炎症与修复在肾移植术后的相互作用

大光

炎症与修复在肾移植术后的相互作用
作者：徐世豪 郭宁 陆赛 田军
作者单位：山东大学齐鲁医院器官移植科
来源：《泌尿外科杂志（电子版）》 2018年 第10卷第4期

　　肾移植是终末期肾病（ESRD）的首选治疗方法，提高了终末期肾衰竭患者的预期寿命和生活质量。持续性炎症在间质纤维化和肾小管萎缩（IFTA）的区域是移植失败的有力预测因子。了解IFTA的过程，以及寻找治疗IFTA的新策略对于肾移植计划的未来成功至关重要。
　　间充质干细胞（MSCs）具有多向分化潜能和迁移到损伤部位的能力，同时具有强大的抗炎和稳定的性质，在炎症修复过程中起到重要的作用，内源性和外源性使用MSCs可能增强移植受者肾脏的内在修复能力，并可能作为控制炎症和纤维化的工具而发展。
　　本文仅就炎症与修复在肾移植术后的相互作用做一述评。


1 概述


　　肾移植是ESRD的首选治疗方法，显著改善了终末期肾衰竭患者的预期寿命和生活质量。但目前移植肾的存活对于大多数受体来说仍然太短，大多数患者会因为不同原因导致IFTA，并最终导致移植物功能丧失。
　　连续监测肾同种异体移植物活检显示早期亚临床炎症是间质纤维化发展的危险因素。
　　最近，已经观察到持续性炎症与纤维化进展和慢性体液排斥相关，这是与移植物存活率差相关的两种组织学病症。大量证据表明在肾移植过程中，免疫炎症反应是有效修复和修复失败的关键，并且认为免疫炎症反应阻碍了再生，但更多的证据表明炎症反应在损伤组织的再生修复过程中同时具有负性和正性调控作用。因此，免疫炎症反应与修复和再生的关系是相当复杂的。事实上，免疫炎症反应贯穿了整个再生与愈合过程的始终，甚至瘢痕组织的过度增生也与免疫炎症反应有着密切的联系。
　　MSCs是从骨髓和许多器官（包括肾脏）和组织中分离出来的成纤维细胞样基质细胞的异质群体。它们具有多能和自我更新的特性，可以分化成中胚层谱系的细胞。在体内给药后，MSCs迁移至受损的肾组织，进而产生一系列可以改变损伤过程的抗炎细胞因子和趋化因子。在肾移植过程中，MSCs被认为通过旁分泌和（或）内分泌机制引起修复，调节免疫应答导致组织修复和细胞替代。


2 炎症和修复


　　创伤修复需要整合复杂的细胞网络来恢复组织稳态。理想的组织修复，是组织缺损完全由原来性质的细胞来修复，恢复原有的结构和功能。然而，人体各种组织细胞固有的增生能力有所不同。若某种组织创伤不能靠原来性质的细胞修复，则由其他性质的细胞（常是成纤维细胞）增生来代替。虽然其形态和功能不能完全复原，但仍能通过瘢痕愈合来修复创伤，有利于内环境稳定。纤维化是正常伤口愈合和修复的过程，其响应于损伤而被激活以维持原始组织结构和功能完整性。
　　然而，长期的慢性损伤刺激可能导致正常过程失调，导致细胞外基质过度沉积。而细胞外基质的连续沉积导致纤维性瘢痕并破坏肾组织结构，导致肾实质塌陷和肾功能丧失。对肾脏的急性损伤如暴露于毒素，败血症或缺血引起的炎症反应可导致肾小管上皮细胞和肾小球足细胞的凋亡和（或）坏死。而在此过程中，肾脏的修复反应，包括受损的管状上皮的细胞替代，很可能是由与损伤部位相邻的存活上皮细胞介导的。这些上皮细胞去分化并迁移到细胞凋亡、坏死和细胞脱落的损伤部位，随后它们增殖并分化为功能性肾小管上皮细胞。在慢性损伤的情况下，肾小球修复不太令人满意，对肾小球细胞的持续损伤导致肾单位逐渐丧失，导致间质扩张和纤维化的发展。
　　慢性损伤涉及复杂的多阶段炎症过程，伴有炎性细胞浸润，系膜和成纤维细胞活化，肾小管-上皮-间质转化，内皮-间质转化，细胞凋亡和细胞外基质扩增，由细胞因子/趋化因子，生长因子，黏附分子和信号传导过程的网络所协调。这些事件包括几个阶段：组织损伤和活化、炎性细胞的募集、纤维化细胞因子的释放和胶原生成细胞的活化。
　　然而，应该强调的是，肾纤维化是一个动态过程，其中许多事件同时发生，通常以相互刺激的方式发生。损伤阶段可由多种有害刺激引起，包括免疫、代谢、血液动力学、缺血和毒性攻击，导致由细胞因子介导的内吞/吞噬作用引起的炎性分子的产生和释放。中性粒细胞是第一个募集的细胞，因为它们摄取细胞碎片并吞噬凋亡小体，促进修复丢失的组织成分，从而导致原组织结构和功能的重建。这种有益的修复过程在不可控的情况下可能是有害的，然后导致功能丧失的进行性纤维化。
　　因此，控制过度炎症对于抑制肾进行性纤维化具有巨大的潜在治疗益处。


