急性腎損傷發(fā)病機制探究進展

1、急性腎損傷發(fā)病機制探究進展急性腎損傷(acute kidney injury, aki)是急性腎功能 衰竭(acute renal failure, arf)的早期階段，此時腎小 球濾過率和尿量通常尚未發(fā)生明顯的改變。aki在住院患者 中總體發(fā)生率為1%7% 1,在icu病房中aki的發(fā)生率為 25%,約有5%的患者需要腎臟替代治療1-2。在美國腎臟 替代治療是唯一被聯(lián)邦食品藥品管理局(fda)認可的治療 aki的有效措施。即使腎臟替代治療得到了廣泛的應(yīng)用，在 icu病房aki的病死率仍高達80%, aki發(fā)病率和病死率一直 居高不下，并有逐漸增長的趨勢。aki通常是通過升高的血 清肌肝或血尿

2、素氮來做出診斷的，但發(fā)現(xiàn)血清肌肝和尿素氮 升高時已非aki的早期，因此最近有人試圖將il-18、腎臟 損傷分子t (kidney injury molecule-1, kim-1)等生物 標記物用于aki的早期診斷3。目前人們認為炎癥反應(yīng)在aki的發(fā)病機理中起了重要作 用。在aki的初始階段，首先出現(xiàn)的是血管內(nèi)皮細胞損傷, 血管通透性增加，隨之而來的是中性粒細胞、巨噬細胞、自 然殺傷細胞和淋巴細胞的浸潤等。人們需要更好地了解炎癥 反應(yīng)在aki中的作用，以便盡早采取最為適宜的干預(yù)措施來 縮短病程，降低aki的發(fā)生率，以及減少其導(dǎo)致的遠隔器官 損傷，提高患者的生存率。1急性腎損傷的概念hoste和

3、schurgers 4對aki的流行病學(xué)研究結(jié)果顯 示，aki的發(fā)病率與急性肺損傷和嚴重感染相當，每百萬人 口中每年有20003000人發(fā)病，其中200300人需要腎臟 替代治療。急性透析質(zhì)量倡議組織（acute dialysis quality initiative, adqi）于2002年針對arf的早期防治提出了 aki的概念，并同時提出了 aki的分層診斷標準rifle 標準，見表1 5。2004年，來自急性透析質(zhì)量倡議組織（adqi）、國際 腎臟病學(xué)會（isn）、歐洲危重病學(xué)會（esicm）、美國腎臟病 學(xué)會（asn）和美國腎臟病基金會（nfk）的專家成員在意大 利vicenza召開

4、會議成立急性腎臟損傷網(wǎng)絡(luò)（acute kidney injury network, akin）, 2005 年 9 月 akin 在阿姆斯特丹 舉行了第1次會議，會議在rifle標準的基礎(chǔ)上，對aki的 診斷及分級標準進行了修訂，將aki定義為（診斷標準）由 導(dǎo)致腎臟結(jié)構(gòu)或功能變化的損傷引起的腎功能突然下降（48 h以內(nèi)），表現(xiàn)為肌肝絕對值增加三0.3 mg/dl （2 26.4 umol/l）,或者增加250% （達到基線值的1.5倍），或者尿 量v0.5 ml/ （kg - h）持續(xù)超過6 ho并將aki分為1、2、 3期，分別對應(yīng)于rifle標準的risk、injury和failure6

5、 ,具體分期診斷標準見表2。2各種細胞、細胞因子及炎癥介質(zhì)在aki中的作用2.1腎小球血管內(nèi)皮細胞及其相關(guān)因子腎髓質(zhì)血管淤血和血管內(nèi)粒細胞聚集是引起aki的主要 原因之一。相對于腎小球前動脈收縮的影響，髓質(zhì)缺血后內(nèi) 皮細胞的活化與損傷、內(nèi)皮細胞-白細胞黏附的增加和凝血 通路的激活較縮血管物質(zhì)的作用更明顯，因為即使在腎臟血 流量尚未下降時，髓質(zhì)的缺血缺氧可能已明顯存在了 7。內(nèi)皮細胞被激活后，黏附分子的表達增強，內(nèi)皮細胞的 損傷導(dǎo)致內(nèi)皮細胞腫脹、細胞屏障受損，加上白細胞和血小 板的相互作用等，可造成小血管機械性阻塞。許多局部因素 還可以激活白細胞，使黏附分子的表達增強，這些因素包括 細胞因子、趨

