前言:想要写出一篇令人眼前一亮的文章吗?我们特意为您整理了5篇肾脏纤维化范文,相信会为您的写作带来帮助,发现更多的写作思路和灵感。
各种原因引起的慢性肾脏疾病进展为终末期肾衰(endstagerenalfailure,ESRF)的实质是肾脏纤维化和硬化,从而导致有效肾单位丧失和肾功能的进行性下降。近年研究揭示,炎症细胞浸润,肾脏固有细胞在致纤维化性生长因子(growthfactors,GF)、细胞因子等作用下发生表型改变等是肾脏纤维化形成的重要机制。此外,细胞外基质成分(ECM)的产生与降解过程的失调而致其过度积聚,进一步促进了肾脏的硬化和肾功能的丧失。现就肾脏纤维化形成过程中所涉及的主要机制及与此有关的治疗学进展作一简述。
1 肾小球硬化(glomerulosclerosis,GS)
无论肾病原发病因如何,终末期肾脏均表现为GS,并进而导致肾小球滤过功能的丧失。近年来GS机制研究取得不少进展,主要表现在以下几个方面。
1.1 肾小球毛细血管内皮细胞损害是GS的重要始动因素
正常情况下内皮细胞不仅是维持毛细血管结构完整的屏障,而且还可以通过自分泌或(和)旁分泌方式产生一系列的体液因子(如内皮素、NO、PGI2等)而调节局部血流动力学及凝血过程。此外,这些局部体液因子尚可通过对系膜细胞(mesangialcell,MC)的作用而调节肾小球的滤过功能。内皮细胞受损后,其抗凝活性下降,促进血小板的粘附与聚集,毛细血管微血栓形成。内皮细胞表型的改变包括细胞表面表达细胞粘附分子(celladhesionmolecule,CAM),后者促进白细胞粘附于肾小球毛细血管并继而向血管襻浸润。损伤或(和)激活的内皮细胞通过释放细胞因子如IL-1(白介素-1)、TNFα(肿瘤坏死因子α)、化学趋化因子(chemokine,如IL-8)、单核细胞趋化肽-1(MCP-1)、巨噬细胞炎症蛋白-2(MIP-2),进一步吸引炎症细胞至肾小球并导致它们的激活。IL-1,TNFα还可促进血栓的形成。因此,肾小球内皮细胞通过与循环白细胞及血小板的相互作用而启动肾小球硬化的过程。
1.2 mC在肾小球硬化中的作用
MC是肾小球内平滑肌样细胞,它可以合成和释放致炎性细胞因子和趋化细胞因子(MCP-1,RANTES)以及致纤维化性GF,如血小板生长因子(PDGF)。MC对损伤的反应是增生、发生表型改变并产生ECM。激活的血小板、核细胞及损伤的内皮细胞均可通过释放一系列因子而介导这种反应。MC增生往往是系膜硬化及GS的前奏。在所有细胞因子中,PDGF及TGFβ(转移生长因子β)已被公认在系膜增生及硬化中起最为重要的作用。大鼠体内直接注射PDGF可刺激肾脏MC增生。将人PDGF基因转移给大鼠亦导致MC增生。与PDGF不同的是,TGFβ对MC的增生具有双相性调节作用,即低浓度时起促进作用,而高浓度时起抑制作用。TGFβ还能强力促进系膜及上皮细胞合成ECM成分。最近人们发现TGFβ尚可引起MC表型改变,使其成为成肌纤维细胞(myofibro-blast,MFB)。MC的这种表型改变是其激活及增生的象征,并在临床及动物实验中证实具有较好的判断预后价值。研究证实当MC表达MFB标记性蛋白-α平滑肌肌动蛋白(αsmoothmuscleactin,α-SMA)增加时,GS程度加重,这是由于转型的MC能够合成Ⅰ、Ⅲ型胶原,而由肾小球MC释放的基质金属蛋白酶(MMPS)仅能降解Ⅳ型胶原,并不能降解Ⅰ、Ⅲ型胶原所致。有趣的是,肾小球基质成分的改变反过来又可能影响MC,进一步促进其增生和转化。
2 肾小管、间质纤维化
小管间质纤维化(tubulo-interstitialfibrosis,TIF)是肾脏硬化的一个重要特征。无论肾脏原发病变在肾小球、肾小管还是血管,大多数进展性肾病均可见到TIF,而TIF的出现又往往预示着肾脏病变预后不好。动物实验发现,如果没有同时伴有小管、间质炎症性浸润及纤维化,肾小球硬化乃至肾功能不全就很少发生。
