劉靜，江蕾，曹紅娣

南京醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院腎臟病中心，南京210003

腎臟作為體內(nèi)具有高代謝率的器官之一，任何原因?qū)е碌哪I臟結(jié)構(gòu)和功能損傷均伴有能量代謝異常，可導(dǎo)致細(xì)胞缺氧、線粒體功能障礙和氧化磷酸化受損。脂肪酸是腎小管上皮細(xì)胞（TECs）中產(chǎn)生能量代謝途徑的基本底物。脂肪酸β 氧化（FAO）是維持腎小管結(jié)構(gòu)和功能的關(guān)鍵能量代謝方式。胞外脂肪酸以白蛋白相關(guān)的內(nèi)吞或CD36 分子介導(dǎo)的轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞，胞內(nèi)甘油三酯經(jīng)脂肪酶催化和胞膜磷脂經(jīng)磷脂酶A2（PLA2）催化可產(chǎn)生脂肪酸，經(jīng)肉堿棕櫚?；D(zhuǎn)移酶1（CPT1）和CPT2的肉堿穿梭機(jī)制，以脂酰輔酶A 的形式轉(zhuǎn)運(yùn)至線粒體，繼之進(jìn)行β 氧化，經(jīng)脫氫、氧化等步驟生成乙酰輔酶A 進(jìn)入三羧酸循環(huán)。此過(guò)程受過(guò)氧化物酶體增殖激活受體（PPARα）和固醇調(diào)節(jié)元件結(jié)合蛋白（SREBP）的轉(zhuǎn)錄調(diào)控［1］。SREBP 主要促進(jìn)脂肪酸、磷脂和甘油三酯的合成。PPARα 的調(diào)控范圍較廣，涉及幾乎所有的脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)和β 氧化的酶。生理狀態(tài)下，脂肪酸的攝取、氧化和合成呈現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡從而避免細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)的堆積。正常分化細(xì)胞主要依賴(lài)線粒體氧化磷酸化供能，而多數(shù)癌細(xì)胞則依賴(lài)糖酵解的方式為自身代謝供能，被稱(chēng)為瓦伯格效應(yīng)。由于糖酵解產(chǎn)生三磷酸腺苷（ATP）的效率較低，每個(gè)葡萄糖分子只產(chǎn)生兩個(gè)ATP，這一結(jié)果似乎并不合理。但后來(lái)有研究認(rèn)為，這種對(duì)于有氧糖酵解的依賴(lài)是基于細(xì)胞對(duì)新的生物量如磷脂、核苷酸和氨基酸的需要［2］。同樣，作為高能量需求的細(xì)胞，正常情況下TECs 高度依賴(lài)于FAO 驅(qū)動(dòng)的氧化磷酸化以滿(mǎn)足其能量需求，很少進(jìn)行糖酵解；但在應(yīng)激環(huán)境中，TECs的代謝過(guò)程發(fā)生改變，F(xiàn)AO 缺陷，而糖酵解過(guò)程增強(qiáng)［3］。僅從代償性能量和抗氧化應(yīng)激損傷的角度上來(lái)看，這種能量代謝重編程是TECs 適應(yīng)病理環(huán)境的一種保護(hù)機(jī)制，也是腎小管再生的標(biāo)志。然而，如果不能糾正這種能量代謝，會(huì)影響TECs的修復(fù)，導(dǎo)致上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）和間質(zhì)纖維化，促進(jìn)慢性腎臟?。–KD）發(fā)展［4-5］。現(xiàn)就線粒體FAO 缺陷在CKD 腎小管損傷發(fā)病和治療中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 線粒體FAO缺陷參與腎小管損傷的機(jī)制

在應(yīng)激條件下，TECs中FAO缺陷不僅導(dǎo)致能量產(chǎn)生受損，還會(huì)促進(jìn)腎臟脂質(zhì)堆積和纖維化。短期的FAO 缺陷，強(qiáng)化的糖酵解可以彌補(bǔ)能量消耗，對(duì)腎臟起到保護(hù)作用。然而，長(zhǎng)期FAO 缺陷，TECs 不能恢復(fù)正常能量代謝可能影響腎臟修復(fù)，從而導(dǎo)致CKD 進(jìn)展。FAO 缺陷參與腎小管損傷的機(jī)制主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