6、化因子、類花生酸物質(zhì)、活性氧(reactive oxygen species, ros)等。細胞因子還可以降低白細胞的 變形能力，增加白細胞聚集，進一步加重腎損傷。此外受損 白細胞還可以通過產(chǎn)生的ros和類花生酸物質(zhì)，使炎癥反應(yīng) 增強和血管緊張素增加8o2.2腎小管上皮細胞及其相關(guān)因子缺血性arf的重要病理生理變化是腎髓質(zhì)血流減少，氧 輸送減少，氧供和氧需失衡，從而導(dǎo)致腎小管上皮細胞損傷7 。腎小管上皮細胞在aki的發(fā)病過程中能夠促進炎癥反 應(yīng)。腎小管上皮細胞膜表達的多種跨膜蛋白在aki中發(fā)揮了 重要作用。目前的研究已經(jīng)證實了 toll-樣受體(tlrs)及 腎臟損傷分子t (kim-1)在a

7、ki中的作用。toll-樣受體 (tlrs)是一個跨膜受體家族，在白細胞和腎臟上皮細胞上 廣泛表達，調(diào)節(jié)天然免疫與獲得性免疫應(yīng)答。tlr-2和tlr-4 主要表達于腎小管上皮細胞，在aki中其表達明顯增加， tlr-2缺陷和應(yīng)用tlr-2單克隆抗體的小鼠在缺血性腎損傷 中可以明顯減輕腎損傷，腎缺血后腎小管上皮細胞和浸潤的 白細胞tlr-4的表達顯著增加9-10o kim-1也是一種跨膜 蛋白，表達于受損細胞表面，kim-1表達增加可導(dǎo)致受損的 上皮細胞被巨噬細胞吞噬，aki時，kim-1介導(dǎo)的對損傷、 衰老細胞吞噬作用的上調(diào)可促進炎癥反應(yīng)11-12。腎小管上皮細胞產(chǎn)生的細胞因子在aki中起了一

8、定的作 用。研究發(fā)現(xiàn)，干擾素調(diào)節(jié)因子-1 (interferon regulatory factor-1, irf-1)是近曲小管上皮細胞分泌的一種促進干 擾素和趨化因子基因活化的轉(zhuǎn)錄因子，irf-1基因缺陷可以 改善急性缺血后的組織形態(tài)、炎癥損傷及腎臟功能13。 腎小管上皮細胞還可以產(chǎn)生其他多種致炎因子，包括 tnf- a、il-6、轉(zhuǎn)化生長因子 b ( transforming growth factor- , tgf-b)和細胞趨化因子等。目前研究較多的 細胞趨化因子有調(diào)節(jié)活化正常t細胞表達與分泌的趨化因子 (rantes )、單核細胞趨化蛋白t ( monocyte chemoattr

9、actant protein-1, mcpt)、可提取性核抗原-78 (extractable nuclear antigen-78, ena-78)和 il-8 等8o 另有多種細胞因子在aki中也發(fā)揮了重要作用。 il-4和il-13可增加細胞因子和cd40配體誘導(dǎo)人近端腎小 管產(chǎn)生ranteso cd 154存在于t細胞中，對細胞的炎癥起正反饋調(diào)節(jié)作用,當人腎臟近端小管暴露于cd 154 (cd40的配 位體)時，cd40和tnf-a受體活化因子(traf)從細胞膜 上轉(zhuǎn)位并在細胞內(nèi)相互作用，通過激活sapk / jnf和p38-mapk磷酸化途徑，刺激il-8和mcpt的產(chǎn)生。a黑素

10、細胞刺激激素(a-msn)通過抑制il-8的產(chǎn)生、骨形成蛋 白-7通過抑制tnf-a誘導(dǎo)的致炎因子的表達等來保護腎臟 的缺血性損傷14。2.3中性粒細胞及其相關(guān)因子中性粒細胞黏附到血管內(nèi)皮是這些細胞進入損傷組織 的第1步，經(jīng)過黏附和趨化作用，浸潤的中性粒細胞釋放活 性氧損傷腎小管細胞。值得注意的是，白細胞減少癥患者仍 可以發(fā)生aki,提示單獨的中性粒細胞拮抗無明顯的腎臟保 護作用15。腎損傷時許多細胞因子是由白細胞和腎小管上皮細胞釋放的，這些細胞因子在aki的早期和發(fā)展過程中起了很重 要的作用o抑制細胞間黏附分子1 (intracellular adhesion molecule-1, ica