TIF的发生机制与前述GS的机制有许多相似之处。不过肾小管细胞在其中起了十分重要的作用。因为当其受损时,它可以表达细胞粘附分子,释放趋化因子、细胞因子及GF,还有MCP-1,Osteopontin,粒-单核细胞集落刺激因子,这些因子可以把炎症细胞、单核细胞及淋巴细胞等吸引到肾间质。而单核细胞通过进一步地释放致纤维化性细胞因子,刺激成纤维细胞增生、胶原合成,从而促进TIF的形成。淋巴细胞产生IL-2(白介素-2),γ-干扰素等可通过刺激巨噬细胞产生TGFβ等进一步刺激间质的成纤维细胞产生胶原。不仅如此,肾小管细胞本身亦可通过释放IL-1,PDGF,TGFβ等而直接刺激肾间质成纤维细胞的激活与增生。此外,肾小管细胞与肾脏成纤维细胞的相互作用似乎尚受肾小管周围ECM成分的影响。例如当将小管细胞与IV型胶原共同培养时,近端小管细胞刺激肾皮质成纤维细胞的增生,而与laminin一起培养时则抑制成纤维细胞的增生。间质成纤维细胞激活后亦主要表现为获得了平滑肌细胞的某些特征而成为MFB,它表达某些结构蛋白如α-SMA,Vimentin及成纤维细胞特异性蛋白-1等。MFB通过合成ECM而促进TIF的形成。临床及动物实验均已发现,间质MFB数量的多少与TIF程度有密切关系,小管、间质细胞表达α-SMA增加,往往提示疾病预后不良,容易进展为ESRF。进一步的研究还证实,肾脏本身固有的细胞如间质成纤维细胞、血管周围细胞以及小管细胞等均可经过表型改变而成为MFB。最近有人发现这些细胞经肾小球入口或破损的包曼囊而向硬化的肾小球迁移,提示间质MFB可能参与GS的形成。
间质MFB合成和降解ECM失调亦是导致TIF的重要因素。Lemis等最近报道,当肾小管细胞与异常的ECM成分一起进行培养时,可抑制成纤维细胞释放胶原酶。此外TIF时亦发现肾小管MMPS减少,而这些酶的组织抑制因子(TIMPS)及血浆原激活因子的抑制成分(PAI)增加。总之,所有这些变化均有利于间质ECM成分的积聚,从而最终导致TIF。
3 肾内血管纤维化和硬化
肾内血管纤维化和硬化亦是终末期肾脏病理学上的一个显著特征。它与ESRF的发生有着密切的关系。近年来人们已逐渐地注意到肾内微小血管性损害对肾脏纤维化的影响。事实上无论慢性肾病是否伴有全身性高血压,肾活检标本中常可见到微小血管的硬化,而且研究发现,这种病理改变的程度直接影响着肾病的预后。肾内小血管硬化的机制可能为:⑴全身性高血压一方面引起的入球小动脉扩张,肾小球毛细血管内压(PGC)增高,肾小球肥大;另一方面引起出球小动脉扩张,继而引起管周毛细血管内压增高,内皮细胞受损。⑵毛细血管内压力的改变可刺激血小板生长因子(PDGF)、血管紧张素Ⅱ、内皮素等释放,后者进一步刺激管壁平滑肌细胞、间质成纤维细胞增生,导致管腔缩窄。小血管硬化造成局部缺血、缺氧,小管细胞萎缩。晚近有人注意到血管周围细胞(pericyte)异化成MFB,后者可分泌产生ECM,并可能移行至肾小球内,从而促进肾小球及小管、间质的纤维化。
4 治疗学进展
去除促使肾脏硬化的危险因素如高血压、高血糖、高血脂等已被证明可延缓慢性肾衰进展。另外,低蛋白、低磷饮食亦已公认是能够有效地延缓慢性肾衰进展的内科疗法之一。
慢性纤维化疾病的病因千差万别但发病机制却有本质上的相同之处。动脉粥样硬化的血管平滑肌细胞VSMC、心脏纤维化的心肌成纤维细胞C、肾小球硬化症的肾小球系膜细胞GMC、肝纤维化的肝星状细胞HSC这种类型细胞在结构和功能上有许多共同特性包括随着基质蛋白的沉积引起的细胞生物学的改变。
植物雌激素与动脉粥样硬化
动脉粥样硬化为大/中动脉内膜局限性增厚中膜平滑肌细胞迁移至内膜并大量增殖伴胶原、蛋白多糖等多种细胞外基质ECM分泌和积累其深部富含坏死组织碎片、细胞组分及脂质。研究证明动脉中膜平滑肌细胞向内膜下迁移及其表型改变进而大量增殖和形成肌源性泡沫细胞是动脉粥样硬化形成过程中的重要病理改变。平滑肌细胞在形态上有两种表型即收缩型和合成型。合成型细胞可增殖及分泌多种ECM如胶原和弹性蛋白。
植物雌激素与肾小球硬化/肾间质纤维化
各种原因引起的慢性肾脏疾病发展为终末期肾衰竭其实质是肾脏纤维化和硬化。近年研究揭示炎症细胞浸润、肾脏固有细胞在纤维化生长因子、细胞因子等作用下发生表型改变是肾脏纤维化的重要机制。系膜细胞是肾小球内平滑肌细胞它可以合成释放致炎症细胞因子、PDG。系膜细胞对损伤的反应是细胞增殖、发生表型改变并产生ECM。肾小球基质成分的改变反过来又可能影响系膜细胞进一步促使其增殖和转化。
有研究发现大豆异黄酮对单侧输尿管梗阻大鼠肾间质纤维化有一定的抑制作用。在对照组梗阻肾中发现单侧输尿管梗阻大鼠术后5~天TGβ1mRNA的表达量维持在较高的水平同时伴随着梗阻肾肾间质纤维化程度逐渐加重两者相关性较显著。在本实验中给单侧输尿管梗阻大鼠喂食大豆异黄酮发现大豆异黄酮对TG-β1mRNA的表达具有一定的抑制作用。同时在本实验中还发现大豆异黄酮可在转录水平抑制TG-β1的表达进而延缓了肾间质纤维化的发展。其他实验证实大豆异黄酮抑制单侧输尿管梗阻大鼠梗阻肾肾间质细胞和成纤维细胞增生和分泌的作用进而延缓了肾小管-间质纤维化。
