梁馨苓：急性肾损伤肾小管上皮细胞损伤机制新进展

来源：中华医学信息导报

撰写 | 广东省人民医院 广东省医学科学院肾内科 梁馨苓

急性肾损伤（acute kidney injury，AKI）是指由各种病因引起的短时间内肾脏损伤及功能急剧减退的临床综合征。AKI涉及损伤的病因众多，包括肾脏缺血、肾毒性药物、脓毒血症及泌尿系统梗阻等。不同病因的损伤所涉及的病理生理学机制有所不同，其共同机制包括血流动力学异常、氧化应激损伤、肾组织炎症及免疫反应等。其中，肾小管上皮细胞损伤是引起AKI的中心环节。肾小管上皮细胞的损伤早期可表现为刷状缘的消失、细胞的肿胀，后期则可导致细胞凋亡，甚至是坏死。近年来，关于AKI肾小管上皮细胞损伤的研究热点，主要围绕在可调控性细胞死亡、自噬改变以及细胞周期的停滞等方面。本文主要围绕AKI中肾小管上皮细胞可调控性细胞死亡进行概述。

在既往研究中，已经确定了肾小管上皮细胞凋亡这一可调控性细胞死亡在AKI中的存在，近年来的研究发现AKI发病中还涉及到凋亡样坏死、焦亡、铁死亡、线粒体通透性膜转位驱动细胞死亡等其他形式的肾小管上皮细胞可调控死亡。在2012年细胞死亡命名委员会建议细胞死亡的分类不再依靠细胞死亡的形态，而是依据其细胞死亡调节的特异性分子机制来进行分类，并在2018年对细胞死亡种类及定义进行了更新，目前已经有接近20种独立的细胞死亡方式被分类及定义。以下就上述AKI中已被发现的肾小管上皮细胞可调控性细胞死亡进行详细介绍。

   肾小管上皮细胞凋亡

细胞凋亡是被最早认识的一种可调控性细胞死亡。在细胞死亡命名委员会更新的细胞死亡分类中，依据凋亡启动环节不同的分子机制，凋亡又被区分为“内源性凋亡”及“外源性凋亡”。

肾小管上皮细胞内源性及外源性凋亡均参与了AKI的发生发展。既往的研究在缺血再灌注及顺铂诱导的AKI模型中，观察到肾小管上皮细胞促凋亡蛋白BAX及BAK上调、线粒体外膜通透性增加、细胞色素C的释放，提示肾小管上皮细胞内源性凋亡参与了AKI的发生发展。我们在内毒素血症AKI模型中也同样观察到BAX的上调及肾小管上皮细胞凋亡增加。因此抑制肾小管上皮细胞内源性凋亡可以作为多种类型AKI防治的策略之一。在AKI发生过程中，肾小管上皮细胞BAX及BAK上调是内源性凋亡启动的重要因素，基因敲除BAX及BAK则可以减轻缺血再灌注及顺铂诱导AKI。

AKI时主要是死亡受体介导了肾小管上皮细胞外源性凋亡。无论是缺血再灌注AKI、顺铂诱导AKI还是脓毒血症AKI都存在肾组织TNF-α蓄积，而TNF-α通过与肾小管上皮细胞TNFRSF结合启动外源性凋亡。抑制/拮抗TNF-α或者敲除TNF-α受体均可减少肾小管上皮细胞凋亡，减轻AKI。同样，Fas配体及Fas介导肾小管上皮细胞凋亡也在多种AKI中被证实。

虽然大量基础研究证实抑制肾小管上皮细胞凋亡可以减轻AKI，但是目前仍然没有相应药物能够应用于临床。通过直接阻断凋亡，例如使用caspase酶抑制剂，虽然减少了肾小管上皮细胞凋亡，但是如其上游诱发因素不能去除，其极可能转入其他形式的损伤甚至其他形式细胞死亡，仍然导致AKI的发生发展。所以从凋亡上游进行干预，比如抑制死亡受体激活亦或阻断线粒体损伤，可能成为更好的AKI防治策略。

   肾小管上皮细胞凋亡样坏死

凋亡样坏死是一种重要的细胞可调性坏死，目前研究最为详尽的是TNF-α与其受体结合所介导的激活途径。当TNF-α与其受体结合，募集RIPK1等形成复合物Ⅰ，当RIPK1被CYLD去泛素化后，既可以与FADD、caspase8结合形成复合体Ⅱa，启动凋亡，但同时也可以与RIPK3、MLKL结合形成复合物Ⅱb，启动凋亡样坏死。其中RIPK3是介导凋亡样坏死的重要调控蛋白。Necroptosis抑制剂necrostatin-1（Nec-1）可以抑制凋亡样坏死的发生。在缺血再灌注诱导AKI小鼠模型中给予Nec-1或敲除RIP-3均可以减轻缺血再灌注引起的AKI，提示凋亡样坏死参与缺血再灌注引起的AKI。笔者所在的团队对该机制进行了验证，并在国内首次构建体外肾小管上皮细胞凋亡样坏死的细胞模型。在该细胞模型中，我们发现活性氧自由基（ROS）大大增加，而使用NADPH氧化酶抑制剂DPI干预后，ROS明显减少，同时RIPK3和MLKL磷酸化程度减轻，细胞坏死减少，进而证实NADPH氧化酶所产生的ROS参与了肾小管上皮细胞凋亡样坏死。

