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低氧在衰老相关肾功能改变中作用（综述）2014年09月28日10:58来源：中华肾脏病杂志作者：刘金瑞 蔡广研 邹洪斌 陈香美衰老是随着寿命增长一个不可避免的过程，到2020年，预计我国老年人口（65岁）将达到2.48亿。到2050年，中国人口老龄化问题更加严重，总数将超过4亿。据美国肾脏数据系统显示：6574 岁以及75 岁以上老年人群，终末期肾衰竭发病率分别为11%和14%。解放军总医院全军肾脏病研究所对北京市社区健康人群的流行病学调查结果显示：血压、血糖、血脂及血尿常规正常的65岁以上健康人群，36.4%的个体GFR 小于60mlmin-1(1.73 m2)-1。2014年世界肾脏病日主题为防治老年慢性肾脏病，伴随自然衰老而引起的肾功能减退问题需引起重视。作为运输氧合血液到组织内维持器官寿命及组织活性的心血管系统，在衰老组织中可见动脉增厚、硬化等功能障碍，引起组织灌注降低，导致局部缺血。伴随组织灌注降低，组织低氧可致氧化系统与抗氧化系统（活性氧自由基、活性氮自由基产生过多）失衡，直接引起组织损伤，尤其是纤维化发生。衰老相关组织损伤在肾脏的表现尤为突出，不仅有肾小球的形态改变，而且伴随显著的肾小管间质细胞表型转变，促进肾功能减退。本文将以低氧在衰老相关肾间质纤维化中作用为切入点作一综述。一、衰老肾脏功能改变与低氧之间的关系老年个体肾功能的变化为肾血管阻力增加，肾血流量减少，在50或者60岁以后这些变化更明显。肾脏衰老组织学表现为局灶性肾小球硬化、系膜基质增生、基底膜增厚、肾小管间质纤维化以及血管再生能力减弱。有研究证实，年老大鼠较年轻大鼠肾小管周毛细血管（peritubularcapillaries，PTCs）数目明显下降，年轻大鼠仅在肾髓质区域观察到低氧现象，而年老大鼠肾组织中低氧区域波及皮质，且差异具有统计学意义。可见随着年龄增长，肾脏血管逐渐变得稀疏，引起肾实质缺血低氧。肾实质在人3080 岁开始减少，尤其是在50岁以后，脂肪、纤维疤痕可能会取代一些实质组织，残余肾小球通过收缩出球小动脉提高滤过率，由此引起的高球内压导致肾小球硬化。75岁时，即使正常衰老组织，肾小球受损及局部肾小球硬化率亦可占30%，影响肾脏血流量。推测老年肾脏血管数目减少与血流量下降是衰老肾脏处于低氧环境中的主要原因。低氧证实与肾小管间质病变有关，它诱导肾小管上皮间充质改变（EMT）、纤维及胶原产生，这一过程可引起肾间质纤维化、PTCs减少，加重低氧，这样产生一个闭合回路加速肾脏向终末期肾脏病（endstage renaldisease，ESRD）的转变。反之在慢性梗阻性肾病（COU）、慢性肾小管间质性肾炎（CTIN）、慢性肾盂肾炎（CPN）、黄肉芽肿性肾盂肾炎（XGPN）、ESRD 等多种类型的慢性肾小管间质疾病中均观察到PTCs密度、平均直径下降。PTCs下降是CKD的一个危险因素。衰老大鼠肾组织PTCs中内皮细胞氮氧化物合酶（eNOS）下降，且肾小管上皮细胞、单核细胞中均出现eNOS免疫炎性反应，引起肾小管间质损伤，暗示衰老相关的肾间质纤维化可能是缺血、缺氧（因PTCs减少及eNOS表达受损）的重要反应。随着年龄增长，组织低氧与器官衰老相伴而行。目前研究显示，低氧可通过多种途径影响肾间质纤维化发展。二、低氧对肾间质纤维化的作用如上所述，肾小管哲间质纤维化是肾脏衰老主要组织学改变之一。参与衰老相关肾间质纤维化的重要因素有：炎性反应氧化应激晚期糖化终产物（AGES)慢性低氧等。由衰老引起的组织低氧可通过低氧诱导因子(HIFs)依赖，非HIFS依赖途径参与肾间质纤维化。1. HIFs依赖途径：HIFs是正常或者变异的细胞在面对低氧刺激时最基本的转录应答反应。它可诱导40多个基因的转录，包括红细胞生成素（EPO）、葡萄糖转运蛋白1（GLUT1）、糖酵解酶、血管内皮生长因子（VEGF）及其蛋白产物增加氧输送及适应低氧环境的基因。