体外研究表明培养的肾小球系膜细胞GMC在压力或牵拉后会促进增殖和ECM产生并可导致肾小球硬化异黄酮和木脂体可通过抑制酪氨酸激酶途径抑制系膜细胞增殖从而减轻肾损害。
1 大黄酸、大黄素
1.1 大黄酸 大黄酸(rhein,4,5-dihydroxyanthraquinone)为蒽醌衍生物的单体,主要分布于蓼科植物中,是中药大黄分离提纯的主要有效成分之一,具有抗炎、抗肿瘤、抗纤维化、利尿、免疫抑制等多种药理活性。动物实验研究表明该成分对UUO模型,STZ诱导的糖尿病大鼠模型,慢性肾移植肾病(CAN)大鼠模型均有显著的防治作用,其机制主要有以下几个方面:(1)减少UUO模型大鼠肾脏TGF-β1和bFGF的表达,阻止TGF-β信号传导,从而抑制肾纤维化发展[2]。(2)显著下调糖尿病大鼠肾小管上皮细胞内肌成纤维细胞标志蛋白α2SMA和间质细胞标志蛋白Vimentin的表达,阻抑肾小管上皮细胞表型转化[3]。(3)大黄酸能改善CAN大鼠肾功能及肾组织慢性病理改变,降低CTGF表达,减轻肾脏纤维化[4]。(4)降低糖尿病大鼠MMP-9的高表达,纠正失衡的MMP/TIMP1比值,阻抑EMT,减轻糖尿病肾病(DN)肾间质纤维化[5]。同时体外研究发现,大黄酸可以抑制高糖环境下HK-2细胞向MyoF转分化,阻抑TEMT,并推断这可能是大黄酸防治DN的又一作用机制[6]。
1.2 大黄素 大黄素为大黄的另一主要有效成分,其延缓肾脏纤维化的机制主要与其抗增殖,抑制转分化,抗氧化,清除自由基作用有关[7]。
2 川芎嗪
川芎嗪是从活血化瘀中药川芎的根茎中提取的生物碱单体,化学结构为四甲基吡嗪(TMP),川芎嗪具有显著抗肾间质纤维化的作用,其机制与降低肾组织中促纤维化细胞因子TGF1含量,同时恢复Smad 逆向调控因子Smad7和SnoN蛋白表达水平有关[8]。李健芝观察川芎嗪可以降低肾间质纤维化大鼠肾组织肾小管中MMP-9、TIMP-1的表达,并且疗效与缬沙坦治疗组相当[9]。体外研究发现,川芎嗪能抑制AGE-BSA(糖基化终末产物)诱导的HK-2细胞FN、ColⅠα1的合成,进而抑制肾小管上皮细胞分泌ECM[10]。川芎嗪并且能呈剂量依赖性地减少高糖诱导下HK-2中α-SMA mRNA的表达,并逐渐恢复E-钙黏素mRNA的表达,进而阻断高糖诱导的肾小管上皮细胞转分化[11]。
3 丹参总酚酸、丹参酚酸B、丹参酮
3.1 丹参总酚酸、丹参酚酸B 丹参中水溶性成分主要有丹参素、迷迭香酸、原儿茶醛、咖啡酸、紫草酸、丹酚酸A、B等,总称为丹参总酚酸,其中丹酚酸B含量最高,并且为主要的活性成分。丹参总酚酸具有明显的抗血栓形成、溶纤和抗脂质过氧化的作用,动物实验研究发现,丹参总酚酸、丹参酚酸B对单侧输尿管梗阻(uuo)大鼠、马兜铃酸肾损害和大鼠HgCl2中毒大鼠肾间质纤维化具有显著的防治作用。其机制为:(1)降低大鼠尿NAG和β-MG水平,减少Ⅲ型胶原、纤维连接蛋白、a-平滑肌肌动蛋白在肾组织的表达[12]。(2)抑制α2SMA蛋白表达,维持上皮细胞的表型[13]。(3)增强MMP的活性和降低TIMP21,PAI21mRNA的活性从而拮抗ITGβ21mRNA的致纤维作用[14]。
3.2 丹参酮 丹参中脂溶性成分是以丹参酮为代表的醌类化合物,其中丹参酮Ⅱ-A磺酸钠在肾纤维化中研究最多,主要以体外研究居多。
4 姜黄素
姜黄素是从姜科植物姜黄中提取的一种植物多酚, 也是姜黄发挥药理作用最重要的活性成分。姜黄素对多种原因所致的肾损害、糖尿病大鼠肾脏均具有保护作用。其机制是:(1)干预UUO大鼠TGF-β/Smads信号通路中多个位点,阻抑肾小管上皮细胞EMT的发生[15]。(2)降低肾组织内Ang-Ⅱ、ET-1的表达,改善肾组织的缺血、缺氧状态[16]。(3)下调肾组织内а-SMA和波形Vimentin的蛋白表达[17]。
5 三七总皂苷
三七总皂苷为中药三七的主要活性成分,具有抗凝、抑制血小板聚集、改善循环、降低血脂和抗纤维化等功能。其改善肾纤维化机制主要与抑制细胞转分化及细胞外基质分泌,降低细胞因子血小板源性生长因子(PDGF)和IL22的水平有关[18]。
6 水飞蓟素
水飞蓟素是菊科草本植物水飞蓟的活性成分,多用于临床肝纤维化的治疗,近年来的研究发现水飞蓟对延缓肾间质纤维化其同样有效,其机制:(1)减少小管间质Ⅲ型胶原沉积[19]。(2)下调内皮素21(ET21)及内皮素A受(ETaR)表达而抑制纤维化的发生[20]。(3)下调肾组织核转录因子2κB(NF2κB)和细胞间黏附分子21(ICAM21)表达,进而减少炎性细胞因子、趋化因子和促纤维化因子的产生,减少ECM的合成[21]。
