浅议肾间质纤维化发病机理与中药治疗的研究
2022-06-09
【关键词】肾间质纤维化;转化生长因子;综述
1发病机理
RIF的发病机理包括:①致纤维化的细胞因子表达上调;②血管活性物质;③单核/巨噬细胞等炎症细胞的浸润;④上皮细胞间充质细胞转变(EMT);⑤由于ECM降解酶系统受抑制而导致纤维化形成等。
1.1致RIF因子
1.1.1转化生长因子(TGF-β)TGF-β是最关键的促RIF生长因子,肾固有细胞及炎细胞皆可分泌。它可以自分泌方式作用于自身,又可以旁分泌方式作用于间质的成纤维细胞,促其增殖并产生大量ECM。缺血、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、高糖、血栓素A2、低密度脂蛋白及氧化压力可刺激其分泌。TGF-β在纤维化过程中的作用:①增加ECM蛋白的合成,包括蛋白多糖、胶原Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及FN、LN;②减少基质金属蛋白酶(MMPs)表达及促纤溶酶原激活物抑制物(PAI)和组织金属蛋白酶抑制物(TIMP)的合成,减少ECM的降解;③增强细胞表面的ECM受体-整合素的表达,使细胞与基质黏附增强,促使ECM沉积;④刺激成纤维细胞增生,并有趋化作用。实验表明,TGF-β启动肾小管上皮细胞向肌成纤维细胞转化(EMT),从而最终导致慢性肾功能衰竭[1]。
1.1.2结缔组织生长因子(CTGF)CTGF是TGF-β的下游效应物质,CTGF在TGF-β诱导下,可由成纤维细胞等细胞合成分泌。它具有促有丝分裂、趋化细胞、诱导黏附、促进细胞增生和ECM合成等作用,并参与机体组织的创伤修复[2]。
1.1.3单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)MCP-1是特异性的单核/巨噬细胞趋化因子,在进行性的器官纤维化中起重要作用,并通过其同源受体CCR2调节RIF的发生[3]。欧阳春等[4]建立RIF动物模型,随大鼠病程进展,肾小管间质MCP-1表达增多,MCP-1可能通过介导巨噬细胞浸润参与RIF。
1.1.4肿瘤坏死因子-α(TNF-α)TNF-α能促进巨噬细胞浸润至受损的肾间质,并诱导巨噬细胞的促纤维化因子释放增加,加剧肾间质的免疫炎症反应,引起成纤维细胞增殖及胶原的沉积。李荟等[5]研究肾小管和肿瘤坏死因子与肾间质纤维化的关系,结果发现损伤及再生的肾小管上皮细胞较正常时合成和分泌更多的TNF-α,它通过促进肾间质成纤维细胞的增殖而促进RIF。
1.2血管活性物质
1.2.1血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)AngⅡ具有促生长效应,通过促进TGF-β、CTGF、血小板衍生生长因子(PDGF)等的释放来促进间质细胞等增生、ECM堆积,从而导致RIF的发生发展。AngⅡ也可促进多种前炎性细胞因子及其他多种细胞因子的表达,如核因子κB(NF-κB)、TNF-α、IL-6、MCP-1等,进而对机体损伤修复、免疫调节及细胞分化等重要生理和病理过程具有广泛的调节效应。应用血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素Ⅱ的1型受体(AT1R)拮抗剂可控制蛋白尿、细胞增殖、炎症细胞浸润等,从而减轻RIF[6]。
1.2.2内皮素-1(ET-1)ET-1的主要作用为缩血管,减少肾血流量,降低肾小球滤过率,上调TGF-β表达,放大间质炎症反应,刺激ECM合成,降低胶原酶活性。有研究发现ET-1还可抑制系膜细胞基质金属蛋白酶(MMP-2)的合成与活化,降低ECM降解,从而加重肾损伤,损伤及再生的肾小管上皮细胞较正常时合成和分泌更多的ET-1,ET-1通过ETR的作用,促使肾成纤维细胞的增殖,从而促进RIF。