目前HIFs对肾间质纤维化影响具有两面性。一方面HIFs可保护肾组织对低氧的耐受，减轻肾损伤，Oh等使用COCL2 预处理促使HIF1表达增加，发现HIF1削弱环孢素A 诱导的NFB 的磷酸化、波形蛋白（Vimentin）、SMA的表达，减缓炎性反应及纤维化。另外，Kobayashi等观察到低氧或者髓系细胞中HIF1的活化可延缓肾脏炎性反应相关的慢性肾损伤。HIF1可能通过抑制炎性反应保护肾功能。虽然HIF2作为HIFs非稳定亚基中的另一成员，主要在肾脏成纤维样细胞及内皮细胞中表达，但亦有研究证明L含羞草氨酸可通过上调HIF2亚型及其靶基因VEGF、EPO 改善慢性肾脏病（chroinckidneydisease，CKD）晚期肾功能，另一方面低氧亦可通过HIFs途径促进肾间质纤维化。低氧在肿瘤细胞中的研究较多，证实HIF1、HIF2主要通过EMT相关的转录因子或者抑制因子（Twist，Snail，Slug，SIP1/ZEB2）、活化信号通路（TGF1，Notch，NFB，Wnt/catenin，Hedgehog）或者上调炎性反应相关的细胞因子（TNF、IL6、IL1）来促进肿瘤迁移。在肾脏，HIF1通过其下游靶基因Twist、CTGF、TGF1/Smad3 参与低氧诱导的肾间质纤维化，低氧还可以通过HIF1诱导I 型纤溶酶原激活抑制因子（PAI1）的表达，其中PAI1通过抑制纤溶酶依赖的细胞外基质（ECM）降解来促进ECM的积聚。目前认为HIFs对肾间质纤维化的作用与组织低氧时间长短有关。急性缺氧，HIFs增加可保护肾组织免受低氧损伤；慢性缺氧，HIFs表达增加则诱导肾间质纤维化。低氧会诱导HIFs增加已经非常明确：囊性纤维化跨膜通道调节因子（CFTR）是器官适应低氧的重要因子，其通过调控胞内活性氧（ROS）水平稳定HIF1；AktmTOR上调HIF1的表达，mTOR刺激HIF1mRNA转录生成蛋白质。但亦有研究证明即使在含氧量正常情况下，一氧化氮（NO）、活性氧簇（ROS）、肿瘤坏死因子（TNF）、白介素1（IL1）、血管紧张素（Ang）、TGF、NFB、高糖以及生长因子，如表皮生长因子（EGF）、胰岛素、胰岛素样生长因子（IGFs）等，可直接或者间接抑制HIF羟基化，促进HIF1水平的增加。如上所述，TNF、IL1等炎性因子参与对HIFs的调控。事实上，肾脏细胞衰老，不仅改变细胞形态，促使肾小球滤过率下降，还促发炎性反应。炎性反应不仅导致肾髓质、肾皮质氧分压下降，而且随着炎性细胞增殖及随后肾间质纤维化的发生，肾小管与供氧微血管之间的距离逐渐增加进一步加重低氧。炎性细胞主要依赖HIF1途径适应低氧微环境，巨噬细胞浸润在低氧引起的终末期肾脏病中发挥重要作用。低氧亦可促进炎性细胞聚集，增加内皮转运蛋白、细胞因子TNF、IL1的表达。这些细胞因子穿过血管内皮到达低氧区域，对早期组织创伤修复及肉芽组织形成有积极作用。2. 非HIFs依赖途径：低氧亦可独立于HIFs，通过与纤维化有关的信号因子、信号通路或者microRNA（miRNA）影响肾间质纤维化。首先，NFB转录因子在低氧促纤维化过程中扮演重要角色。Wan 等研究证明在肾脏疾病中，为维持PTCs密度，近端小管上皮细胞表达VEGF受体来进行调控。另外低氧刺激人类膀胱上皮细胞，NFB活化，诱导IL1、IL6表达水平增加，导致纤维化。其次PI3KAkt信号通路、腺苷信号分子被证明参与低氧诱导的肾间质纤维化。低氧刺激HK2细胞，胆绿素还原酶通过PI3KAkt通路介导低氧诱导的EMT，而腺苷是低氧诱导的一种信号分子，低氧促进腺苷受体介导的环腺苷酸应答元件结合蛋白（CREB）功能活化，诱使A2B腺苷样受体表达增加，导致IL6产生促进肾间质纤维化作用。近几年来生命科学研究领域的一个重大突破就是在真核生物体内发现了具有调节功能的非编码的microRNA，主要通过与靶标基因3UTR的完全或不完全配对，降解靶标基因mRNA或抑制其翻译，这种microRNA沉默效应的多面性使得细胞能够在多种信号通路中快速转换。