7 银杏叶提取物
银杏叶提取物(EGb)是从银杏叶中提取的天然活性物质,其有效成分为黄酮甙及银杏内酯。银杏叶提取物片能降低肾间质纤维化大鼠的血清肌酐、尿素氮,减少24 h MTP,具有肾功能保护作用。由于其具有清除自由基,抑制氧化应激反应,因此其在防治DN方面有良好的应用前景[22]。
综上所述,中药有效提取物防治肾纤维化的实验研究,主要从动物、组织、细胞等层面展开,多选择肾纤维化的关键途径TGF-β/Smads信号途径为切入点,主要涉及关键致纤因子TGF-β1、а-SMA,波形蛋(Vimentin),结缔组织生长因子(CTGF),细胞外基质Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白(FN)。但选择其他途径如Wnt/β-catenin、Rho-ROCK等传导通路进行中药有效提取物防治肾纤维化的机制研究较少,在TGF-β/Smads信号途径中得到证实的结果,是否在其他的信号途径中起作用,除了对致纤因子的研究,其对内源性抗纤维化因子的影响如何,值得进一步的研究。
在药物成分、剂型、剂量方面,研究主要涉及药物主要成分的含药血清和注射液,对药物最佳剂量,量效关系和时效关系的研究但相对较少。在结合中医机理方面,大多数研究都是针对单味中药的有效成分进行,其作用机制主要偏向补气或活血化瘀,而慢性肾脏病的后期肾纤维化阶段,慢性肾脏病病机多属气虚和血瘀同时并见,因此积极开展联合多种有效单体或者不同剂量有效单体配伍干预慢性肾脏病肾纤维化的研究,对揭示中医药干预肾纤维化发生发展的内在机制,发挥中医药在慢性肾脏病中的特色治疗具有广泛的应用前景。
参考文献
[1] Michael Zeisberg,Eric G,Neilson.Mechanisms of Tubulointerstitial Fibrosis[J].J Am Soc Nephrol,2010,21(11):1819-1834.
[2] 黄娟,陈文莉,朱红.大黄酸对输尿管梗阻大鼠肾组织纤维化的保护制[J].中国药师,2009,12(11):1529-1531.
[3] 刘伦志,宁建平.大黄酸对糖尿病大鼠肾小管上皮细胞表型转化的影响[J].内科急危重症杂志,2007,13(1):33-35.
[4] 殷立平,苏健,张鑫,等.大黄酸对慢性移植肾肾病大鼠转化生长因子β1、结缔组织生长因子和纤维连接蛋白的影响[J].肾脏病与透析肾移植杂志,2011,20(4):342-351.
[5] 李文星.大黄酸对糖尿病大鼠肾小管上皮细胞转分化与MMP-9/TIMP-1的影响[D].硕士学位论文,2008:1-46.
[6] 陆小兰.大黄酸对高糖环境下肾小管上皮细胞转分化的影响[D].硕士学位论文,2008:1-43.
[7] 金国华,房向东.大黄素在延缓肾脏纤维化过程中的作用[J].山东医药,2011,51(32):114-115.
[8] 陆敏,周娟,王飞,等.川芎嗪对肾间质纤维化模型大鼠Smad7和SnoN蛋白表达的影响[J].中国中药杂志,2009,34(1):84-88.
[9] 李健芝,庾江东,刘玉明,等.川芎嗪对肾间质纤维化大鼠中MMP-9、TIMP-1表达的影响[J].医学理论与实践,2012,25(3):249-251.
[10] 许艳芳,林久茂,江德文,等.川芎嗪对糖基化终末产物诱肾小管上皮细胞外基质表达的影响[J].福建中医学院学报,2009,19(1):20-23.
[11] 吴小南,吴异兰,陈洁.川芎嗪对高糖诱导的人肾小管上皮细胞转分化的影响[J].中国全科医学,2009,12(5):843-846.
[12] 胡晓颖,何立群,王云满,等.丹酚酸B干预慢性马兜铃酸肾病大鼠疗效研究[J].陕西中医,2008,29(1):116-118.
[13] 陆海英,周娟,陆敏.丹参酚酸B对实验性肾间质纤维化大鼠的保护作用及其机制[J].中药材,2010,33(11):1755-1759.
[14] 何立群,黄迪,王云满.丹酚酸B改善马兜铃酸肾病作用机制的研究[J].西安交通大学学报(医学版),2010,31(6):766-769.
[15] 李,陈朝青,李亚东.姜黄素对单侧输尿管梗阻大鼠肾小管上皮细胞分化及TGF-β/Smads信号转导途径的影响[J].中国中西医结合杂志,2011,31(9):1224-1228.
[16] 王岩,李建华,梁昭红.姜黄素对单侧输尿管梗阻大鼠肾脏表达血管紧张素Ⅱ、内皮素-1的影响[J].中国现代医学杂志,2008,18(8):1052-1059.