   肾小管上皮细胞其他死亡方式

线粒体通透性转换驱动的细胞死亡是参与AKI发生发展的机制之一。MPT在不同细胞、不同诱发因素情况下，所导致的细胞结局不同，既可以引起细胞坏死，也可以引起凋亡。MPT关键介导分子是亲环素D（CYPD）。在缺血再灌注AKI中，敲除CYPD，可以减轻肾小管上皮细胞死亡，进而起到肾脏保护作用，提示MPT驱动肾小管上皮细胞死亡参与了缺血再灌注AKI。笔者团队前期研究也发现CYPD抑制剂环孢素可以减轻缺血再灌注AKI，进一步证实CYPD介导的MPT驱动细胞死亡在AKI中的作用。但是肾小管上皮细胞中MPT发生的具体机制尚不明确。既往有研究显示，p53可与CYPD结合，并激活CYPD介导MPT发生。肾小管上皮细胞p53已被证实在包括缺血再灌注AKI在内的多种AKI中均明显上调。笔者团队的研究显示在体外细胞模型中沉默p53可以减轻ATP剥夺所引起的MPT驱动细胞死亡，并且在ATP剥夺条件下p53与CYPD结合增加。因此p53结合并激活CYPD是缺血再灌注AKI损伤时MPT驱动细胞死亡发生的启动因素之一。

焦亡是一种依赖炎症性caspase1的可调控性细胞死亡，在细胞死亡形态存在异于凋亡染色质凝聚、细胞膜通透性增加、细胞肿胀及裂解、大量炎症因子释放。该途径最为明确的启动方式是由胞质内LPS与炎症性caspase酶的caspase募集区域直接结合，导致炎症性caspase寡聚化并最终激活。炎症性caspase一方面通过GSDMD介导细胞死亡，另一方面炎症性caspase可以通过其催化水解作用产生及释放IL1β、IL-18等炎症因子，促进组织局部炎症反应。在缺血再灌注AKI小鼠模型中，存在肾组织的炎症性caspase1、caspase11的表达上调以及IL-1β的释放增加；在大鼠肾小管上皮细胞NRK52E中，低氧/复氧损伤也诱导caspase1、caspase11及IL-1β增加。这些结果提示在缺血再灌注AKI中可能存在肾小管上皮细胞焦亡。既往研究提示在脓毒血症或内毒素血症AKI中，肾小管上皮细胞主要发生的可调控性细胞死亡方式为凋亡，但在笔者团队前期研究中使用较既往剂量明显增加的LPS（40 mg/kg）建立重症内毒素血症AKI的小鼠模型，发现肾小管上皮细胞死亡形态更加接近坏死，肾组织caspase11水平及GSDMD裂解明显增加；当敲除caspase11后则LPS诱导的GSDMD裂解减少，肾小管上皮细胞死亡和肾功能改善。在体外使用LPS刺激肾小管上皮细胞，同样可看到类似现象。笔者团队的研究证实了重症内毒素血症AKI时存在肾小管上皮细胞焦亡。近期的另一项研究在顺铂诱导AKI模型中得到与笔者团队类似的实验结果，揭示了肾小管上皮细胞焦亡在顺铂诱导AKI中的重要作用。

现有的研究显示多种细胞死亡方式参与AKI的发生发展，针对可调控性细胞死亡进行干预是AKI治疗的新策略。但这种治疗策略从基础研究到临床应用仍存在许多障碍。首先在AKI的不同阶段、不同程度损伤下，肾小管上皮细胞表现的细胞可调控性死亡方式不同。例如内毒素血症AKI中，在相对较轻的损伤下，肾小管上皮细胞表现为凋亡；重症内毒素血症模型中，则出现明显的肾小管上皮细胞焦亡。在临床中如何在特定损伤状态下，尤其是如何通过无创性检查（例如血/尿生物学标志物检测）判定肾小管上皮细胞死亡方式是首先需要解决的临床问题。另外，在同种病因所致AKI可能同时存在多种肾小管上皮细胞可调控性细胞死亡，例如缺血再灌注AKI中存在凋亡、凋亡样坏死、MPT驱动细胞死亡、铁死亡等细胞死亡方式。因此联合使用不同的可调控性细胞死亡的抑制剂可能能够进一步抑制肾小管上皮细胞死亡，从而减轻AKI。但是联合治疗进入到临床中困难重重，包括确定联合治疗中各个药物剂量确定与选择、临床研究中实验设计的复杂性等。因此抑制肾小管上皮细胞可调控性死亡进入临床用于防治AKI仍任重而道远。

编辑：郑梦莹

排版：高   冀

《中华医学信息导报》2020年23期第22版