3 肾移植相关炎症过程的纤维化


　　在肾移植的过程中，伴发的炎症反应被确定为肾移植功能衰退的标志。炎症，尤其是与肾脏活检监测中的纤维化相关的炎症，是长期移植失败的风险因素。
　　炎症的发病机制复杂多样，涉及细胞因子、趋化因子和黏附分子的相互作用。肾组织中的浸润细胞与不同细胞类型的参与和相互作用促进肾纤维化。
　　根据肾损伤的病因，肾小管、肾小球或间质浸润的炎症细胞被激活并产生纤维化和炎性细胞因子。炎症浸润，包括中性粒细胞，巨噬细胞和淋巴细胞，在肾病和人肾活检标本的实验模型中很明显。管周毛细血管内皮细胞的活化可促进间质单核细胞的募集。在中性粒细胞后，巨噬细胞浸润受损组织和吞噬细胞并分泌成纤维细胞因子。巨噬细胞是纤维化器官中转化生长因子-1 (TGF-1）的主要来源。T和B淋巴细胞也迁移到损伤部位并进一步促进纤维化细胞因子的分泌。同时，TGF-1是巨噬细胞-单核细胞谱系细胞的有效化学引诱物。除TGF-β1外，单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1）、巨噬细胞炎症蛋白-1（MIP-1）和巨噬细胞炎症蛋白-2（MIP-2）也参与炎症细胞的募集。由损伤的肾小管细胞释放的化学引诱物细胞因子的梯度为引导炎性单核细胞/巨噬细胞和T细胞向受损部位的浸润提供了定向信号，并且被认为在这种炎症过程中起重要作用。
　　TGF-β超家族的成员是与肾纤维化相关的最广泛研究的生长因子。巨噬细胞，肾小管上皮细胞和肌成纤维细胞都能够在肾纤维化病变发展的不同阶段合成TGF-β。尽管已经记载了不同的纤维化因子，包括各种细胞因子和激素，代谢和血液动力学因子，但人们普遍认为TGF-β及其下游Smad信号传导起着重要作用。TGF-β的上调无论是在动物模型中还是在人类中，几乎所有类型的慢性肾脏病中都可以发现。尽管TGF-β在肾纤维化中的作用已被证实，但为了阻碍肾纤维化的进展，长期抑制TGF-β作用似乎不是最佳方法，因为TGF-β也是一种抗炎细胞因子。TGF-β的促纤维化和抗炎特性为TGF-β抑制的治疗应用带来了两难境地，这也是新型抗纤维化靶点正在积极研究中的原因之一。
　　在肾纤维化中，肾素-血管紧张素系统及其主要效应物血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）的激活刺激血管炎症，活性氧物质，细胞因子，趋化因子和生长因子的上调，以及浸润细胞向肾脏的迁移。由于口服活性抑制药物的可用性，AngⅡ与肾纤维化的相关性具有直接的临床相关性。AngⅡ已被证明可刺激包括肾小管细胞和成纤维细胞在内的各种细胞产生TGF-β，一些研究表明在实验性肾病模型中使用AngⅡ受体（AT1和AT2）拮抗剂或血管紧张素转换酶（ACE）抑制剂减少TGF-β的产生并减弱肾间质纤维化。


4 MSCs在肾移植相关炎症中扮演的角色


　　MSCs最初是由BrimeEntern和同事在骨髓基质中发现出来的。目前已经发现MSCs通过其独特的免疫调节能力在多种疾病中发挥治疗作用，这些免疫调节能力可改变损伤的促炎过程。这可能涉及旁分泌因子的分泌，其抑制炎症并反过来促进组织重塑和修复。据报道MSCs治疗可以改善肾脏损伤并促进结构修复。
　　这些未分化的成体干细胞是中胚层起源的，仅占总骨髓细胞群体的0.001%～0.01%。由于它们有黏附在塑料上的倾向和在体外广泛增殖的能力，所以可以容易地从体外骨髓细胞中分离出来。
　　MSCs在培养物中形成不均一的群体，其由小的未成熟的快速自我更新细胞，大的，更成熟的，缓慢复制的细胞和在一些汇合的培养物中的立方细胞组成。有趣的是，单细胞来源的MSCs克隆可以在表型、基因表达和分化能力方面有所不同。国际细胞治疗学会MSCs和组织干细胞委员会概述了定义这些细胞所需的形态、表型和功能特征的组合。作为其定义的一部分，MSCs必须在标准组织培养条件下黏附于塑料，表现出成纤维细胞样形态并具有广泛增殖的能力，导致成纤维细胞集落的形成，称为集落形成单位成纤维细胞。此外，MSCs应表达表面抗原CD73、CD90和CD105，并且缺乏造血标记物CD45、CD34、CD14或CD11b、CD79a或CD19和主要组织相容性复合物（MHC）Ⅱ类的表达。它们通常还表达中等水平的MHCⅠ类，并且对共刺激分子CD40、CD80和CD86是阴性的。然而，当暴露于炎症刺激物如干扰素（IFN）-γ时，据报道其MHCⅠ类和Ⅱ类的表达被上调。最后，当暴露于适当的分化条件时，MSCs应具有在体外分化为脂肪细胞、骨细胞和软骨细胞的能力。
　　最近，在脂肪、脐带和许多出生后器官和组织（包括肾）中也检测到MSCs，并且它们已经显示出有希望的保护免受组织损伤和促进内源组织修复的能力。与胚胎干细胞和诱导多能干细胞不同，MSCs在啮齿动物移植后不形成畸胎瘤。


