高 召，陳星華，丁國華

·新進展·

細胞周期阻滯在急性腎損傷向慢性腎臟病轉(zhuǎn)變中的作用機制研究進展

高 召，陳星華，丁國華*

急性腎損傷(AKI)是臨床常見的急危重癥之一，部分AKI患者進展為慢性腎臟病(CKD)。AKI向CKD轉(zhuǎn)化的具體機制尚不十分清楚，涉及多個方面，如腎小球代償性增大后硬化、腎間質(zhì)炎癥及纖維化、內(nèi)皮功能損傷、腎小管管周毛細血管減少、氧化應(yīng)激以及腎小管上皮細胞異常修復(fù)等。近年來研究發(fā)現(xiàn)AKI后腎小管上皮細胞異常修復(fù)是導(dǎo)致CKD的中心環(huán)節(jié)，而腎小管上皮細胞周期阻滯是上皮細胞異常修復(fù)的重要機制之一。本文就細胞周期阻滯在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的機制進行綜述。

急性腎損傷；慢性腎臟??；細胞周期；綜述

急性腎損傷(acute kidney injury，AKI)是臨床常見的急危重癥之一，部分AKI患者腎臟持續(xù)損傷，進展為慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)。盡管診療和科研水平發(fā)展迅速，AKI與CKD的患病率仍逐年攀升，病死率高，造成極大的社會負擔。大量研究發(fā)現(xiàn)，AKI與CKD和終末期腎臟病(ESRD)關(guān)系密切,對AKI患者隨訪發(fā)現(xiàn)AKI可增加CKD和終末期腎病的發(fā)生風(fēng)險，促進已有的CKD進展[1-2]。AKI向CKD轉(zhuǎn)化的具體機制尚不十分清楚，涉及多個方面，如腎小球代償性增大后硬化、腎間質(zhì)炎癥及纖維化、內(nèi)皮功能損傷、腎小管管周毛細血管減少、氧化應(yīng)激以及腎小管上皮細胞異常修復(fù)等[3]。

近年來研究發(fā)現(xiàn)AKI后腎小管上皮細胞異常修復(fù)是導(dǎo)致CKD的中心環(huán)節(jié)[4]。當損傷較輕時，腎小管細胞進入細胞周期，增生修復(fù)腎單位。當反復(fù)和嚴重損傷時，衰老細胞增加，出現(xiàn)異常修復(fù)。異常修復(fù)導(dǎo)致腎組織結(jié)構(gòu)不完整，處于持續(xù)炎癥狀態(tài)，激活血管周圍成纖維細胞及周細胞，肌成纖維細胞蓄積，血管稀疏，慢性缺血，間質(zhì)基質(zhì)增多，纖維化發(fā)生[5]。AKI后異常修復(fù)引起CKD的分子機制包括：腎小管上皮細胞周期阻滯，腎小管周圍微血管密度減少所致的缺血低氧和腎間質(zhì)炎性反應(yīng)等產(chǎn)生的多種細胞因子等[6-8]。本文就細胞周期阻滯在AKI向CKD轉(zhuǎn)變中的機制綜述如下。

1 AKI和CKD

AKI和CKD是臨床常見的兩大綜合征，均以腎臟損傷及腎功能下降為主要特征。研究發(fā)現(xiàn)AKI可導(dǎo)致CKD，增加ESRD發(fā)生風(fēng)險[1-2,9]。以往認為AKI是一個可逆過程，在缺血、毒素損傷后腎臟可以完全修復(fù)。然而，動物模型研究[4-5]和臨床觀察分析[1-2]發(fā)現(xiàn)AKI與CKD密切相關(guān)。當基礎(chǔ)腎小球濾過率下降時，AKI可以預(yù)測CKD，同時CKD患者易患AKI[5]。一項針對AKI轉(zhuǎn)歸的研究發(fā)現(xiàn)AKI后CKD的發(fā)生率為25.8/100患者年，其風(fēng)險是不伴AKI人群的8.8倍，提示AKI后發(fā)生CKD的風(fēng)險明顯增加[9]。HEUNG等[10]對AKI后1年患者發(fā)生CKD風(fēng)險進行評估，發(fā)現(xiàn)AKI后患者CKD患病率為31.8%，非AKI患者CKD患病率為15.5%。特殊人群，如新生兒和老年人發(fā)生AKI后CKD患病率更高[11-12]。薈萃分析發(fā)現(xiàn)AKI患者更易出現(xiàn)蛋白尿，心血管疾病風(fēng)險增加，同時 CKD也是發(fā)生AKI的主要危險因素，合并CKD患者發(fā)生AKI通常不能完全恢復(fù)，并且腎功能持續(xù)惡化[13]。動物模型也觀察到AKI后CKD的發(fā)生[4-5]。大多數(shù)動物模型采用缺血再灌注模型，造模動物包括大鼠、小鼠和豬，觀察到AKI后腎臟纖維化發(fā)生[4-5]。此外還有采用葉酸和單側(cè)輸尿管梗阻模型，觀察到類似結(jié)果[4]。膿毒癥后AKI所致的CKD鮮有報道。CHEN等[14]采用小劑量脂多糖(1 mg·kg-1·d-1)隔日注射小鼠，在第14天發(fā)現(xiàn)小鼠腎臟發(fā)生明顯纖維化。

