某些途径可共同作用，促进纤维化过程。例如，有学者报道在肾间质肌成纤维细胞中，36%来源于肾小管上皮细胞，12%系骨髓细胞来源，推测余下的细胞来源为肾间质固有成纤维细胞；另有研究显示急性肾脏缺血再灌注后纤维化有EndoMT和骨髓来源细胞参与。
TGF-β/Smad是肾脏纤维化中的重要通路。TGF-β超家族在胚胎发育、损伤愈合、化学趋性、细胞周期等过程发挥重要作用，成员包括各型TGF-β、激动素（actin）、抑制素（inhibin）、骨形态发生蛋白（BMP）等。TGF-β通过与Ⅰ型和Ⅲ型TGF-β受体（TβRⅠ和TβRⅡ）的作用，引起Smad2和Smad3磷酸化，后两者进一步与Smad4结合形成Smad复合物，进入细胞核内，通过调控下游成纤维基因，如Ⅰ型胶原α1（Col1a1）、Col1a2、Col3a1、Col5a2、Col6a1和Co16a3等的表达及其他促纤维形成的机制，激活促成纤维分子结缔组织生长因子（CTGF）和纤溶酶原激活物抑制剂；影响组织蛋白分解酶MIMP和组织金属蛋白酶抑制剂（TIMP）等；诱导EMT、EndMT的调控，促进肾脏间质细胞外基质积聚和沉淀。另一方面，Smad2和Smad3也可作用于Smad7，Smad7通过对TβRⅠ泛素化降解过程负性调节Smad2和Smad3通路。在5/6肾脏切除和UUO模型中诱导Smad7过度表达可减缓肾脏纤维化。
研究证实TGF-β能够激活Notch信号通路，促进Notch与Jagged-1、Jagged-2、Notch-1受体和Notch-4受体的结合。研究证实抑制Notch激活可显著降低TGF-β诱导的EMT过程；而在肾小管上皮细胞过度表达Notch1或Notch2，细胞外基质成分纤维连接蛋白（FN）和Col1a1转录和蛋白表达增加。在UUO模型中抑制Notch通路活性，可降低上述细胞外基质成分的表达。这些证据显示，Notch信号通路参与了肾脏细胞外基质合成与分泌的调控。此外，Wnt通路也可能在肾脏纤维化中发挥作用。在梗阻性肾病模型中，多个Wnt家族成员表达上调，肾小管上皮细胞质和细胞核内β-catenin聚集。在梗阻性肾病中拮抗β-catenin可以抑制肌成纤维细胞活化，下调SPF-1、Ⅰ型胶原和纤维连接蛋白表达，减少肾脏中的胶原蛋白成分，改善肾纤维化。最新研究显示，PTH可以通过Wnt/β-catenin信号通路诱导人肾脏近端小管细胞（HK-2细胞）的EMT过程，在此过程中Wnt4可能发挥巨大作用。
CTGF是细胞基质蛋白（CCN）家族的成员，在发育期和损伤修复期表达水平较高，可通过与多种受体、其他生长因子和蛋白酶作用对细胞外基质和细胞进行调控。TGF-β可有效诱导CTGF；此外，其他一些具有促成纤维特性的因子，如Ang-Ⅱ、内皮素、血栓素、糖基化终末产物等均是CTGF的刺激物。CTGF可以与TGF-β协同作用促进细胞外基质积累。研究证实，CTGF至少参与了一部分TGF-β对成纤维细胞增生、黏附和细胞外基质产生的调控机制。研究发现在系膜细胞中，CTGF上调转录因子TGF-β诱导早期基因（TIEG-1），后者抑制TGF-β/Smad2/3通路的负性调控因子Smad7的转录水平，从而加强TGF-β的促纤维化作用。CTGF一方面能够促进TGF-β与TβR结合，另一方面抑制对TGF-β/Smads通路有拮抗作用的BMP结合相应受体，加重肾脏纤维化。此外，CTGF可以直接参与细胞外基质调控的过程。它作为细胞基质蛋白，可以介导细胞外基质与细胞的相互作用，并诱导成纤维细胞和系膜细胞分泌Ⅰ型、Ⅲ型和Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白等细胞外基质；CTGF还能够上调细胞表面整合素表达，加速细胞外基质蛋白的沉积和聚合。另外，在系膜细胞中CTGF通过对纤溶酶原激活物抑制剂1（PAI-1）的诱导影响细胞外基质的降解。
血小板源生长因子（PDGF）是多个器官纤维化过程的重要介导因子。在肾脏，它能够刺激成纤维细胞的复制、生长和迁移。PDGF-D在梗阻性肾病患者和动物模型中表达升高，纤维化的肾小管间质中可以观察到PDGF受体的水平上调。PDGF-B和PDGF-D介导肾小球肾炎中小球区域的细胞外基质累积，且PDGF-B能够促进肾小管间质的纤维化过程。在肾小球肾炎的动物模型中观察到PDGF-D抗体能够抑制肾脏纤维化，而PDGF-C则能够缓解梗阻性肾病模型的纤维化。