1.1 誘導(dǎo)炎癥反應(yīng) 腎小管上皮細(xì)胞脂肪酸蓄積及異位脂質(zhì)沉積主要是由于FAO 缺陷，蓄積的脂肪酸可激活腎小管細(xì)胞的氧化應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，促進(jìn)細(xì)胞釋放趨化因子，誘導(dǎo)炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)，甚至導(dǎo)致細(xì)胞凋亡。高脂飲食喂養(yǎng)32 周的大鼠腎臟模型中有明顯的慢性炎性改變、高活性氧自由基（ROS）水平和腎小球纖維化［6］，這一過(guò)程或與炎癥過(guò)程中高水平非酯化脂肪酸（NEFA）激活促炎反應(yīng)途徑并增加ROS 的產(chǎn)生有關(guān)［7-8］。腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白細(xì)胞介素-6（IL-6）和單核細(xì)胞趨化蛋白-1（MCP-1）的過(guò)度表達(dá)，繼而誘使免疫細(xì)胞進(jìn)入細(xì)胞損傷部位，導(dǎo)致更多的細(xì)胞死亡，形成腎小管損傷和炎癥之間的環(huán)路。此外，脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CD36 于腎近端和遠(yuǎn)端小管上皮細(xì)胞、足細(xì)胞、系膜細(xì)胞、微血管內(nèi)皮細(xì)胞和間質(zhì)巨噬細(xì)胞高表達(dá)。最近一項(xiàng)研究［9］發(fā)現(xiàn)，脂肪酸轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白CD36 過(guò)表達(dá)促進(jìn)高糖誘導(dǎo)的TECs 中NLRP3 炎癥小體活化和IL-1β 分泌，抑制了線粒體FAO 并刺激了線粒體ROS 的產(chǎn)生，從而降低細(xì)胞氧化NEFA 的能力，進(jìn)一步導(dǎo)致脂肪堆積和胰島素抵抗［10］。因此，TECs 不僅是炎癥反應(yīng)的“受害者”，而且是炎癥反應(yīng)的“積極參與者”。 TECs 不僅分泌炎癥因子，還可激活腎間質(zhì)免疫細(xì)胞，參與持續(xù)的腎臟炎癥反應(yīng)。由此可見(jiàn)，恢復(fù)TECs的正常代謝可能比干預(yù)單個(gè)下游炎癥事件更有效。

1.2 加重脂質(zhì)蓄積 脂類(lèi)在非脂肪組織中的沉積導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和壞死，稱(chēng)為脂毒性［11］。脂質(zhì)動(dòng)態(tài)平衡主要依賴(lài)于脂質(zhì)攝入、合成和流出之間的平衡。然而，最近一項(xiàng)研究報(bào)告顯示，由于FAO 關(guān)閉，TECs 中游離脂肪酸的利用減少促進(jìn)了腎臟中的脂質(zhì)堆積和纖維化［12］。腎小管全基因組分析顯示，在小鼠和人類(lèi)腎間質(zhì)纖維化模型中，許多重要的線粒體酶和脂肪酸氧化調(diào)節(jié)因子表達(dá)降低，如PPARα 和PPARγ［13］。PPARα 作為轉(zhuǎn)錄因子調(diào)節(jié)基因的表達(dá)，是一組核受體蛋白，在調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、發(fā)育和代謝等方面發(fā)揮作用。PPARα 主要在代謝活躍的細(xì)胞中表達(dá)，通過(guò)調(diào)節(jié)脂肪酸轉(zhuǎn)位酶CD36 來(lái)刺激細(xì)胞對(duì)脂肪酸的攝取，導(dǎo)致小管細(xì)胞中脂質(zhì)沉積增加。同時(shí)，在近端小管上皮細(xì)胞中抑制FAO 會(huì)導(dǎo)致ATP 耗竭，進(jìn)而發(fā)生細(xì)胞凋亡、去分化和細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)沉積。低水平的FAO 與TECs 的細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積聚密切相關(guān)，主要表現(xiàn)為Perilipin 2陽(yáng)性脂滴數(shù)量的增加以及以膽固醇、磷脂和鞘磷脂積聚為特征的脂質(zhì)譜。而再灌流晚期動(dòng)物的游離膽固醇、酯化膽固醇和總甘油三酯水平也高于正常對(duì)照組，刺激細(xì)胞膜甘油三酯和磷脂酰膽堿可釋放脂質(zhì)自由基，導(dǎo)致細(xì)胞損傷［14］。因此，脂代謝紊亂既可以是腎功能障礙的后果，也可以是其原因，二者形成惡性循環(huán)。同樣，高脂飲食或棕櫚酸超載引起的脂肪堆積也會(huì)加速細(xì)胞死亡、腎臟炎癥和纖維化［15-16］。HARRIS 等［17］也證實(shí)，過(guò)量的棕櫚酸在腎小管周?chē)?xì)血管模型中可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。在編碼膽綠素還原酶A（BVRA）基因缺失的動(dòng)物模型中也觀察到了小鼠近端腎小管細(xì)胞脂質(zhì)堆積和毒性，這可能與線粒體呼吸和β 氧化受損介導(dǎo)的腎小管凋亡有關(guān)［18］，提示脂毒性可通過(guò)激活炎癥反應(yīng)，促進(jìn)纖維化。總之，糾正TECs 中的FAO 紊亂或是降低脂毒性是延緩CKD 進(jìn)展的潛在策略。