2 細胞周期調(diào)控機制

細胞周期(cell cycle)是指細胞從一次分裂完成開始到下一次分裂結(jié)束所經(jīng)歷的全過程。真核細胞以細胞周期的形式復(fù)制，包括G0、G1、S、G2、M期。G0期為細胞靜息狀態(tài)，不參與有絲分裂。G1、S、G2期為細胞間期。G1期合成DNA復(fù)制所需的mRNA和蛋白質(zhì)。S期DNA復(fù)制。隨后是G2期，細胞快速生長，合成蛋白質(zhì)。進入M期，細胞進行有絲分裂[15]。為了確保細胞周期的保真性，細胞分裂過程中存在檢驗點(checkpoint)。如果在細胞周期過程中前一事件沒有完成，細胞周期將會在此阻滯。細胞周期檢驗點主要在4個時期發(fā)揮作用：G1期檢驗點確保細胞體積足夠大進入S期，S期檢驗點檢查DNA損傷。G2期檢驗點確保3件事：DNA已經(jīng)復(fù)制，所有的復(fù)制錯誤被糾正，細胞體積足夠大可以保證分裂。M期檢驗點確保染色體對準紡錘體，準備有絲分裂[5]。

細胞周期正性調(diào)控蛋白包括細胞周期蛋白或稱為細胞周期素(cyclin)和細胞周期蛋白依賴蛋白激酶(cyclin-dependent kinases,CDK)。在哺乳動物細胞中，cyclin D、cyclin E、cyclin A、cyclin B和CDK1(or called cell division cycle 2,CDC2)、CDK2、CDK4、CDK6參與細胞周期調(diào)控，其他類型的周期蛋白和CDK與細胞轉(zhuǎn)錄有關(guān)。在G1期cyclin D(cyclin D1、D2 和D3)與CDK4/6的結(jié)合，使其底物視網(wǎng)膜母細胞瘤蛋白(retinoblastoma protein,pRb)磷酸化，使細胞從G0期進入G1期。在G1期cyclin E與CDK2 結(jié)合，使pRb高度磷酸化，解除對E2F轉(zhuǎn)錄因子的抑制，越過檢驗點，細胞周期完成G1/S期的轉(zhuǎn)換。S期的向前推進則需要cyclin A與CDK2形成的復(fù)合物。cyclin A與CDK1結(jié)合促進G2/M期轉(zhuǎn)化，在M期cyclin B與CDK1形成復(fù)合物參與細胞有絲分裂[13]。

細胞周期負性調(diào)節(jié)蛋白主要包括細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白(cyclin-dependent kinase inhibitors,CKI)，是一類非同源的蛋白質(zhì)家族，可與CDK或CDK-cyclin復(fù)合物結(jié)合并抑制其活性。CKI包括INK4家族和Cip/Kip家族。INK4家族包括p15、p16、p18和p19，與CDK4/6結(jié)合形成穩(wěn)定的復(fù)合物，阻止與周期蛋白D結(jié)合。Cip/Kip家族包括p21、p27和p57，可以廣泛地作用于CDK和cyclin復(fù)合物并抑制其活性，阻礙細胞周期進程[15]。最近研究發(fā)現(xiàn)通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)將表達p16陽性衰老細胞在藥物作用下清除后，可改善老年小鼠腎功能[16]。

