爱华网赵 霞① 张玉侠②△
① 辽宁省人民医院肾病科 (沈阳 110016)
② 中国医科大学附属第一医院肾病科 (沈阳 110001)
△ 通讯作者
肾纤维化是指在各种致病因子如炎症、损伤、药物、糖尿病
和遗传因素等的作用下,间质细胞和细胞间质增多,尤其是基
质蛋白合成增多、基质降解受抑制造成细胞外基质(extracellu-
lar matrix,ECM)大量堆积导致的肾小球硬化和小管间质纤维
化[1]。各种进展性肾脏疾病,无论其原发病如何,最终都将导
致肾纤维化,进展为终末期肾衰竭[2],必须依靠透析或肾移植
维持生命。因此,研究肾纤维化的发病机制、干预肾纤维化的
进程是当前慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)的研究热
点。本文旨在阐述改善肾脏微循环对延缓肾纤维化的作用和
机制。
1 肾脏微循环的特点
肾脏是一个血管丰富的器官,肾内存在两套毛细血管网,
即肾小球毛细血管网和管周毛细血管网(peritubular capillaries,
PTC),维持肾小球毛细血管数目有助于稳定肾小球滤过率
(glomerular filtration rate,GFR),而PTC减少将导致因缺血而
引起的慢性小管间质损害,包括小管肥大和间质纤维化,故维
持管周毛细血管数目是保证小管和间质细胞氧和营养物质供
给的必要因素。
2 微血管内皮细胞功能障碍与微血管内皮丢失
完整的内皮可以分泌多种血管活性物质以控制血管舒缩,
内皮收缩、舒张因子之间的失衡将导致内皮源性舒张功能障
碍。在Wistar大鼠急性肾衰竭模型中,循环及组织内皮素(en-
dothelin,ET)3/1蛋白质水平及ETA、ETB受体基因表达均增
加,导致内皮功能紊乱,肾脏血管及系统微血管网收缩反映增
加[3]。糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)的发展与血管活
性因子血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ,AngⅡ)、一氧化氮(nitro-
gen monoxide,NO)密切相关,两者的平衡对维持血压及肾内稳
态起重要作用。在链脲佐菌素诱导的Sprague鼠糖尿病模型
中,肾间质血流中AngⅡ明显增加,而NO终产物与对照组相
比明显减少[4],以致微血管内皮舒张功能障碍。
越来越多的证据表明,进行性毛细血管网的丢失是进展性
肾脏病的特征性变化之一,微血管网的减少与肾小球硬化及间
质纤维化直接相关[5]。微血管内皮丢失主要与内皮细胞修复
能力下降,凋亡增加有关。
肾小球毛细血管网的毁损及后续的血管新生修复反应不
全,内皮细胞凋亡增加,将导致肾小球硬化的发生。在残余肾
模型早期,肾小球毛细血管数目较对照组增加,不幸的是,这种
增殖反应并不能持续,由于内皮细胞凋亡而使其数目进行性减
少[6]。肾脏急性缺血后导致的长期慢性的结构及功能的损伤,
主要与微血管网结构受损有关,且急性缺血的时间将影响毛细
血管损伤的程度。
Bohle等[7]发现,多种进展性肾病存在PTC丢失,并认为
PTC的丢失是造成肾小管间质缺氧性损伤及肾间质纤维化的
重要病因。Choi等[8]研究发现,在多种存在慢性小管间质损伤
的肾病中,无论病因如何,均存在肾间质微血管病变,如PTC
分布紊乱,官腔变形或缩小,毛细血管内皮细胞肿胀,基膜破碎
或增厚。在抗肾小球基底膜(glomerular basement membrane,
GBM)肾小球肾炎模型中,PTC数目减少,局部PTC缺失,代以
纤维化成分及大量浸润的炎症细胞,TUNEL、电子显微镜观察
见内皮细胞凋亡。统计分析示,PTC损伤的程度与间质损伤的
程度存在显著相关性[9]。
3 血管内皮生长因子
血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,
VEGF)的生物学作用主要包括:(1)促进内皮细胞增殖;(2)增
加血管通透性;(3)血管生成及维持功能;(4)细胞质的聚钙作
用[10]。VEGF有两类高亲和力的VEGF受体,定位在大小血