[17] 赵爱青,张晓明,侯恒.姜黄素对单侧输尿管梗阻大鼠肾小管上皮细胞转分化影响的研究[J].中国中西医结合急救杂志,2007,14(6):348-351.
[18] 谢纪青,金建生,付次双.三七总皂苷对慢性肾缺血肾间质纤维化的防治作用[J].福建医科大学学报,2010,44(1):104-105.
[19] 赵海霞,韩子明,赵德安.水飞蓟素对大鼠肾小管间质纤维化的影响[J].中国中西医结合肾病杂志,2008,9(2):145-146.
[20] 韩玫瑰,郭勇,韩子明.水飞蓟素对大鼠肾小管间质纤维化的影响及其作用机制探讨[J].细胞与分子免疫学杂志,2011,27(3):339-341.
[21] 钱茜,韩子明,王鹏,等.水飞蓟素对肾小管间质纤维化大鼠核转录因子2κB和细胞间黏附分子21表达的影响[J].实用儿科临床杂志,2009,24(18):1447-1449.
关键词: PKB; MMPs; TIMPs; 肾间质纤维化
中图分类号: R692 文献标识码: A 文章编号: 1009-8631(2011)02-0210-01
一、PI3K/PKB信号通路
1. PI3K概述
磷脂酰肌醇-3激酶是1988年Whitman M等发现的一种与细胞内信号转导有关的脂类第二信使。目前PI3Ks至少可分为三型,I型、Ⅱ型、Ⅲ型。这三型PI3Ks 具有结构上和磷酸化底物的不同,I型PI3K可磷酸化磷脂酰肌醇(简称PI)、磷脂酰肌醇-4-磷酸[简称PI-4-P]和磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸[简称PI-4,5-P2]三种底物生成相应的磷酸化产物,其在体内最常见底物为PI-4,5-P2。Ⅱ型PI3K能磷酸化PI、PI-4-P。Ⅲ型PI3K仅磷酸化PI。除了上述的磷脂激酶活性,I、Ⅲ型PI3K具有内源性蛋白激酶活性,可使其自身或调节蛋白磷酸化。PI3K的这种自身磷酸化可能参与了控制这些信号分子处于一种新的平衡水平。
2. PKB概述
蛋白激酶B是1991年Jones PF等发现的一种分子量为60Kda的蛋白激酶,因其与蛋白激酶A及蛋白激酶C均有很高的同源性(PKC为73%,PKA为68%)而得名,有人也称其为PKA与PKC相关激酶。此外该激酶被证明为反转录病毒Akt-8的癌基因v―akt编码的蛋白产物,故又称为Akt。目前发现PKB有三种亚型,PKBα(Akt1)、PKBβ(Akt2)、PKBγ(Akt3),PKBα与PKBβ和PKBγ有将近81%和83%的同源性。PKBα和PKBβ在人体各组织中普遍表达;而PKBγ的表达则有组织特异性,主要在脑、肾、心、肺、、骨骼肌组织中表达[3]。
3. PI3K/PKB信号通路的调控
多种生长因子信号引起受体酪氨酸磷酸化,PI3K通过调节亚基与这些分子结合而活化,活化的PI3K导致其磷酸化肌醇磷脂产物增加,从而引起蛋白激酶B的活化。PH结构域是一种存在于多种信号蛋白和细胞骨架相关蛋白中的功能性区域。PH结构域的完整是PKB激活的必需条件。PI3K的磷酸化磷脂产物与PKB的PH结构域结合,使PKB向质膜转位,发生变构,在PI3K依赖激酶1的作用下,引起其苏氨酸残基磷酸化,此后,PKB的丝氨酸残基也被质膜上受PI3K调节的PKD2磷酸化[2,3]。当完成这两个位点的磷酸化后,活化PKB脱离质膜进入胞质和胞核,引起细胞生存、细胞代谢、细胞骨架重组等重要的生物学事件。
二、MMPs/TIMPs
MMPs/TIMPs 的生物学特性ECM的降解依赖于各种蛋白酶的分泌和合成。MMPs 可以降解所有的ECM 成分。MMPs 是一组依赖金属离子的内肽酶超家族,目前已发现的MMPs 有约30 种,根据其作用底物的不同可分为4大类:间质胶原酶、明胶酶(又称Ⅳ型胶原酶)、基质溶解素和膜型-基质金属蛋白酶(MT-MMP)。MMPs以酶原形式分泌到ECM中,适当条件下被激活而发挥其生理作用。MMPs的活性主要受其抑制物TIMPs的调节。TIMPs是MMPs的天然抑制剂,存在于多种组织和体液中,能在多种细胞因子的诱导下产生,与激活后的MMPs家族成员以共价键形成1∶1 的复合体,特异性地抑制MMPs的活性,参与ECM的合成与降解。TIMPs是一个多基因家族,至今已明确有4个成员,分别为:TIMP-1、TIMP-2、TIMP-3及TIMP-4。目前在肾脏领域里研究较为广泛的是TIMP-1,其过度表达直接参与肾小球和肾小管间质的纤维化。
三、PKB和MMPs/TIMPs与肾间质纤维化的关系
1. MMPs/TIMPs的平衡失调与肾间质纤维化
在不同病因所致的肾纤维化病变中均存在MMPs/TIMPs的功能紊乱。不同实验方法观察可有不同的结果,但有一种共同趋势,即TIMPs高表达,和(或)MMPs话性下降。其中TIMPs高表达更为重要,因为一方面表达的MMPs并不一定活化,另一方面随MMPs的表达增高常伴有TIMPs的高表达使其活性受抑。
在肾间质纤维化的临床病例中,汤询等[4]采用免疫组化技术检测不同病程肾脏疾病患者肾组织中TIMP-1,MMP-9及Ⅳ型胶原的表达情况,结果显示肾脏病患者肾小管间质MMP-9表达较正常呈显著增强,间质纤维化程度越重则其表达越弱;肾小管间质TIMP-1表达、TIMP-1/MMP-9之比与病变肾小管肾间质比率呈显著正相关。表明肾脏病患者肾组织表达MMP-9增高有助于消除过多的ECM 肾组织纤维化形成的一种自身抑制效应;而TIMP-1表达增高,导致ECM降解减少,参与肾组织纤维化的发生机制。几乎所有肾间质纤维化模型和肾间质纤维化的临床病例中都可发现TIMP-1表达上调,故长期以来人们认为TIMP-1在肾间质纤维化的发生中起着不可替代的作用。
2. PI3K/PKB与肾间质纤维化细胞外基质沉积的关系
在肾间质纤维化中,均有细胞外基质(ECM)的堆积。正如前述,许多细胞因子可致ECM的合成与分泌增多,而PI3K/PKB在此过程中起了重要作用。同时,研究发现肾组织ECM降解系统,尤其是基质金属蛋白酶(MMPs)及其组织抑制因子(TIMPs)功能紊乱,与ECM过多堆积有关。近年体外研究发现,PBK/PKB信号通路通过改变细胞中的MMPs和TIMPs的表达从而参与ECM的降解过程。