3 細胞周期阻滯在腎損傷中作用

細胞開始分裂修復(fù)，必須按照細胞周期程序進入和退出每一期。如果細胞離開某一期或停滯在某一期太久或太短，正常的修復(fù)和恢復(fù)過程將出現(xiàn)紊亂。如果細胞在G1晚期離開細胞周期，將出現(xiàn)凋亡。短暫的細胞周期阻滯具有保護作用，當出現(xiàn)應(yīng)激和損傷時，細胞停止分裂。如果細胞周期持續(xù)阻滯在G1期，將導(dǎo)致細胞表現(xiàn)為肥大和衰老型，釋放炎性因子白介素(IL)-6和IL-8等。當細胞周期阻滯在G2/M期，釋放促纖維化生長因子結(jié)締組織細胞因子(CTGF)和轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)，成纖維細胞增生，膠原增加，出現(xiàn)纖維化[13,17]。在正常腎小管上皮細胞，大部分細胞處于G0期，很少有細胞增生。然而當出現(xiàn)各種損傷時，如AKI，細胞周期短暫阻滯在G1期，為細胞分裂準備。協(xié)同和同步化阻滯以及適應(yīng)性修復(fù)促進腎臟損傷恢復(fù)，而異常修復(fù)出現(xiàn)凋亡，纖維化和CKD[18]。

在盲腸結(jié)扎穿孔模型，AKI早期p21和p53調(diào)控細胞周期短暫阻滯在G1期，阻止細胞分裂，48 h后cyclin D1/CDK4和cyclin E/CDK2表達上調(diào)，促進細胞周期向S期轉(zhuǎn)化。膿毒癥早期腎功能下降與細胞周期阻滯在G1期有關(guān)，當G1期向S期過渡時，腎小管增生，腎功能改善[19]。實驗室既往研究盲腸結(jié)扎穿孔模型，發(fā)現(xiàn)炎性因子高遷移率族蛋白B1可誘導(dǎo)腎小管上皮細胞阻滯在G1期[8]。IWAKURA等[20]采用醋酸鈾和醋酸鉛模型建立AKI模型，發(fā)現(xiàn)腎小管細胞在AKI中恢復(fù)通過上調(diào)p21和p27表達，對G1期阻滯，增強細胞對多次損傷的抵抗。PABLA等[21]采用CDK4/6抑制劑PD0332991預(yù)處理順鉑誘導(dǎo)的AKI模型，通過G1期阻滯減輕腎損傷，提高存活率。在缺血再灌注模型中，采用CDK4/6抑制劑PD0332991預(yù)處理動物，改善腎功能，減輕腎臟巨噬細胞浸潤，減少炎性因子腫瘤壞死因子(TNF)、單核細胞趨化蛋白1(MCP-1)表達。體外用PD0332991處理腎小管上皮細胞，細胞周期短暫阻滯在G0/G1期，減輕順鉑誘導(dǎo)的DNA損傷和細胞凋亡。由于PD0332991在動物研究中顯著效果和人體良好的耐受性，美國食品藥品監(jiān)督管理局(FDA)打算將其作為突破性療法納入新藥研究[22]。胰島素樣生長因子結(jié)合蛋白7(insulin-like growth factor binding protein-7,IGFBP-7)和金屬蛋白酶組織抑制劑2(tissue inhibitor of metalloproteinase-2,TIMP-2)與G1期阻滯調(diào)節(jié)有關(guān)。在AKI早期，腎小管上皮細胞損傷，外源性或自身分泌的IGFBP-7和TIMP-2增多，導(dǎo)致p21、p27、p53上調(diào)，抑制cyclin D-CDK4/6和cyclin E-CDK2復(fù)合物，細胞周期阻滯在G1期[18]。大量研究證實尿TIMP-2和 IGFBP-7可以預(yù)測AKI，美國FDA已經(jīng)批準尿TIMP-2 和 IGFBP-7作為檢測早期AKI標志物[23-25]。