1.3炎症细胞浸润
1.3.1单核巨噬细胞在肾间质纤维化早期,间质中有明显的单核巨噬细胞(MC/MP)聚集,肾小管上皮细胞通过表达MCP-1和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)在MC/MP浸润增生中起了重要的调控作用。肾小管变性与肾间质MC/MP的聚集高度相关,它通过分泌TGF-β、PDGF、IL-1等细胞因子和促增殖因子直接促进固有的成纤维细胞增殖活化,促使ECM合成增多,抑制ECM降解,导致RIF。
1.3.2肥大细胞在肾切除动物模型实验中发现,肥大细胞可通过促进TGF-β、IL-8等多种细胞因子的表达诱导间质成纤维细胞增殖和ECM生成,从而促进RIF的发生。
1.4上皮细胞间充质细胞转变
已发现在RIF过程中,肾小管基膜被破坏的同时常常伴有肾小管上皮细胞向肌纤维母细胞样细胞转分化,此种现象被称为“上皮细胞间充质细胞转变(EMT)”,继之出现间质区ECM大量产生和沉积,导致间质区扩展加宽,肾小管萎缩,形成间质纤维化病损。
1.5ECM降解酶系统
基质金属蛋白酶(MMPs)/组织金属蛋白酶抑制物(TIMP)与ECM成分关系密切。RIF过程中,TIMP增加使MMPs活性受限,ECM降解减少,MMPs/TIMP失衡是RIF进展的重要因素。缺氧、高糖等多种原因皆可引起MMPs/TIMP的变化,导致ECM生成与降解失衡。另外,纤溶酶原激活物/纤溶酶原激活抑制物(PAs/PAIs),PAs及其抑制剂PAIs是介导纤溶与抗纤溶平衡并参与调节ECM代谢的关键酶系。
1.6其他
研究表明,PDGF、表皮生长因子(EGF)、NF-κB、IL-1、IL-10、蛋白尿、前列腺素等与RIF也有密切关系。
2中药治疗
2.1单味药及其有效成分提取物的研究
临床研究已证实大黄、丹参、川芎、黄芪、桃仁、苦参、灯盏花、绞股蓝等对预防及拮抗RIF有明显的作用,故不再一一阐述。
2.1.1三七苏白海等[7]将单侧输尿管梗死(UUO)大鼠随机分为假手术组、手术组和三七总皂苷治疗组,结果手术组呈进行性RIF,肾小管上皮细胞及间质α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达明显增加。治疗组RIF减轻,肾小管上皮细胞增殖细胞核抗原(PCNA)表达明显增加,α-SMA表达明显减少,间质PCNA、α-SMA表达明显减少(P<0.05)。证明三七总皂苷通过阻断EMT而抑制RIF的进展。
2.1.2红花唐蓉等[8]将48只大鼠随机分为正常对照组、假手术组、手术对照组、手术未治疗组、红花提取液治疗组、依那普利治疗组。结果发现红花提取液治疗组、依那普利治疗组治疗后肾小球滤过率(GFR)有所恢复,与手术未治疗组比较,差异无统计学意义(P<0.05);病理结果显示手术未治疗组和手术治疗组均可见灶性肾小管萎缩,间质纤维组织增生,但前两者较重。CK-18免疫组化染色显示,手术治疗组阳性染色的比值较对照组及手术治疗组高(P<0.05);测肾小管直径结果显示,红花及依那普利治疗组与手术治疗组相比差异有统计学意义(P<0.05);FN表达分析结果显示,红花提取液治疗组、依那普利治疗组较手术对照组和手术未治疗组低(P<0.05);结果表明红花通过阻止RIF,可延缓慢性肾脏疾病的进程。
2.1.3冬虫夏草闵亚丽等[9]将RIF大鼠模型随机分为假手术组、模型组、虫草治疗组,手术后第9d处死各组大鼠,结果表明模型组TGF-β1、α-SMA、Ⅳ型胶原的表达及肾小管间质损伤指数明显高于假手术组(P<0.01),而虫草治疗组明显低于模型组(P<0.01)。证明冬虫夏草可能通过下调TGF-β1,抑制肾小管上皮细胞、成纤维细胞转化为成肌纤维细胞,防治RIF。