1.3 促進(jìn)腎臟纖維化 腎小管間質(zhì)纖維化是 CKD主要的組織病理特征，但腎纖維化的具體機(jī)制尚不完全清楚。肌成纖維細(xì)胞分泌大量胞外基質(zhì)，管周毛細(xì)血管稀疏、間質(zhì)缺氧、管周細(xì)胞脫落、TECs損傷和細(xì)胞周期停滯都是導(dǎo)致腎纖維化的原因。小管上皮細(xì)胞損傷和異常修復(fù)是CKD 發(fā)病和腎臟纖維化的中心事件。TECs 中低水平的FAO 是導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化的一個(gè)重要因素，F(xiàn)AO 缺陷引起的代謝限制導(dǎo)致TECs的異常修復(fù)，向纖維化表型轉(zhuǎn)化［19］。多項(xiàng)動(dòng)物模型和腎纖維化患者研究結(jié)果［4，13］提示為應(yīng)對(duì)FAO 缺陷TECs 導(dǎo)致的能量生成障礙，存活的TECs可以進(jìn)行表型轉(zhuǎn)換，包括細(xì)胞骨架重建和細(xì)胞外基質(zhì)積聚，與FAO 相關(guān)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子和酶在TECs中的表達(dá)顯著降低。值得關(guān)注的是，F(xiàn)AO在TECs中的缺陷也導(dǎo)致了與年齡相關(guān)的腎臟纖維化。在大鼠衰老過(guò)程中，隨著脂質(zhì)在TEC 中的沉積，PPARα 的表達(dá)顯著減少，PPARα 敲除小鼠表現(xiàn)出較低的FAO途徑水平、過(guò)度的脂肪堆積和嚴(yán)重的纖維化表型［20］。miR-21 已被證明調(diào)節(jié)代謝途徑［21-22］。miR-21通過(guò)下調(diào)PPAR-α 促進(jìn)腎小管損傷和纖維化，使TEC 的脂質(zhì)代謝發(fā)生改變。抑制miR-21 可以減少TGF-β1誘導(dǎo)的纖維化和炎癥，保持腎小管結(jié)構(gòu)的完整性，這是由于PPAR-α/維甲酸X 受體活性增強(qiáng)和線粒體功能改善所致。此外，一項(xiàng)用乙莫克舍（CPT-1 抑制劑）處理的棕櫚酸（PA）刺激的PTCs 的研究證實(shí)出現(xiàn)了更高的細(xì)胞死亡、分化和細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)積累。他們發(fā)現(xiàn)這些PTC 經(jīng)歷了分裂表型轉(zhuǎn)變，表達(dá)了更多的間充質(zhì)基因，如α-SMA、波形蛋白、COL1a1和COL3a1。TGF-β1抑制脂肪酸氧化中的限速酶CPT1 的表達(dá)，從而降低脂肪酸代謝，而三種腎纖維化模型（UUO、葉酸誘導(dǎo)的腎病和腺嘌呤所致腎損傷）中，腎小管CPT1 過(guò)表達(dá)后均可通過(guò)恢復(fù)氧化磷酸化和線粒體質(zhì)量來(lái)減輕腎纖維化、炎癥反應(yīng)和上皮細(xì)胞損傷［13］。TECs引起的FAO減少，導(dǎo)致糖酵解增加。FAO 的減少而不是脂滴的細(xì)胞內(nèi)積聚，是葉酸誘導(dǎo)腎病小鼠腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)展的關(guān)鍵決定因素。葉酸誘導(dǎo)的腎纖維化小鼠腎臟的轉(zhuǎn)錄分析表明，與對(duì)照小鼠相比，參與FAO 和氧化磷酸化的基因下調(diào)［13，23］，纖維化小鼠腎臟中甘油三酯積累。這些發(fā)現(xiàn)在糖尿病和CKD 患者的腎活檢樣本中得到證實(shí)。然而，在腎特異性表達(dá)CD36 的小鼠模型中，TECs中高水平的甘油三酯和長(zhǎng)鏈脂肪酸水平不足以誘導(dǎo)腎纖維化。這一發(fā)現(xiàn)可能表明TECs 中脂肪酸利用率的降低與腎纖維化的發(fā)生更相關(guān)?？偠灾?，F(xiàn)AO 可維持TECs 的細(xì)胞形態(tài)和功能，受抑的FAO 強(qiáng)烈促進(jìn)了CKD 的腎臟纖維化?；謴?fù)TECs 中的FAO可能是預(yù)防腎纖維化的治療目標(biāo)。