細胞周期阻滯在G2/M期，是AKI后CKD重要機制[6]。當發(fā)生反復(fù)和嚴重的損傷時，腎小管上皮細胞出現(xiàn)異常修復(fù)，細胞周期阻滯在G2/M期，產(chǎn)生促纖維化因子，通過旁分泌途徑作用周圍周細胞和成纖維細胞[6,26-27]。YANG等[28]研究缺血再灌注、馬兜鈴酸腎病和梗阻性腎病模型，發(fā)現(xiàn)上皮細胞阻滯在G2/M期，激活JNK/c-jun信號通路，產(chǎn)生促纖維化因子CTGF和TGF-β，出現(xiàn)腎臟纖維化。當分別應(yīng)用JNK和p53抑制劑時，腎臟纖維化減輕。先前臨床研究將CDK2抑制劑用于多囊腎病、系膜增生性腎小球腎炎、新月體腎炎和塌陷性腎小球病的治療，未獲成功。CDK2抑制劑用于IgA腎病治療，由于其嚴重并發(fā)癥，終止研究。CDK2抑制劑誘導(dǎo)細胞周期阻滯在G2/M期或S期，促進細胞凋亡，限制其應(yīng)用[22]。通過各種途徑使細胞克服G2/M期阻滯，有可能成為治療腎臟慢性纖維化的新靶點[5]。

4 結(jié)語

大量研究證實AKI可導(dǎo)致CKD，上皮細胞異常修復(fù)是導(dǎo)致CKD的中心環(huán)節(jié)。輕度損傷導(dǎo)致上皮細胞的細胞周期短暫阻滯在G0/G1期，出現(xiàn)適應(yīng)性修復(fù)。嚴重和反復(fù)的損傷導(dǎo)致上皮細胞異常修復(fù)，細胞周期阻滯在G2/M期，產(chǎn)生促纖維化因子，從而導(dǎo)致纖維化，干預(yù)細胞G2/M期阻滯，有望成為治療CKD的新靶點。

本文文獻檢索策略：

檢索數(shù)據(jù)庫：萬方數(shù)據(jù)知識服務(wù)平臺、PubMed；關(guān)鍵詞：急性腎損傷、慢性腎臟病、細胞周期、acute kidney injury、chronic kidney disease、cell cycle；檢索時間：2006—2016年。檢索出38篇文獻，納入標準：AKI和/或CKD轉(zhuǎn)化機制包含細胞周期的文獻，排除標準：單純研究AKI或CKD不包含細胞周期機制的文獻。

作者貢獻：高召檢索、查閱文獻，撰寫論文；陳星華進行論文的修訂；丁國華負責(zé)文章的質(zhì)量控制及審校，對文章整體負責(zé)，監(jiān)督管理。

本文無利益沖突。

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ResearchProgressofMechanismofCellCycleArrestinChronicRenalDiseaseafterAcuteRenalInjury

GAOZhao,CHENXing-hua,DINGGuo-hua*

DepartmentofNephrology,RenminHospitalofWuhanUniversity,Wuhan430060,China

*Correspondingauthor：DINGGuo-hua,Professor,Mainresearchdirection：thepathophysiologymechanismsofpodocytedisease；E-mail：ghxding@gmail.com

Acute renal injury(AKI) is one of the most common severe acute diseases.Some patients with AKI may be likely to develop chronic kidney disease(CKD).However,the specific mechanism of CKD after AKI is not clear,which is associated with many factors,such as glomerular sclerosis after compensatory hyperplasia,renal interstitial inflammation and fibrosis,endothelial dysfunction,peritubular capillary rarefaction,oxidative stress and tubular epithelial cell abnormal repair.In recent years,it has been found that tubular epithelial cells abnormal repair after AKI plays a crucial role in developing CKD,and cell cycle arrest of tubular epithelial cells is one of the important mechanisms of epithelial cell abnormal repair.In this review,we summarized the recent advances in how cell cycle arrest links AKI to CKD.

Acute kidney injury；Chronic kidney disease；Cell cycle；Review

R 692

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2017.06.y26

2017-01-21；

2017-06-08)

(本文編輯：陳素芳)

國家自然科學(xué)基金資助項目(81500516,81570617)

430060湖北省武漢市，武漢大學(xué)人民醫(yī)院腎內(nèi)科

*通信作者：丁國華，教授，主要研究方向：足細胞疾病的病理生理機制；E-mail：ghxding@gmail.com

高召，陳星華，丁國華.細胞周期阻滯在急性腎損傷向慢性腎臟病轉(zhuǎn)變中的作用機制研究進展[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2017，20(29)：3679-3682.[www.chinagp.net]

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