四、结语
多数慢性肾脏病都要经过肾间质纤维化而发展为终末肾。上述研究表明,PBK/PKB信号通路在肾间质纤维化中发挥了重要的作用。肾间质纤维化是多因素的结果,目前对其分子学发病机制研究较多,但对其信号转导机制的研究较少。细胞内存在高度完善、有序、复杂的信号网系统,该系统一旦失调,将会导致细胞功能的改变。因此,进一步深入对肾间质纤维化的信号转导机制的研究,对肾间质纤维化的防治具有重要的理论和实践意义。
参考文献:
[1] 胡玲MMPs/TIMPs、TGF-β1及PKC与糖尿病肾病[J].医学综述,2005,11(12):1097-1099.
[2] Vanhaesebroeck B,Waterfield MD.Signaling by distinct classes of phosphoinositide 3-kinases.Exp Cell Res,1999,253(1):239-254.
[关键词] 单侧输尿管结扎;肾间质纤维化;芪红合剂;纤溶酶原激活物抑制剂-1
[中图分类号] R285.6 [文献标识码]B [文章编号]1674-4721(2009)01(a)-043-03
The effect of Astragalus and Safflower mixture on expression of tissue inhibitors of motalloprotenase in renal tubulointerstitial fibrosis in rats with Unilateral Ureteral Obstruction
DONG Hua-ling1,MA Hua2
(1.Shanxi University of Traditional Chinese Medicine,Taiyuan 030024,China; 2.The Second Hospital of Shanxi Medicine University,Taiyuan 030024,China)
[Abstract] Objective: To observe the effect of Astragalus and Safflower mixture on the expression of PAI-1 in rats with Unilatreal Ureteral Obstruction. To investigate the theraputic effects and its mechanisms of Astragalus and Safflower mixture.Methods: Rat renal interstitial fibrosis model was produced by unilateral ureteral obstruction,40 Wistar male rats were randomly divided into four groups: sham group(A group),UUO group(B group), A&S group(C group) and ACEI group(Dgroup). Sera and kidney tissues were collected from each group on the forteenth day.Bun and Scr were measured.It was carried out to measure the level of tubulointerstitial damage by Masson staining. The expression of PAI-1 in kidneys was analyzed by immunohistochemical method. Results: The expression of PAI-1 and the renal interstitial fibrotic area were highter significantly than that in sham group. Compared with UUO group, those of the treatment groups decreased markedly. The level of BUN and Scr in UUO group were significantly highter than that in sham pared with UUO group,the level of BUN and Scr in treatment groups were significantly lower. Conclusion: Astragalus and Safflower mixture can downregulate the level of BUN and Scr in UUO animal model rats, Astragalus and Safflower mixture can suppress the upregulation of PAI-1 expression in kidneys of UUO animal model rats and decrease their interstitial fibrotic area.It is inferred that it may be one of the mechanisms of Astragalus and Safflower mixture suppressing renal tubular damage and interstitial fibrosis.
[Key words] Unilateral Ureteral Obstruction;Renal tubulointerstitial fibrosis; Astragalus and Safflower mixture; Plasminogen activator inhibitor 1.