2 與FAO缺陷相關(guān)的CKD治療策略

線粒體FAO 紊亂能夠觸發(fā)腎臟損傷導(dǎo)致CKD，反之保護(hù)線粒體，可能是潛在的CKD 藥物靶點(diǎn)。多種針對(duì)線粒體和糾正能量代謝失衡的化合物已被證實(shí)可以減少腎臟損傷和防止CKD的進(jìn)展。

2.1 針對(duì)線粒體功能障礙的CKD 治療 線粒體通過(guò)生物發(fā)生和線粒體自噬的過(guò)程不斷更新。PGC-1α是一種在腎臟中高度表達(dá)的共轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，可驅(qū)動(dòng)線粒體生物合成［24］。缺血和順鉑誘導(dǎo)的AKI期間PGC1α 表達(dá)的缺失與腎功能紊亂和線粒體異常相關(guān)，包括NAD+合成減少。IRI 后PGC1α 的誘導(dǎo)可增加NAD+水平并減輕小管損傷［25］。研究結(jié)果提示，PGC-1α 是AKI 期間調(diào)節(jié)代謝恢復(fù)的重要因素。PPARγ 激動(dòng)劑吡格列酮可激活 PGC-1α 并改善與年齡相關(guān)的腎損傷。β2腎上腺素能受體激動(dòng)劑福莫特羅可刺激小管上皮細(xì)胞中的PGC-1α表達(dá)和線粒體呼吸。缺血性損傷后給予福莫特羅可上調(diào)PGC-1α恢復(fù)線粒體蛋白表達(dá)和呼吸，從而加速線粒體和腎功能的恢復(fù)［26-27］。目前針對(duì)線粒體的抗氧化劑的研究較多。SS 肽是一種具有細(xì)胞通透性的四肽，選擇性地以線粒體為靶標(biāo)，但集中在線粒體內(nèi)膜（IMM）上，而不是穿透到線粒體基質(zhì)中。這些多肽可與心磷脂選擇性地相互作用，促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移，防止細(xì)胞色素C轉(zhuǎn)化為過(guò)氧化物酶，抑制心磷脂過(guò)氧化，從而抑制細(xì)胞凋亡、炎癥和NLRP3炎癥小體激活。SS-31已在AKI模型中進(jìn)行了廣泛的研究，其可保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞線粒體減輕毛細(xì)血管損傷，同時(shí)維持腎臟能量平衡，減少細(xì)胞凋亡，并降低血清肌酐和尿素氮［28］。有證據(jù)表明SS-31 可以修復(fù)CKD 模型中受損的線粒體，恢復(fù)線粒體結(jié)構(gòu)，且終止SS-31 治療6 個(gè)月后，腎臟仍受到保護(hù)，這表明恢復(fù)線粒體生物能量可以提供長(zhǎng)期保護(hù)［29］。