管的内皮细胞,分别为Fit-1(fins-like-tyro-sine kinase)
(VEGFR-1)和KDR(kinase domain region)(VEGFR-2),KDR/
FIk- 1在血管形成和内皮细胞生长分化中起重要作用。
Kanellis等[11]发现缺血再灌注损伤时,内皮细胞VEGFR-2表
达增强,推测这一反映可能促进小球或小管周围毛细血管内皮
细胞有丝分裂和抗凋亡,从而保护内皮的完整性,减轻缺血再
灌注损伤。
VEGF在病理性血管发生如:肿瘤、增殖性视网膜病、类风
湿性关节炎、牛皮癣、老年性黄斑变性等中起重要作用。体外
研究表明:VEGF促进内皮细胞抗凋亡蛋白Bcl-2和A1的表
达;诱导内皮细胞窗化,增加微血管的通透性;诱导内皮细胞产
生蝮蛇蛋白酶尿激酶型及组织型纤溶酶原激活物及纤溶酶原
激活物抑制因子1;诱导金属蛋白酶、间质胶原酶的产生;这些
都与其调节血管发生有关。
但VEGF在肾脏疾病中究竟扮演什么角色,是减轻抑或参
与了肾病进展尚存争论[12],文献报道VEGF在肾脏疾病的表
达各异。在轻度病变的DN患者的肾小球内VEGF表达上调,
Honkanen等报道膜性肾病患者肾小管表达VEGF较正常对照
组显著减少[13]。缺氧是VEGF的最强刺激因子,有研究显示
急性血管闭塞(急性缺氧)能刺激肾脏VEGF表达。VEGF能
促进血管内皮细胞增殖及血管形成,还能拮抗转化生长因子-β
(transforming growth factor-β,TGF-β)的一些致纤维化效应[14]。
肾脏微血管变化对进行性肾脏疾病的进程有很大的影响,
而VEGF在调整肾脏微血管变化中起了重要作用。Kanesaki
等[15]研究发现DN患者的肾小球中的新生血管数较对照组明
显增多,而且新生血管的数量程度跟肾小球内VEGFmRNA及
系膜基质指数呈正相关。
·1031·中国中西医结合肾病杂志2008年11月第9卷第11期 CJITWN,November2008,Vol.9,No.11 在大鼠单侧输尿管梗阻(unilateral ureteralobstruction,
UUO)模型早期,PTC处于明显增殖状态,主要与局部VEGF
表达增加有关,一段时间以后,VEGF表达开始下降,PTC血管
新生反应降至正常水平以下,凋亡细胞增加,伴随PTC腔阻
塞、硬化、并继发间质纤维化[16]。内皮增殖反应降低,与间质
抗血管新生因子TSP-1表达增加,血管新生因子VEGF表达
下降相关。
丁磊等[17]观察到在由于血管炎或血管排异、肾硬化、DN
造成血管阻塞,引起急或慢性肾血流减少的情况下,原位杂交
和组化示VEGF在急性缺氧皮、髓质的近远端小管明显表达;
在慢性肾血流下降时,在有内膜和外膜纤维化的弓状动脉,一
些中层平滑肌细胞VEGF mRNA阳性。
Kang等[18]用VEGF治疗残余肾损伤模型的大鼠,发现肾
小球内皮细胞和PTC增殖反应均增加,肾脏纤维化程度减轻,
肾功能改善,且这种作用并不依赖于对血压、蛋白尿和局部巨
噬细胞浸润的改善。而且,在血栓微血管病中,VEGF能减少
内皮细胞凋亡及肾梗死[19]。在抗胸腺嘧啶引发的肾小球肾炎
模型中加入VEGF后通过刺激血管生成、血管再造、毛细血管
修复治疗肾小球损害,缓解肾小球肾炎[20]。
4 其他体液因子
AngⅡ能强烈收缩出、入球动脉,如果给予血管紧张素转换
酶抑制剂,则能增加肾脏血流量,保持GFR[21]。Weihprecht
等[22]发现,腺苷和AngⅡ以互相依赖及协同的方式收缩入球
小动脉。去甲肾上腺素能收缩小叶间动脉、入球动脉、出球动
脉,且存在着剂量-依赖关系,胰岛素可拮抗其对入、出球动脉
的作用。心房钠尿肽[23]通过刺激心房钠尿肽受体-A扩张了
肾小球前的血管,而收缩了出球动脉。乙酰半胱氨酸[24]能改
善缺血-再灌注后肾脏的微循环,增加肾皮质、髓质的血流,减
弱皮、髓质血管的紧张性,其保护效应主要在于清除氧自由基,
拮抗环氧合酶阻滞剂、NO合酶阻滞剂的作用,从而改善肾脏微
循环。ET-1可以强烈持久的收缩肾小球出、入球动脉,ET-2
主要对入球动脉有收缩作用,ET-3对血管的收缩作用不明
显。Toth-Heyn等[25]研究发现,新生家兔注射缓激肽B2受体