11、m-1)可以抑制白細胞-內(nèi)皮細胞間的黏附及相互作用，可減輕腎損傷。在應(yīng)用icam-1抗體和icam-1 缺陷老鼠身上發(fā)現(xiàn)，此種狀況對腎臟缺血損傷有明顯的保護 作用。p-選擇素表達后可以激活血小板和內(nèi)皮細胞的促炎反 應(yīng)，腎缺血時隨著內(nèi)皮細胞p-選擇素的上調(diào)，中性粒細胞黏 附作用增強，而抑制p-選擇素的作用可以減輕炎癥反應(yīng)和缺 血性腎損傷16。il-10也是一種強有力的抗炎因子，它可 抑制白細胞活化和黏附基因的表達。2.4淋巴細胞淋巴細胞在aki中的作用是目前研究的熱點，aki動物 模型中，淋巴細胞在免疫應(yīng)答中起著重要的調(diào)節(jié)作用。cd4、 cd8 t細胞缺陷的老鼠對缺血性腎損傷具有保護作用，后續(xù)

12、的研究中發(fā)現(xiàn)cd4、cd8 t細胞缺陷的老鼠在外源性注射t 細胞后可重新出現(xiàn)腎損傷，cd4基因敲除小鼠，但不是cd8 缺陷老鼠，可減輕缺血性腎損傷。缺血-再灌注后t細胞可 以直接導(dǎo)致腎血管通透性的增加，單獨應(yīng)用cd4抗體對缺血 性腎損傷沒有明顯的保護作用17-19。調(diào)節(jié)t細胞是淋巴細胞的一個亞群，具有很強的免疫抑 制和抗炎作用。調(diào)節(jié)t細胞在細胞表面表達cd4、cd25,這 些是調(diào)節(jié)t細胞獨有的標志，對調(diào)節(jié)t細胞行使功能和分化 是必不可少的20。調(diào)節(jié)t細胞可通過il-10介導(dǎo)的對先 天免疫系統(tǒng)的抑制作用，使缺血性aki得到保護21；通 過應(yīng)用抗cd25單克隆抗體導(dǎo)致調(diào)節(jié)t細胞減少，可以加重 缺血

13、導(dǎo)致的腎損傷，并導(dǎo)致浸潤在腎臟的中性粒細胞和巨噬 細胞增多以及細胞因子在腎臟的轉(zhuǎn)錄增加。2.5巨噬細胞巨噬細胞是促炎級聯(lián)反應(yīng)和細胞因子il-18、il-la的 一個重要來源。很多腎臟疾病中都有巨噬細胞的浸潤。基因 技術(shù)和單克隆抗體技術(shù)導(dǎo)致的巨噬細胞減少對aki具有保護 作用，但其機制目前還不明確。在缺血-再灌注損傷中，中 性粒細胞和巨噬細胞所參與的炎癥反應(yīng)更為重要，一些研究 中發(fā)現(xiàn)，抑制中性粒細胞聚集可以減輕組織損傷，在arf的 恢復(fù)期主要表現(xiàn)為巨噬細胞和t淋巴細胞的浸潤22。2. 6內(nèi)皮素腎臟為高灌注器官，對缺血以及缺血-再灌注均較敏感。 內(nèi)皮素對腎臟功能的調(diào)控和在疾病的發(fā)生發(fā)展過程中所起