2.2 針對(duì)FAO 缺陷的CKD 治療 PPARα 在小管和系膜細(xì)胞中高度表達(dá)，調(diào)節(jié)CPT1表達(dá)和脂肪酸氧化。研究表明，小劑量PPARα 激動(dòng)劑氯貝特預(yù)處理可預(yù)防急性腎小管損傷，這可能與FAO 維持、減少細(xì)胞內(nèi)脂質(zhì)堆積以及減輕疾病發(fā)展因素，包括氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡和NF-κB 激活有關(guān)［30］。而非諾貝特也表現(xiàn)出相似的效果，通過(guò)調(diào)節(jié)內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表達(dá)來(lái)減輕IR/I引起的腎功能障礙［31］。在葉酸誘導(dǎo)的腎損傷模型中，在葉酸注射前給予非諾貝特可顯著增加FAO 相關(guān)酶Acox1、Acox 2 以及CPT1、CPT2 的表達(dá)，同時(shí)減輕腎細(xì)胞凋亡、腎臟損傷和纖維化［30］。另一項(xiàng)研究表明，非諾貝特還通過(guò)抑制NF-κB 和TGF-β 信號(hào)通路，可減輕糖尿病腎病模型中的尿白蛋白排泄和間質(zhì)纖維化［32-33］。盡管有明確的證據(jù)表明，貝特類(lèi)藥物和他汀類(lèi)藥物聯(lián)合使用可以預(yù)防糖尿病患者的心血管疾病。然而，由于非諾貝特可導(dǎo)致血清肌酐的快速升高，其在治療糖尿病腎病中的臨床應(yīng)用尚不確定。脂質(zhì)的攝取、合成和降解受一系列轉(zhuǎn)錄因子的調(diào)節(jié)，這些轉(zhuǎn)錄因子涉及PPAR、SREBPs、法尼醇X受體（FXR）和CCAAT增強(qiáng)子結(jié)合蛋白（C/EBPα）等，它們的基因表達(dá)也受一些特定的miRNA 控制，這些miRNA 的表達(dá)在腎纖維化期間發(fā)生變化［34-35］。因此，未來(lái)以脂質(zhì)代謝相關(guān)的酶、轉(zhuǎn)運(yùn)體、轉(zhuǎn)錄因子或miRNA 為靶點(diǎn)，人工調(diào)節(jié)腎臟脂質(zhì)代謝，有望成為預(yù)防或治療腎纖維化新的治療策略。

綜上所述，脂肪酸β 氧化與腎小管損傷關(guān)系密切，由于缺氧、線粒體功能障礙和信號(hào)感知途徑障礙，急性期內(nèi)TECs發(fā)生了能量代謝重編程，糖酵解增強(qiáng)以承擔(dān)能量供應(yīng)功能。然而，長(zhǎng)期的能量代謝重編程可通過(guò)增強(qiáng)炎癥反應(yīng)、脂質(zhì)堆積和纖維化來(lái)干擾腎臟結(jié)局。盡管恢復(fù)TECs的FAO缺陷為腎臟疾病的治療干預(yù)提供了一個(gè)有前景的策略，但現(xiàn)有的研究只集中在腎小管細(xì)胞，在AKI期間其他腎臟細(xì)胞是否經(jīng)歷代謝變化很大程度上仍尚不清楚，如足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和間充質(zhì)細(xì)胞。同時(shí)，由于一些不利和非靶點(diǎn)的影響，針對(duì)線粒體和能量代謝的化合物在臨床上的應(yīng)用一直受到限制。因此，我們期待著進(jìn)一步的研究能夠開(kāi)發(fā)出更具前景的防治CKD的新策略。