表皮生长因子受体（EGFR）信号通路介导很多细胞的基础功能，如增生、生长和分化等。在高血压肾脏损伤中，抑制EGFR有助于缓解肾脏纤维化。EGFR能够与Ang-Ⅱ相互作用，影响TGF-β介导的纤维化过程。Ang-Ⅱ可激活EGFR，诱导TGF-β信号转导；通过基因或药物方式拮抗EGFR后，TGF-β和Smad2/3表达降低，同时观察到Ⅰ型胶原表达下降，纤维化减轻。在动物模型中研究发现过度表达EGFR的显性失活突变体，可减轻肾脏纤维化。
作为有力的促血管生成因子，血管内皮生长因子（VEGF）同样参与了肾脏纤维化。在多个肾脏疾病动物模型中输入VEGF能够减轻肾脏纤维化；拮抗VEGF会加重急进性新月体肾小球肾炎和系膜增生性肾小球肾炎大鼠的肾脏损伤。但是，有的研究观察到矛盾的结果，显示VEGF的中和性抗体有助于改善肾小球增生、5/6肾切除、糖尿病肾病模型的早期肾脏损伤。
组织间质中细胞外基质往往被认为是在各种内源性蛋白酶作用下降解的。基质金属蛋白酶（MMP）是一类锌依赖内肽酶，有不同的底物特异性，受TIMP1-4的调控。最初人们认为MMP是肾脏纤维化的保护性因子，因为它们具有降解细胞外基质蛋白的能力。然而，MMP对于细胞外基质的调控却还有另一方面的作用，即它们能够裂解非基质底物、释放促成纤维化因子，从而促进肾脏纤维化。过去进行的试验得到了一些矛盾的结果，例如在糖尿病肾病模型中局部使用MMP-1干预可减少胶原蛋白含量。在Alport动物模型的进展期，通过药物抑制MMP-2、MMP-3、MMP-9，会加剧肾脏纤维化；但在疾病早期尚未有显著间质纤维化发生时进行干预，则可发挥保护性作用。另外，消除MMP的小鼠中并未观察到肾纤维化加重，肾小管上皮细胞内MMP-2的过度表达则可诱导肾小管间质纤维化过程。
TIMP是MMP的天然抑制物。TIMP-1基因缺失的动物模型中肾脏纤维化程度无显著改变，而其过度表达则促进衰老相关的纤维化。UUO小鼠消除TIMP-3后，MMP2活化上调，肾脏间质纤维化加重，Ⅰ型胶原蛋白的合成及沉淀增加，活化的成纤维细胞多，细胞凋亡上调，并伴随TNF-α升高。消除TNF-α可改善炎症反应和细胞凋亡，同时抑制MMP后，可进一步对抗肾小管间质纤维化。
纤溶酶（Plasmin）的活化来源于组织型纤溶酶原激活剂（tPA）或尿激酶型纤溶酶原激活剂（uPA），通过蛋白溶解作用从纤溶酶原裂解而来，受PAI-1的抑制。纤溶酶能够降解包括纤维连接蛋白在内的多个细胞外基质成分。纤溶酶在肾脏细胞外基质调控中的作用亦很复杂。研究证实，PAI-1能有效抑制纤溶酶，从而大幅降低细胞外基质降解，且肾小球内的纤溶酶活化水平与基质降解程度密切相关。tPA缺失的UUO模型中，局部MMP-9表达和EMT水平降低，肾小管纤维化下降，而uPA受体缺失小鼠中抗纤维化细胞因子肝细胞生长因子表达降低，伴随肾脏纤维化加剧。但是肾小管细胞Ang-Ⅱ可激活PAI-1增强子，小异质二聚体伴侣（small heterodimer partner，SHP）过度表达则抑制TGF-β/Smad3引起的PAI-1表达，阻断Ⅰ型胶原蛋白和纤维连接蛋白的表达。
综上所述，肾脏损伤后，引起炎症反应、炎性细胞浸润、肾脏间质的成纤维细胞或活化的肌成纤维细胞激活，成为细胞外基质的主要来源；TGF-β/Smads通路在调控中起重要作用，通过对下游促纤维化因子的基因调控发挥核心作用；多个生长因子独立或协同的调节细胞外基质成分的基因表达和基质蛋白合成；分泌到细胞外的基质成分之间若产生交联，将降低蛋白酶对基质的降解；各蛋白酶并不总是发挥促进细胞外基质降解的作用，而是在不同疾病条件下促进或拮抗纤维化。新的研究表明，细胞周期调控对于细胞外基质的产生也有重大影响。可见，肾脏纤维化中的细胞外基质调控是一个复杂的过程，涉及炎症反应、肾脏细胞周期调控、基质蛋白合成与分泌、在间质沉积、降解等多个环节。当基质产生和降解的过程失衡，引起细胞外基质生成分泌上升、在间质沉淀增加、蛋白降解下降，最终导致肾脏纤维化的发生和进展。