5 肾移植相关的炎症修复


　　在动物模型中，MSCs移植减轻了不同器官的纤维化，包括心、肺、肝和肾。不同的MSCs衍生的细胞因子已被证明介导抗纤维化性能，包括BMP-7、肝细胞生长因子（HGF）和TGF-β。
　　在移植环境中，大多数实验研究都集中在促进移植物存活和免疫耐受的延长。此外，许多实验模型已证明MSCs通过体外和体内抑制同种异体T细胞反应来减弱同种免疫反应。由于相关的炎症反应在纤维化的进展中起重要作用，去除同种异体免疫驱动的炎症触发可能会阻止纤维化的进展。一些研究集中于MSCs在预防纤维化中的作用作为研究结果。在最近一项免疫抑制（环孢素治疗）动物的研究中，单次肾内注射MSCs可减少肾纤维化，促进肾功能恢复。Franquesa等观察到MSCs可以减弱IFTA的进展。除了减少IFTA外，MSCs治疗的动物还表现出较少的巨噬细胞浸润实质并降低炎性细胞因子的表达，同时增加抗炎因子的表达。
　　尽管目前的数据显示MSCs赋予肾保护的临床疗效尚不清楚。Herrera等进行的初步实验研究表明，对急性肾损伤小鼠，给予的外源性MSCs，MSCs可通过促进管状上皮的分化，进行功能性的肾脏修复。然而，随访研究显示，只有2%～2.5%的注射MSCs显示植入，不同于先前报道的22%的细胞植入率。这些报道表明，外源施用的转分化MSCs的直接植入不是MSCs增强肾修复的主要机制。越来越多的证据表明，MSCs可以通过旁分泌和（或）内分泌机制引起修复，在这些机制中，它们释放调节免疫反应的营养生长因子，从而介导修复。MSCs抑制促炎细胞因子释放和分泌多种营养生长因子的能力，促进血管生成、有丝分裂和增殖，同时减少细胞凋亡，可共同调节实验室啮齿动物肾脏的保护和再生作用。
　　最近的研究表明，缺血再灌注损伤（IR）后MSCs的给药导致IR损伤后24小时后促炎性细胞因子如IL-1B、TNF-α、IFN-γ的表达显著下调和诱导型一氧化氮合酶的抑制。这与抗炎细胞因子IL-4、IL-10、碱性成纤维细胞生长因子（b FGF）、转化生长因子（TGF）-a和Bcl-2的上调相结合，导致肾损伤减少，增加肾小管上皮细胞增殖和改善肾功能。这些结果表明MSCs能够在损伤开始后立即调节炎性免疫反应，使其从促炎性Th1型转变为抗炎性Th2型。此外，与不再含有这些细胞的区域相比，在IR损伤后24小时仍存在MSCs的肾脏区域与凋亡减少相关。这表明MSCs能够分泌抗细胞凋亡因子，其保护周围肾细胞免于在肾损伤后发生细胞凋亡。
　　虽然在实验室中显示MSCs发挥免疫调节作用并促进疾病的再生和修复的巨大潜力，但不应忽视的是，一些研究已经证明MSCs的治疗效果可以改变。


　　综上所述，炎症反应在损伤组织的再生修复过程中是把双刃剑，同时具有负性和正性调控作用。对于急性损伤，成人肾脏确实具有一定的修复和重塑能力，最终可以恢复肾结构和功能。
　　但在慢性炎症损伤的情况下，肾小球修复不太理想，对肾小球细胞的慢性持续损伤可导致肾单位逐渐丧失，导致间质扩张和纤维化。同时，移植后的早期炎症是纤维化进展、HLA供体特异性抗体出现和移植物结果的主要决定因素。MSCs可以迁移至受损组织，在那里它们发挥有效的免疫抑制作用并分泌可溶性因子，这些因子可以改变促炎症级联反应，促进组织重塑和细胞替代，从而保护肾脏免受进一步的伤害。然而，MSCs和受损肾细胞之间的特异性细胞串扰和导致其独特免疫原性的分子机制仍不清楚，需要进一步的研究来阐明所涉及的确切机制。


参考文献　略