细胞凋亡与肾衰竭
各种体内外因素触发细胞内预存的死亡程序而导致细胞死亡的过程称为细胞凋亡(apoptosis),又称程序性细胞死亡(programmedcelldeath,PCD).
从细胞受到凋亡诱导因素的作用到细胞凋亡大致分为凋亡信号转导、凋亡基因激活、细胞凋亡执行和凋亡细胞清除等阶段.
发生凋亡的细胞出现细胞固缩、核质浓染、染色质边集,晚期形成凋亡小体,局部无炎症反应.DNA片段在电泳谱上呈特征性梯状条带.
一、肾细胞凋亡的调控
(一)肾细胞凋亡的触发
肾衰竭时许多因素可触发细胞凋亡,能引起细胞坏死的细胞毒物同样能诱发细胞凋亡.如缺血及庆大霉素所致的ARF,肾组织内均可见凋亡小体.高浓度(1mmol/L)顺铀使体外培养的近端肾小管细胞发生坏死,而低浓度(10μmol/L)则可诱导细胞凋亡.同样,化学性缺氧使细胞内ATP降至正常的10%以下时,可引起细胞坏死,但当ATP仅轻度减少时,细胞表现为凋亡.因此,肾小管上皮细胞对于损伤的反应是坏死还是凋亡,可能与其损伤的严重程度有关.低剂量的毒性物质如HgCl2可引起牛肾细胞株LLC-PKI发生凋亡,小剂量的离子辐射可诱导肾小管细胞凋亡.活性氧和NO是细胞凋亡的重要介质.低剂量H2O2(2～20mmol/L)及黄嘌呤加上黄嘌呤氧化酶(XO)可使肾小球系膜细胞DNA电泳呈现典型的梯状条带,NO介导的肾小管缺血(缺氧)-再灌注(复氧)损伤中,亦可见凋亡的小管细胞.
“生存因子”(survivalfactor)不仅对细胞的生长,而且对维持细胞的生存都是必要的,因此生存因子的相对缺乏是引起细胞凋亡的重要原因.它们大多是可溶性的生长因子,后者对生存的必要性则取决于细胞类型.培养的肾小管上皮细胞可因肾营养激素如表皮生长因子和胰岛素样生长因子-1(insulin like growth factor-1,IGF-1)的缺乏而凋亡,急性肾损伤肾表皮生长因子生成不足可引起肾小管细胞凋亡.所谓基因通路介导的凋亡就是一种不断被生存因子抑制和被缺乏生存因子所激发的通路.还有报道另一种生长因子环氧酶-2---前列腺素,对阻止肾小管细胞凋亡有重要的作用.
除各种生长因子外,上皮细胞还依赖于正常细胞-细胞、细胞-基质的黏附而维持生存,失去它们之间相互作用的信号转导可导致细胞凋亡,因而由细胞损伤引起的细胞-细胞及细胞-基质的正常黏附的丧失可能是ARF时细胞凋亡的另一机制.通过激动剂如Fas和TNF-α激发的受体介导途径也是凋亡的原因,后者在败血症所致的ARF中肾小管细胞凋亡可能起一定作用.
(二)肾细胞凋亡的调控(https://www.daowen.com)
凋亡是主动的能量依赖性过程,是一个高度协调和基因程序介导的过程,与凋亡有关的基因可分为两大类:促凋亡基因和抑制凋亡基因.
1.Bel-2基因 Bel-2是蛋白质家族12个成员中的最初成员.该家族中的某些成员,如Bel-2、Bag-1和Bel-Xl是强大的抗凋亡因子,相反,同一家族中的另一些成员,如Bad、Bak和Bel-Xs则促进细胞凋亡.受到任何凋亡刺激后,决定细胞维持生存还是启动凋亡程序,似乎主要决定于Bel-2家族中促凋亡和抗凋亡成员之间的相互作用,最终Bel-2蛋白家族成员通过caspases的蛋白水解酶的活性来影响细胞的命运.caspases以无活性的酶原形式存在于所有的细胞中.一旦被激活,通过caspases的级联反应等形式激活其他的caspases.最后,“操纵子”caspases触发细胞内特殊的功能和结构蛋白,这些蛋白质经caspases的灭活或活化,并赋予凋亡典型的、共同的生化及形态学特征.已发现caspases的3组基因底物:一组底物是被caspases激活的调节蛋白,如核酸内切酶将DNA裂解成片段;第二组底物是被caspases灭活的调节蛋白,如视网膜母细胞瘤抑制基因;第三组底物是一些如核纤层蛋白的细胞骨架蛋白和结构蛋白.在缺血-再灌注肾小管损伤中,亦发现caspases不同亚类的mRNA和蛋白表达增加.
2.PS3基因 野生型PS3基因具有诱导细胞凋亡的功能,当该基因发生突变后反而可抑制细胞凋亡.野生型PS3基因编码PS3蛋白是一种DNA结合蛋白,它在细胞周期的G1期发挥检查点的功能,负责检查染色体DNA是否有损伤.当DNA异常时,PS3蛋白及其转录活动明显增加,使细胞周期停留于G1期而不能进入S期,并启动DNA修复机制,如果DNA损伤严重而致修复失败时,PS3则启动细胞凋亡机制.对有可能演变为恶性肿瘤的细胞,常通过这种机制被消灭在萌芽之中,故PS3享有“分子警察”的美誉.
二、细胞凋亡与肾衰竭
在实验性ARF模型,有肾小管细胞凋亡的大量证据.细胞凋亡出现在ARF两个不同的时期:首先在急性肾损伤后立即发生,继而出现在肾损伤后5～7d的ARF恢复期中.短期缺血(5～10min)后24～48h引起肾小管细胞凋亡而不出现坏死;肾缺血较长时间既可引起肾小管细胞凋亡,又可引起肾小管细胞的坏死.总之,这些研究表明,坏死和凋亡是严重肾损伤后发生肾小管细胞死亡的重要机制.
在ARF恢复期观察到肾小管细胞凋亡的第2个“高峰”.0ARF恢复期中在形态学上所见到的凋亡肾小管细胞主要是在肾小管细胞增殖群中发现的.这便提示在ARF修复期,凋亡对重建受损节段过度增殖的肾小管细胞的平衡是必要的.这些发现形成了肾小管细胞凋亡在ARF中能起双重作用的概念,即在ARF的早期,凋亡导致小管上皮细胞的丧失可加剧肾功能障碍;相反,在ARF恢复期,小管细胞凋亡则促进受损小管的重建和恢复到正常的结构和功能.
近年研究发现,在肾毒性肾小球肾炎的大鼠和增殖性肾小球肾炎患者的肾小球中细胞凋亡数明显增多.不仅肾小球细胞,而且浸润的中性粒细胞可通过凋亡而被清除,最后由单核-巨噬细胞吞噬和降解.因此,凋亡作为一种维护内环境稳定的机制,以维持肾小球细胞的数量恒定,阻止炎症所致的纤维化.
许多慢性肾小球损伤引起的肾萎缩,可能主要是由于肾细胞的累积凋亡而引起的.许多研究证实,尿路梗阻后远端小管细胞发生凋亡.小管内压增加可能是激发凋亡的另一因素.在实验性单侧肾动脉狭窄模型,观察到肾慢性缺血后肾小管细胞发生凋亡,在动脉狭窄后的第1周,缺血肾既有坏死又有凋亡,而在第2周和第3周只有凋亡,并导致肾萎缩.有人认为多囊肾肾单位的丢失是由于凋亡造成的,增大的囊使间质压力升高和局部缺血可能是引发细胞凋亡的主要因素.