14、的作用非常重要。缺血-再灌注損傷時腎臟中內(nèi)皮素的合成 和釋放增加，內(nèi)皮素受體上調(diào)23,內(nèi)皮素和內(nèi)皮素受體 的結(jié)合力增加，使腎內(nèi)皮素的作用占主導(dǎo)地位，導(dǎo)致入球小 動脈和出球小動脈的收縮，造成腎損傷。ali等24在大 鼠急性腎缺血模型中發(fā)現(xiàn)，內(nèi)皮素與其受體的親和力隨缺血 -再灌注時相的延長而增加，且腎功能的損害與腎缺血后內(nèi) 皮素受體親和力增加直接相關(guān)。另有研究表明內(nèi)皮素可增加 細胞內(nèi)鈣離子釋放和細胞外鈣離子內(nèi)流，使細胞內(nèi)鈣離子濃 度增高，即細胞內(nèi)鈣超載，進而發(fā)揮其生物學(xué)作用。2. 7 一氧化氮一氧化氮半衰期極短且脂溶性好，可迅速由生成部位向 周圍彌散，發(fā)揮其靈敏、精確的自分泌、旁分泌作用。一氧 化

15、氮與內(nèi)皮素的效應(yīng)正好相反，同時其表達也受內(nèi)皮素的調(diào) 控。一氧化氮是一種血管擴張劑，能降低內(nèi)皮素的表達和活 性，具有保護缺血性腎損害的作用。此外，一氧化氮能抑制 tnf-a介導(dǎo)的中性粒細胞與上皮細胞的黏附。但一氧化氮對 細胞也有損害作用，缺血后誘導(dǎo)上皮細胞產(chǎn)生的巨噬細胞一 氧化氮合成酶本身就具有毒性作用，與缺血導(dǎo)致的損傷有關(guān) 25。一氧化氮還能降低上皮細胞間的黏附作用，促使腎 小管上皮細胞脫落，導(dǎo)致腎小管梗阻，加重缺血-再灌注損 傷。2.8磷脂酶a2磷脂酶a2 (phospholipase a2, pla2)是一種對游離脂 肪酸釋放和溶血磷脂聚集起支配作用的酶。大多數(shù)pla2是 鈣-依賴性酶，然

16、而也存在著鈣-非依賴性酶。在正常氧的情 況下，所有pla2活性均為鈣離子依賴性。腎小管暴露于缺 氧條件下可導(dǎo)致可溶性pla2激活，引起腎損傷26。pla2 的損傷作用與被攻擊細胞膜磷脂成分發(fā)生變化，引起有細胞 毒性的溶血磷脂的積聚，使細胞膜完整性遭受破壞有關(guān)。2.9補體系統(tǒng)補體系統(tǒng)可以有效地識別和清除有害因素以及受損的 宿主細胞。過度的補體系統(tǒng)激活可以導(dǎo)致組織損傷，而對補 體系統(tǒng)的抑制可以減輕炎癥損傷。補體在增強白細胞-內(nèi)皮細胞的相互作用中也起了重要作用。補體介導(dǎo)的損傷機制： 受到缺血再灌注損傷的器官，都存在補體依賴的黏附分子的 正向調(diào)節(jié)，導(dǎo)致中性粒細胞聚集在微血管周圍，造成細胞損 害27。c

17、5a抑制劑對腎臟起保護作用，并能減輕后期的炎 癥反應(yīng)，能誘導(dǎo)產(chǎn)生cxc趨化因子，能夠減少后期細胞凋亡, 但早期的細胞凋亡不受c5a抑制劑的影響。3小結(jié)一般而言，繼發(fā)于腎前性因素的aki ,如能及早診斷和 治療，預(yù)后最好，腎功能可恢復(fù)到基線水平，病死率10 %o 繼發(fā)于腎后性因素的aki也常有良好的預(yù)后，如尿路梗阻診 斷及時，治療得當，腎功能也可恢復(fù)至基線水平。與之相比, 繼發(fā)于腎性因素的aki的預(yù)后較差，病死率為30%80%。發(fā) 生在ckd或全身性疾病基礎(chǔ)上的aki轉(zhuǎn)歸更差，腎功能很難 完全恢復(fù)到基線水平，嚴重者可能需要長期腎臟替代治療 28。aki的診治和預(yù)防到目前為止仍是一個嚴峻的課題，

18、應(yīng)強調(diào)早期預(yù)防、早期診斷及針對不同病因和病情采取個體 化治療的原則。隨著科學(xué)的進步，aki的發(fā)病機制將會越來 越明確，通過分子水平靶基因或靶位點的作用，調(diào)節(jié)信號傳 導(dǎo)通路上的特殊作用因子，調(diào)控腎臟細胞凋亡，可能是降低 aki病死率的新手段。參考文獻1 lame ire n, van biesen w, vanholder r. the changing epide-miology of acute renal failure j natclin pract nephrol, 2006,2 (7)：364-377.2 waikar ss, liu kd, cher tow gm. the inc