2.1.4青蒿米绪华等[10]将雄性Wistar大鼠80只随机分为假手术组、UUO模型组、青蒿琥酯小剂量组、大剂量组和科素亚组,结果UUO模型组和各治疗组中,术后3d肾间质即出现CTGF和α-SMA表达,术后14d表达最高;不同剂量青蒿琥酯组和科素亚组CTGF和α-SMA表达均低于UUO模型组,且大剂量组疗效优于小剂量组,而与科索亚组相似。证明青蒿琥酯可以降低肾间质中CTGF和α-SMA的表达。
2.1.5银杏叶李绍梅等[11]将UUO大鼠分别给予银杏叶[300mg/(kg·d)]、依那普利[10mg/(kg·d)]、银杏叶联合依那普利治疗,结果银杏叶和依那普利均可抑制肾间质的α-SMA、TGF-β1表达,减少胶原蛋白含量,与治疗前相比差异有统计学意义(P<0.05)。证明银杏叶和依那普利可通过抑制肾小管上皮细胞转分化,从而减轻UUO术后肾组织间质纤维化。
2.1.6其他甘草酸可使马兜铃酸刺激RTEC分泌和释放ET-1、Ang水平下降,从而发挥肾小管间质保护作用[12];雷公藤对多种类型的肾衰竭均有一定程度的降低尿蛋白作用,可能通过抑制肾小球系膜细胞的增多来阻抑RIF进展[13]。
2.2中药复方的研究
2.2.1肾衰泄浊汤(生黄芪、生大黄、丹参、生牡蛎等)晏子友等[14]采用UUO动物模型,术后7d观察梗死肾组织病理改变,发现中药高剂量组和苯那普利组较模型组小鼠肾组织肝细胞生长因子(HGF)蛋白表达增强,TGF-β1蛋白表达减弱,而I、Ⅲ、Ⅳ型胶原、FN生成减少,两组比较差异无统计学意义,而HGF表达与TGF-β1表达呈明显负相关。证明肾衰泄浊汤可能是通过诱导HGF蛋白表达,抑制TGF-β1表达,抑制I、Ⅲ、Ⅳ型胶原及FN等ECM的过度沉积,加强肾保护作用,对抗RIF。
1发病机理
RIF的发病机理包括:①致纤维化的细胞因子表达上调;②血管活性物质;③单核/巨噬细胞等炎症细胞的浸润;④上皮细胞间充质细胞转变(EMT);⑤由于ECM降解酶系统受抑制而导致纤维化形成等。
1.1致RIF因子
1.1.1转化生长因子(TGF-β)TGF-β是最关键的促RIF生长因子,肾固有细胞及炎细胞皆可分泌。它可以自分泌方式作用于自身,又可以旁分泌方式作用于间质的成纤维细胞,促其增殖并产生大量ECM。缺血、血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)、高糖、血栓素A2、低密度脂蛋白及氧化压力可刺激其分泌。TGF-β在纤维化过程中的作用:①增加ECM蛋白的合成,包括蛋白多糖、胶原Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ及FN、LN;②减少基质金属蛋白酶(MMPs)表达及促纤溶酶原激活物抑制物(PAI)和组织金属蛋白酶抑制物(TIMP)的合成,减少ECM的降解;③增强细胞表面的ECM受体-整合素的表达,使细胞与基质黏附增强,促使ECM沉积;④刺激成纤维细胞增生,并有趋化作用。实验表明,TGF-β启动肾小管上皮细胞向肌成纤维细胞转化(EMT),从而最终导致慢性肾功能衰竭[1]。
1.1.2结缔组织生长因子(CTGF)CTGF是TGF-β的下游效应物质,CTGF在TGF-β诱导下,可由成纤维细胞等细胞合成分泌。它具有促有丝分裂、趋化细胞、诱导黏附、促进细胞增生和ECM合成等作用,并参与机体组织的创伤修复[2]。