参与低氧诱导肾间质纤维化中具有代表性的microRNA为miR200家族和miR21。miR21通过TGF1信号通路促进肾间质纤维化，miR200、miR29通过抑制EMT和胞外基质产生改善肾间质纤维化。TGF1 是起始和维持EMT 的主要细胞因子，microRNA可直接或者间接诱导其表达。低氧时miR192表达增加，抑制miR192可阻止TGF1诱导的EMT。另外低氧降低miRNA34的表达，而miRNA34可通过Notch1、Jagged1蛋白抑制EMT。总之，衰老肾组织局部低氧可通过多种途径影响肾间质纤维化。近年来，寻找改善肾组织缺氧的治疗措施成为研究的热点。三、改善肾组织缺氧的措施肾间质纤维化是CKD的最终结局之一，改善缺氧可能成为阻止CKD进展的有效方法。但专门针对改善低氧从而延缓衰老相关纤维化的研究甚少。目前可从抑制Ang、模拟限食、增加PTCs改善肾组织缺氧这3方面进行借鉴。低氧状态下，Ang增加，它不仅直接促进全身微动脉收缩，而且还促进活性氧簇及TGF1的生成。血管紧张素受体拮抗剂血管紧张素转换酶抑制剂（ACEI）与ARB类药物可改善衰老相关的肾小管萎缩、肾间质纤维化，肾小球硬化与单核细胞浸润。在SD大鼠糖尿病模型中，缬沙坦通过下调HIF1及其靶基因的活性，改善肾间质纤维化。在5/6肾切除SD大鼠中，氯沙坦通过下调HIF1、上调基质金属蛋白酶9/组织金属蛋白酶抑制物1（MMP9/TIMP1）基因，改善肾间质纤维化。在单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，坎地沙坦增加X盒结合蛋白1（XBP1）表达，减少活性转录因子4（ATF4）、cATF6、CHOP蛋白表达，阻止内质网应激诱导的细胞凋亡、纤维化，减轻肾损伤。模拟限食可延缓组织衰老及其相关纤维化，对低氧诱导纤维化的保护作用亦有报道。二甲双胍最开始用于2型糖尿病的治疗，现在被认为具有模拟限食的功效。体内实验，在ZDF大鼠中，二甲双胍降低ATP产生及氧耗，增加细胞内氧分压，削弱HIF1表达及哌莫硝唑染色，改善肾损伤；而体外实验亦证明在人肾近端小管上皮细胞中，二甲双胍抑制HIF1及其靶基因的表达。另外白藜芦醇是在葡萄皮中发现的一种单体，可模拟限食所产生的生物学效应，被证明可降低氧化应激时肾损伤。Kitada等最近研究证明在UUO动物模型或者体外培养的细胞中，白藜芦醇活化sirt1，进而抑制Smad3的乙酰化，导致TGF1诱导的IV胶原及纤连蛋白的表达减少，改善低氧应激时肾脏损伤。此外食用富含维生素E、牛磺酸的食物可抵抗氧化应激，对衰老相关肾间质纤维化具有保护作用。肾脏衰老明显特征为PTCs密度下降，因此寻找增加PTCs密度的治疗方案至关重要。目前可能有两种途径，一方面，通过神经生长因子1（netrin1）、NO、L含羞草氨酸增加PTCs密度。在5/6肾切除小鼠中，Adnetrin1治疗组PTCs密度增加，改善组织低氧、减轻肾间质纤维化。NO作用于平滑肌细胞，扩张血管，改善肾脏血流量，延缓缺氧刺激。在UUO动物模型中，注射L精氨酸促进NO合成，可增加VEGF、eNOS及PTCs的密度，明显减少HIF1、TGF1的表达，证实NO在肾脏血管新生及延缓肾间质纤维化进程中发挥重要作用。另外，与Ang生理作用相反的血管紧张肽ANG（17）亦是通过NO扩张血管，改善肾脏间质纤维化。在CKD早期，使用PHD抑制剂（L含羞草氨酸），增加CTGF、pSmad3的表达，加速肾功能损伤及纤维化。在CKD终末期使用L含羞草氨酸，可活化HIF2，上调EPO、VEGF表达，保护PTCs，延缓CKD疾病进展。另一方面，可通过抑制天然血管抑制剂凝血酶敏感蛋白1（TSP1）的表达，增加PTCs密度。UUO诱导肾间质纤维化中，TSP1RNA 抑制剂增加VEGF表达、PTCs密度，降低HIF1、胶原及CTGF的表达，可改善PTCs损伤组织间质纤维化。借鉴上述的干预措施，