拮抗剂可以增加肾血管阻力,减少肾脏血液灌流量,提高肾小
球滤过分数,而GFR没有明显改善,表明激肽释放酶-激肽系
统在调控新生家兔肾脏微循环方面起了重要的作用。De-
fraigne等[26]研究发现铁鳌合剂能减弱自由基引起的脂质过氧
化,从而改善肾脏微循环。
5 局部慢性低氧
英国学者Fine在上世纪末提出的“慢性低氧学说”逐渐引
起了肾脏病学界的重视。
体外培养的肾小管上皮细胞[27]在1%氧浓度的低氧条件
下,合成TGF、ET1、血小板来源生长因子和VEGF明显增多,
这些细胞因子通过旁分泌和自分泌作用,在调节小管-间质纤
维化的形成中发挥十分重要的作用。低氧也可刺激肾小管上
皮细胞合成ECM明显增多,且这一过程与TGF的作用无关。
进一步的实验发现[27],在低氧环境下肾小管上皮细胞合成Ⅰ、
Ⅳ型胶原增多;金属蛋白酶1组织抑制因子表达增强,基质金
属蛋白酶活性明显降低,从而抑制ECM降解。新近有学者[28]
在进展性肾病的OS/+小鼠转基因模型中,发现小管细胞在疾
病的发生中的确存在缺氧,且随着时间的延长,缺氧细胞逐步
凋亡,这与进展性肾病中肾小管萎缩的病理改变是相一致的。
在5/6肾切除大鼠模型术后4 d即出现管周毛细血管血流的减
少和低氧,这种改变很可能与管周毛细血管收缩及扭曲变形有
关,而此时尚未见到肾脏结构的损害,提出此时低氧很可能参
与了小管间质损伤致病过程[29]。
国内曾有研究者观察低氧对肾小球系膜细胞(glomerular
mesangial cell,GMC)的作用,结果发现慢性低氧可诱导系膜细
胞增殖和ECM产生增多,且蛋白激酶C的激活起着重要介导
作用。
体外试验发现,低氧对肾间质成纤维细胞的生物学特性也
有明显影响。低氧可刺激成纤维细胞增殖[30],并使其发生表
型改变而转化为纤维母细胞,合成大量的Ⅰ型、Ⅲ型胶原;低氧
也可诱导肾间质成纤维细胞表达金属蛋白酶1组织抑制因子
增强,抑制基质金属蛋白酶活性,减少ECM降解。同时低氧环
境下肾间质成纤维细胞合成TGF、血小板来源生长因子的能力
明显增强。
6 氧化应激
氧化应激通过促进活性氧(reactiveosygenspecies,ROS)介
导的NO失活,产生血管收缩性脂质过氧化物异前列腺素(花
生四烯酸的氧化产物),引起心血管重塑,造成内皮细胞功能障
碍。Hasdan等[31]利用肝素结合超氧化物歧化酶(superoxide
dismutase,SOD)预处理慢性肾衰竭(chronic renal failure,CRF)
动物模型可以恢复内皮细胞依赖性血管舒张功能证实了上述
假设。在慢性肾衰竭患者,抗氧化剂维生素C可改善内皮细胞
受损引起的血管无反应状态[32]。此外,ROS还参与以内皮细
胞脱落为特征的“失巢凋亡”[33]。
NADPH氧化酶及其新发现的异构体NOX和nephrox是
内皮细胞、血管平滑肌细胞和肾小管上皮细胞产生ROS的主
要来源。近期研究发现,在CRF大鼠残余肾和肝脏中,
NADPH明显上调伴随铜锌超氧化物歧化酶和锰超氧化物歧化
酶显著下调[34]。唐政等在5/6肾切除大鼠的动物模型中发
现,在CRF进展的同时,残余肾小球抗氧化酶活性低下,超氧
岐化酶及谷光甘肽过氧化物酶活性均明显低于正常大鼠,而代
表氧自由基产生增多的脂质过氧化物丙二醛却明显增加。
ROS可通过调控MAPK信号通路发挥促进GMC增殖及
ECM积聚的作用,有人认为ROS是通过促进ERK的磷酸化而
介导肾小球的损伤。ROS也可通过活化核转录因子-κB (nu-
clear factor-κB,NF-κB),使游离的NF-κB进入细胞核与靶
基因的相应DNA位点结合,启动靶基因转录和蛋白合成,NF
-κB的异常激活将启动不正常的炎症反应和自身免疫反应,
导致GMC增殖及ECM的积聚。LEE等证实外源性的过氧化
氢可激活GMC中的NF-κB,并认为ROS介导的NF-κB活
化可能在DN的发病机制中起重要作用。
综上所述,肾脏微血管病变不仅是肾小球硬化和肾间质纤
维化的伴随现象,而可能是肾纤维化的始动因素。因此,改善
肾脏微循环将是防治肾纤维化的新靶点,我们需要解决的问题
就是寻找更好的改善肾脏微循环的办法延缓肾纤维化。