肾间质纤维化是多种慢性肾脏疾病长期迁延所致,是最终导致慢性肾功能衰竭的主要病理基础,它以肾小管损伤、肾间质炎细胞浸润、纤维化为特征[1]。
芪红合剂是在长期的临床实践中总结出的治疗肾脏疾病的经验方,在我们的前期研究中,芪红合剂对单侧输尿管结扎致肾间质纤维化大鼠模型肾组织的病变程度有一定改善,并可减少结缔组织生长因子(CTGF)和基质金属蛋白组织抑制1(TIMP-1)在肾组织中的表达,本课题旨在研究芪红合剂对纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)表达的影响,进一步探讨芪红合剂在肾间质纤维化中的作用及可能的作用机制,为临床用药提供可靠的理论和实验依据。
1材料和方法
1.1实验药物、试剂
1.1.1 芪红合剂由黄芪、红花、大黄、水蛭等组成,按比例称取后,由山西医科大学第二医院中药制剂室煎制,每毫升药液中含生药3.7 g。
1.1.2依那普利佛山雅来制药有限公司提供,5 mg/粒
1.1.3主要试剂纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1) 免疫组化试剂盒购自武汉博士德生物有限公司。
1.2实验方法
1.2.1 动物分组和造模雄性Wistar大鼠40只(由山西医科大学动物实验中心提供,二级),体重(150±3) g。常规饲养7 d后,随机分为4组:正常对照组(A组)、手术模型组(B组)、芪红合剂组(C组)、依那普利组(D组),每组10只。采用单侧输尿管结扎致肾间质纤维化大鼠模型(UUO),模型制备方法参考文献[2]。术前3 d开始灌胃给药,假手术组、手术模型组正常进水进食,中药治疗组每天给予芪红合剂2 ml/只,西药治疗组按10 mg/kg给予依那普利,每天1次。手术后第14天以10%水合氯醛0.03 ml/kg腹腔注射麻醉大鼠,从腹主动脉采血,分离血清,用于测定血生化指标;摘取左肾分别用10%中性甲醛和4%的多聚甲醛固定,石蜡包埋切片,用于免疫组化分析。
1.2.2 观察指标
1.2.2.1 血生化指标的检测血尿素氮(BUN)采用二乙酰一肟法、血肌酐(Scr)采用苦味酸不除蛋白法测定。
1.2.2.2 肾组织病理观察石蜡包埋切片,行HE和Masson染色。光镜下观察肾小管及间质的结构及变化。Masson染色在400倍光镜下观察肾间质胶原纤维染色,每组选取8张切片,每张切片选取不重复的8个视野。采用BI2 000医学图像分析系统进行半定量分析,计算肾间质Masson染色阳性面积及阳性面积占整个视野百分比。
1.2.2.3 肾组织PAI-1免疫组织化学观察肾组织中PAI-1免疫组化采用SABC法,采用BI2000医学图像分析系统,在400倍光镜下测量每个显示屏的阳性染色面积和染色强度(平均光密度)。每组选取8张切片,每张切片测量8个视野进行半定量分析。
1.2.3 统计学方法
所有数据采用SPSS11.0软件处理,结果均以均数±标准差表示,组间比较采用方差分析,两两间比较采用SNK-q检验。
2结果
2.1 肾功能检测结果
模型组尿素氮和血肌酐均较假手术组升高,两治疗组较模型组呈下降,提示中药芪红合剂及依那普利均能降低梗阻性实验大鼠血尿素氮、血肌酐水平。见表1。
2.2肾脏病理观察结果
肉眼观察可见:假手术组肾脏大小形态正常,颜色暗红,模型组结扎侧肾脏体积明显肿大,内含混浊尿液,颜色变浅,肾实质变薄,肾盂扩张。
光镜下HE染色结果:假手术组肾脏组织结构正常,肾小管排列紧密、整齐;手术模型组可见肾小管排列紊乱,弥漫的肾小管上皮细胞肿胀、空泡变性,多数肾小管扩张、部分萎缩,偶见坏死,肾间质增宽,肾小管间质中有炎症细胞浸润和间质纤维化,治疗组上述改变均较模型组减轻。
Masson染色示:假手术组肾脏有胶原染色主要位于肾小球基膜、Bowman囊、系膜区和肾小管的毛细血管周围;模型组可见肾间质增宽,大量胶原纤维增生,间质胶原纤维呈蓝色染色,间质纤维化呈灶状分布,肾小球病变不明显,治疗组上述改变均有所减轻。结果见表2。
2.3肾组织中PAI-1的免疫组化分析
假手术组大鼠肾小管上皮细胞胞浆有少量PAI-1表达,肾小球和肾间质细胞少见PAI-1表达。模型组可见PAI-1表达较假手术组明显增强,主要在皮髓交界的肾小管间质区以及肾小管上皮细胞表达明显。治疗组较模型组表达明显减弱,但仍未达到假手术组水平。结果见表3。
3讨论
肾间质纤维化是各种原因造成的肾小管及间质病变的最终结果,也是导致终末期肾衰的主要原因之一。细胞外基质(ECM)的大量沉积是肾间质纤维化形成的主要机制[3]。现已证实ECM的降解减少是引起ECM积聚的主要原因[4]。
调节ECM降解主要为凝血纤溶系统和基质金属蛋白酶系统,其中尤以凝血纤溶系统更为重要。已知纤溶系统在组织重塑、血栓溶解、基质降解中具有重要作用,纤溶酶除可直接降解ECM,还可促进基质金属蛋白酶家族的表达上调[5]。纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)是纤溶酶原激活物(PA)的生理性特异抑制物,现已发现四种不同类型的PAI(PAI-1、PAI-2、PAI-3、PAI-4),均有抑制PA的作用,其中PAI-1是PAI的主要形式,也是PA最重要的抑制剂,能抑制PA对纤溶酶原的活化,从而抑制纤维蛋白水解和ECM降解,导致组织器官硬化、纤维化。马宏[6]等通过对肾病大鼠肾组织中尿激酶纤溶酶原激活物及其抑制物表过特点的研究发现,在肾病大鼠的肾组织中PAI-1表达上调;Ishidoya[7]等用RT-PCR和免疫组化的方法,在梗阻后1~10 d,发现梗阻肾中PAI-1mRNA的表达明显上调,而对照组肾组织中的PAI-1mRNA无明显变化。这些研究都表明PAI-1的表达上调在肾间质纤维化中起着重要作用。