19、idence and prognostic significance of acute kidney injuryj curr opin nephrol hypertens, 2007,16 (3)： 227-236.3 edelstein cl. biomarkers of acute kidney injury j . adv chronic kidney dis, 2008, 15 (3)： 222-234.4 hoste ea, schurgers m. epidemiology of acute kidney injury： how big is the problem? j cri

20、t care med, 2008, 36 (4 suppl)： s146-151.5 bellomo r, ron co c, kellum ja, et al. acute renal failure-definition， outcome measures, animal models , fluid therapyand information technology needs： the second international consensus conference of the acute dialysis quality initiative (adqi) groupj . cr

21、it care, 2004, 8 (4)：r204-212._6 molitoris ba, levin a, warnock dg, et al. improving outcomes of acute kidney injury： report of an initiative j . nat clin pract nephrol, 2007, 3 (8)：439-442.7 dagher pc, herget-rosenthal s, ruehm sg, et al. newly developed techniques to study and diagnoseacute renal

22、failure jj am soc nephrol, 2003,14(8) ： 2188-2198.8 bonventre jv, zuk a. ischemic acute renalfailure： an inflammatory disease? j kidney int, 2004,66 (2)： 480-485.9 pulskens wp, teske gj, butter lm, et al.toll-like receptor4 coordinates the innate immune response of the kidney to renal ischemia/reper

23、fusion injury j . plos one, 2008, 3 (10)：e3596.10 cunningham pn, wang y, guo r, et ol. role of toll-like receptor 4 in endotoxin-induced acute renal failure j . j immunol, 2004, 172 (4)： 2629-2635.11 ichimura t, humphreys bd, gunaratnam l, et al. kidney injury molecule-1 is a phosphatidylserine rece

24、ptor that confers a phagocytic phenotype on epithelial cells jj clin invest, 2008, 118 (5)： 1657-1668.12 孟廣蕊，李春盛腎損傷分子-1對于膿毒癥急性 腎損傷的早期診斷作用j.中國急救醫(yī)學(xué)，2011,31(12)： 1106-1110.13 wang y, john r, chen j, et al. irft promotes inflammation early after ischemic acute kidney injuryj j am soc nephrol, 2009,20 (7

25、)：1544-1555.14 white le, hassoun ht. inflamniatory mechanisms of organ cross talk during ischemic acute kid ney injuryj int j nephrol, 2012： 505197.15 bolisetty s, agarwal a. neutrophils in acute kidney injury： not neutral any more j . kidney int, 2009, 75 (7)： 674-67616 phu11 h, salkini mw, escobar

26、 c, et al.delivery of intercellular adhesion molecule-1 antisense oligonucleotides using a topical hydrogel tissuesealantin a murinepartialnephrec to my/ischemia model j urology，2008, 72 (3)： 690-695.17 faubel s, ljubanovic d, poole b, et al. peripheral cd4 t cell depletion is not sufficient to prev

27、ent ischemic acute renal failurej . transplantation, 2005,80 (5)： 643-649.18 liu m, chien cc, grigoryev dn, et a 1. effect of t cells on vascular permeability in early ischemic acute kidney injury in mice j microvasc res, 2009, 77 (3)： 340-347.19 liu m, chien cc, burne-taney m, et al.a pathophysiolo

28、gic role for t lymphocytes in murine acute cisplatin nephrotoxicity j j am soc nephrol, 2006, 17 (3)： 765-774.20 sakaguchi s, yamaguchi t, nomura t, et al. regulatory t cells and immune tolerance j cell,2008, 133 (5)： 775-787.21 kinsey gr, sharma r, huang l, et al. regulatory t cells suppress innate

29、 immunity in kidney ischemia-reperfusion injury jj am soc nephrol,2009, 20 (8)：1744-1753.22 persy vp, verhulst a, ysebaert dk, et al.reduced post ischemic macrophage infiltration and interstitial fibrosis in osteopontin knockout micejkidney int, 2003, 63 (2)：543-55323 saleh ma, pollock dm. endothelin in renal inf lamination and hyperte nsion j . contrib nephrol, 2011, 172： 160-170