1.1.3单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)MCP-1是特异性的单核/巨噬细胞趋化因子,在进行性的器官纤维化中起重要作用,并通过其同源受体CCR2调节RIF的发生[3]。欧阳春等[4]建立RIF动物模型,随大鼠病程进展,肾小管间质MCP-1表达增多,MCP-1可能通过介导巨噬细胞浸润参与RIF。
1.1.4肿瘤坏死因子-α(TNF-α)TNF-α能促进巨噬细胞浸润至受损的肾间质,并诱导巨噬细胞的促纤维化因子释放增加,加剧肾间质的免疫炎症反应,引起成纤维细胞增殖及胶原的沉积。李荟等[5]研究肾小管和肿瘤坏死因子与肾间质纤维化的关系,结果发现损伤及再生的肾小管上皮细胞较正常时合成和分泌更多的TNF-α,它通过促进肾间质成纤维细胞的增殖而促进RIF。
1.2血管活性物质
1.2.1血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)AngⅡ具有促生长效应,通过促进TGF-β、CTGF、血小板衍生生长因子(PDGF)等的释放来促进间质细胞等增生、ECM堆积,从而导致RIF的发生发展。AngⅡ也可促进多种前炎性细胞因子及其他多种细胞因子的表达,如核因子κB(NF-κB)、TNF-α、IL-6、MCP-1等,进而对机体损伤修复、免疫调节及细胞分化等重要生理和病理过程具有广泛的调节效应。应用血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素Ⅱ的1型受体(AT1R)拮抗剂可控制蛋白尿、细胞增殖、炎症细胞浸润等,从而减轻RIF[6]。
1.2.2内皮素-1(ET-1)ET-1的主要作用为缩血管,减少肾血流量,降低肾小球滤过率,上调TGF-β表达,放大间质炎症反应,刺激ECM合成,降低胶原酶活性。有研究发现ET-1还可抑制系膜细胞基质金属蛋白酶(MMP-2)的合成与活化,降低ECM降解,从而加重肾损伤,损伤及再生的肾小管上皮细胞较正常时合成和分泌更多的ET-1,ET-1通过ETR的作用,促使肾成纤维细胞的增殖,从而促进RIF。
1.3炎症细胞浸润
1.3.1单核巨噬细胞在肾间质纤维化早期,间质中有明显的单核巨噬细胞(MC/MP)聚集,肾小管上皮细胞通过表达MCP-1和巨噬细胞集落刺激因子(M-CSF)在MC/MP浸润增生中起了重要的调控作用。肾小管变性与肾间质MC/MP的聚集高度相关,它通过分泌TGF-β、PDGF、IL-1等细胞因子和促增殖因子直接促进固有的成纤维细胞增殖活化,促使ECM合成增多,抑制ECM降解,导致RIF。
1.3.2肥大细胞在肾切除动物模型实验中发现,肥大细胞可通过促进TGF-β、IL-8等多种细胞因子的表达诱导间质成纤维细胞增殖和ECM生成,从而促进RIF的发生。
1.4上皮细胞间充质细胞转变
已发现在RIF过程中,肾小管基膜被破坏的同时常常伴有肾小管上皮细胞向肌纤维母细胞样细胞转分化,此种现象被称为“上皮细胞间充质细胞转变(EMT)”,继之出现间质区ECM大量产生和沉积,导致间质区扩展加宽,肾小管萎缩,形成间质纤维化病损。
1.5ECM降解酶系统
基质金属蛋白酶(MMPs)/组织金属蛋白酶抑制物(TIMP)与ECM成分关系密切。RIF过程中,TIMP增加使MMPs活性受限,ECM降解减少,MMPs/TIMP失衡是RIF进展的重要因素。缺氧、高糖等多种原因皆可引起MMPs/TIMP的变化,导致ECM生成与降解失衡。另外,纤溶酶原激活物/纤溶酶原激活抑制物(PAs/PAIs),PAs及其抑制剂PAIs是介导纤溶与抗纤溶平衡并参与调节ECM代谢的关键酶系。
1.6其他
研究表明,PDGF、表皮生长因子(EGF)、NF-κB、IL-1、IL-10、蛋白尿、前列腺素等与RIF也有密切关系。
2中药治疗
2.1单味药及其有效成分提取物的研究