肾间质纤维化在中医属于“水肿”、“癃闭”、“关格” 等疾病的范畴。结合现代医学微观发病机制,根据中医“久病多虚”、“久病入络”、“病久多瘀”的理论,我们认为本病属于中医气虚血瘀、痰瘀互结、蕴久化毒为害所致。在长期临床实践中,根据病症结合、整体调节的理论,对各种慢性肾脏疾病运用扶正活血、化瘀通络之法,选用基础方芪红合剂进行辨证治疗,能够有效的改善患者的临床症状,延缓病情的进展,提高患者的生存质量。
芪红合剂是以黄芪、红花、大黄、水蛭等为主组成,方中黄芪扶正固本,现代药理研究证实有显著的免疫调节活性和抗氧化作用,可通过对多种细胞因子的调节作用,减少蛋白尿,保护肾脏。黄芪药物血清能抑制PAI-1基因表达的上调,达到抗纤维化作用[8-9]。红花、水蛭活血化瘀,有研究发现红花对损伤的肾小管上皮细胞具有保护作用[10],水蛭是经典的破血逐瘀药,其主要成分水蛭素是天然凝血酶拮抗剂,以水蛭为主药的复方可以下调5/6肾切除大鼠残肾中TGF-β1、PAI-1mRNA的表达,从而延缓肾小球硬化[11]。大黄解毒泻热,可抑制肾小球上皮细胞的肥大和增殖,抑制体内蛋白分解,降低血肌酐和尿素氮的生成[12]。同时大黄还可降低PAI-1活性,增加细胞外基质降解[13]。全方配伍可攻补兼施,攻邪而不伤正,扶正又不助邪,共奏益气活血、化瘀通络之效。
单侧输尿管梗阻是公认的肾间质纤维化的较好模型,可以导致严重的肾小管间质病变而肾小球不受影响,在本研究中观察到,梗阻后的大鼠肾组织中大量炎症细胞浸润,肾小管扩张,坏死,肾间质增宽以及间质纤维化。提示该模型制备成功。在研究中我们观察了纤溶酶原激活物抑制剂-1(PAI-1)在肾组织中的变化,我们发现中药芪红合剂和依那普利均可抑制PAI-1在UUO大鼠肾组织中表达的上调。提示中药芪红合剂可能通过抑制PAI-1在UUO大鼠肾组织中的表达,延缓肾小管损伤和肾间质纤维化的进展。
在本研究中我们发现中药芪红合剂与依那普利均可通过下调UUO术后大鼠的血肌酐和尿素氮水平,明显改善其肾功能,并可通过下调PAI-1在肾组织中的表达减轻肾小管损伤和间质纤维化,提示抑制PAI-1的表达上调是中药芪红合剂抗肾小管间质损伤的作用机制之一。
[参考文献]
[1]郭华,邹万忠.肾小管间质纤维化实验动物模型的制备方法[J].临床与实验病理学杂志,2003,19(2):211-212.
[2]Sharma AK,Mauer M,Kim Y,et al.Interstitial fibrosis in obstructive nephropathy[J].Kidney Int,1993,47(4):774-778.
[3]Razzaque MS, Taguchi T. Cellular and molecular events leading to renal tubulointerstitial fibrosis[J].Med Electron Microsc,2002,35(2):68-80.
[4]Cruz CI,Ruiz Torres P,Moral RG,et al,Age-related progressive renal fibrosis in rats and its prevention with ACEI inhibitors and taurine[J].Am J Physical Renal Physiol,2000,278(1):122-129.
[5]陈香美.凝血纤溶系统与细胞外基质调控系统在肾脏病中的作用[J].中华肾脏病杂志,2001,17(5):348-349.
[6]马宏,王翠玲.肾病幼鼠尿激酶纤溶酶原激活物及其抑制物mRNA与蛋白表达的特点和ACEI干预的影响[J].中华儿科杂志,2002,40(5):292-295.
[7]shidoya S, Ogata Y,Fukuzaki A,et al.Plasminogen activator inhibitor-1 and tissue-type plasminogen activator are up-regulated during unilateral ureteral obstruction inrats[J].J Urol,2002,167(3):1503-1507.
[8]谢席胜.黄芪治疗糖尿病肾病机制研究探要[J].中医药学刊,2003,21(10):1741-1742.
[9]张庆怡,牟姗.黄芪延缓糖尿病肾病进展与HGF/c-met相关性的实验研究[J].中医肾病通讯,2002,2(1):2-3.
[10]丁跃玲,赵玉庸,陈志强,等.红花对阿霉素诱导的肾小管间质纤维化大鼠的保护作用[J].河北中医药学报,2003,18(4):4-6.
[11]叶学锋,,谭忆民,等.蛭参合剂延缓肾小球硬化进展的实验研究[J].中国中西医结合肾病杂志,2004,5(3):136-138.
[12]王耀献,刘尚建,赵宗江,等.肾炎防衰液对单侧输尿管梗阻性肾衰大鼠的治疗作用[J].中国中药杂志,2005,30(10):796-798.