临床研究已证实大黄、丹参、川芎、黄芪、桃仁、苦参、灯盏花、绞股蓝等对预防及拮抗RIF有明显的作用,故不再一一阐述。
2.1.1三七苏白海等[7]将单侧输尿管梗死(UUO)大鼠随机分为假手术组、手术组和三七总皂苷治疗组,结果手术组呈进行性RIF,肾小管上皮细胞及间质α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)表达明显增加。治疗组RIF减轻,肾小管上皮细胞增殖细胞核抗原(PCNA)表达明显增加,α-SMA表达明显减少,间质PCNA、α-SMA表达明显减少(P<0.05)。证明三七总皂苷通过阻断EMT而抑制RIF的进展。
2.1.2红花唐蓉等[8]将48只大鼠随机分为正常对照组、假手术组、手术对照组、手术未治疗组、红花提取液治疗组、依那普利治疗组。结果发现红花提取液治疗组、依那普利治疗组治疗后肾小球滤过率(GFR)有所恢复,与手术未治疗组比较,差异无统计学意义(P<0.05);病理结果显示手术未治疗组和手术治疗组均可见灶性肾小管萎缩,间质纤维组织增生,但前两者较重。CK-18免疫组化染色显示,手术治疗组阳性染色的比值较对照组及手术治疗组高(P<0.05);测肾小管直径结果显示,红花及依那普利治疗组与手术治疗组相比差异有统计学意义(P<0.05);FN表达分析结果显示,红花提取液治疗组、依那普利治疗组较手术对照组和手术未治疗组低(P<0.05);结果表明红花通过阻止RIF,可延缓慢性肾脏疾病的进程。
2.1.3冬虫夏草闵亚丽等[9]将RIF大鼠模型随机分为假手术组、模型组、虫草治疗组,手术后第9d处死各组大鼠,结果表明模型组TGF-β1、α-SMA、Ⅳ型胶原的表达及肾小管间质损伤指数明显高于假手术组(P<0.01),而虫草治疗组明显低于模型组(P<0.01)。证明冬虫夏草可能通过下调TGF-β1,抑制肾小管上皮细胞、成纤维细胞转化为成肌纤维细胞,防治RIF。
2.1.4青蒿米绪华等[10]将雄性Wistar大鼠80只随机分为假手术组、UUO模型组、青蒿琥酯小剂量组、大剂量组和科素亚组,结果UUO模型组和各治疗组中,术后3d肾间质即出现CTGF和α-SMA表达,术后14d表达最高;不同剂量青蒿琥酯组和科素亚组CTGF和α-SMA表达均低于UUO模型组,且大剂量组疗效优于小剂量组,而与科索亚组相似。证明青蒿琥酯可以降低肾间质中CTGF和α-SMA的表达。
2.1.5银杏叶李绍梅等[11]将UUO大鼠分别给予银杏叶[300mg/(kg·d)]、依那普利[10mg/(kg·d)]、银杏叶联合依那普利治疗,结果银杏叶和依那普利均可抑制肾间质的α-SMA、TGF-β1表达,减少胶原蛋白含量,与治疗前相比差异有统计学意义(P<0.05)。证明银杏叶和依那普利可通过抑制肾小管上皮细胞转分化,从而减轻UUO术后肾组织间质纤维化。
2.1.6其他甘草酸可使马兜铃酸刺激RTEC分泌和释放ET-1、Ang水平下降,从而发挥肾小管间质保护作用[12];雷公藤对多种类型的肾衰竭均有一定程度的降低尿蛋白作用,可能通过抑制肾小球系膜细胞的增多来阻抑RIF进展[13]。
2.2中药复方的研究
2.2.1肾衰泄浊汤(生黄芪、生大黄、丹参、生牡蛎等)晏子友等[14]采用UUO动物模型,术后7d观察梗死肾组织病理改变,发现中药高剂量组和苯那普利组较模型组小鼠肾组织肝细胞生长因子(HGF)蛋白表达增强,TGF-β1蛋白表达减弱,而I、Ⅲ、Ⅳ型胶原、FN生成减少,两组比较差异无统计学意义,而HGF表达与TGF-β1表达呈明显负相关。证明肾衰泄浊汤可能是通过诱导HGF蛋白表达,抑制TGF-β1表达,抑制I、Ⅲ、Ⅳ型胶原及FN等ECM的过度沉积,加强肾保护作用,对抗RIF。