细胞死亡在脓毒症引起的肾损伤中的作用.pdf

综 述 基金项目:国家自然科学基金(.)作者简介:周文琛女硕士生研究方向:药理学:.通信作者:何朝勇男博士教授博士生导师研究方向:心血管药理:.细胞死亡在脓毒症引起的肾损伤中的作用周文琛何朝勇(中国药科大学江苏 南京)摘要:脓毒症是一种由感染引起的全身炎症反应综合征伴随着多个器官的急性损伤 脓毒症引起的急性肾损伤()是与脓毒症相关的最严重的并发症之一并可能转化为慢性肾病()其病理生理学涉及多种细胞包括肾血管内皮细胞、肾小管上皮细胞和巨噬细胞等 这些细胞死亡之间的联系与脓毒症引起的肾损伤密切相关 内质网应激、线粒体动力学失衡和氧化应激等都是细胞死亡的主要诱因关键词:脓毒症肾损伤细胞死亡中图分类号:.文献标志码:文章编号:():./.():.()().:脓毒症是由感染引起的全身炎症反应综合征是一种以严重的全身炎症和多器官功能障碍为特征的复杂疾病 脓毒症是急性肾损伤()最常见的病因占病例的 以上 的主要特征是血清肌酐升高或尿量减少代表肾脏功能丧失 脓毒症引起的系统性炎症起始于固有免疫系统对病原相关分子模式()如革兰阴性菌外膜的主要结构成分脂多糖()的识别 之后通过 样受体()等信号通路触发炎症反应释放多种炎症介质导致细胞损伤或死亡进一步释放损伤相关分子模式()引发持续的炎症反应除了全身炎症外 和 还能与肾脏近端小管中的受体相互作用导致局部炎症反应进而导致白细胞浸润和肾小管损伤并伴有肾脏细胞死亡 肾脏中多种细胞的损伤和死亡被认为是 的促发因素而细胞的内质网应激、炎症反应和线粒体损伤等进一步促进 向 转变 脓毒症引起肾损伤的机制极其复杂且至今仍没有标准化和令人满意的治疗策略药学研究 .脓毒症中的肾脏细胞死亡肾小管和肾小球是肾脏的主要组成部分主要由肾血管内皮细胞、肾小管上皮细胞、肾小球系膜细胞和肾间质成纤维细胞组成 这些细胞在肾脏的功能维持中起着重要作用同时其功能障碍或死亡与脓毒症引起的肾损伤密切相关肾血管分布复杂包括肾动脉、肾小球小动脉、肾小球毛细血管网、弓状动脉和肾毛细血管 肾血管内皮细胞覆盖在肾血管内部通过对水、关键营养素和电解质的重新吸收维持全身渗透性、酸碱平衡和细胞外液量的稳态 血浆中存在的内毒素、炎性因子和活性氧()等可导致血管内皮细胞功能障碍和死亡内皮受损受损的内皮屏障导致血管通透性增加、促凝血途径激活和多种促炎细胞因子如、的释放大量液体、内毒素和炎性因子渗入肾间质损伤肾间质细胞加重肾脏损伤 同时浸润的炎性细胞和炎症因子攻击肾小管上皮细胞肾小管的损伤阻碍肾小管内液体流动使肾单位失去过滤功能 另外肾小管上皮细胞既是炎症因子的主要靶点也是重要来源损伤的肾小管上皮细胞释放一系列炎症因子和生长因子导致巨噬细胞浸润系膜细胞增殖以及肾间质成纤维细胞增殖和表型转化促进肾小球硬化和肾间质纤维化 而作为先天免疫核心的巨噬细胞同样在肾损伤中发挥重要作用受损组织释放的 或 激活并促进巨噬细胞向促炎表型()转化促进炎性因子趋化因子和 的释放进一步影响上文提到的多种肾脏固有细胞综上所述肾脏中血管内皮细胞、肾小管上皮细胞、肾小球系膜细胞、肾间质成纤维细胞和巨噬细胞的损伤和功能障碍及其相互联系是脓毒症引起的 发生的病理生理基础也与 转化为 后肾结构与功能的进一步恶化密切相关 脓毒症中的肾脏细胞死亡类型脓毒症引起的肾损伤涉及多种细胞死亡途径这些途径的分子机制不同但相互关联(见图)细胞死亡形式大致可分为凋亡、坏死、焦亡和自噬等不同死亡形式对于肾损伤的影响也有所不同.细胞凋亡细胞凋亡途径是脓毒症诱导的肾损伤的重要分子机制之一 根据起始 的不图 脓毒症中的肾脏细胞死亡途径同哺乳细胞的凋亡可分为 种基本的途径一种称为外在途径由细胞表面的死亡受体如 和肿瘤坏死因子受体家族()引发一种称为内在途径或线粒体途径由细胞受到刺激后线粒体中凋亡相关因子如细胞色素 的释放引发另一种是内质网应激所诱导的 引发的凋亡在死于感染性休克患者的肾脏活检样本的组织学检查中 染色显示在所有脓毒症样本的近端和远端小管中都发现了凋亡细胞 在 和 诱导的脓毒症动物模型中在肾小管细胞和血管内皮细胞中观察到了凋亡 而在 处理的肾小管上皮细胞 细胞中肾小管细胞损伤标记物 和 活性 阳性细胞均有所增加同时与凋亡相关的、蛋白表达增加 研究表明 刺激会导致 和 配体的水平上升它们激活 进而激活下游的 活化的 移位进入细胞核导致底物裂解、降解和蛋白质修饰凋亡小体出现 同时肾脏是最耗能的器官之一富含线粒体内毒素刺激也导致线粒体功能障碍和 产生过量 会刺激 和 而诱导凋亡同时 可以促进线粒体跨膜电位的损失和细胞色素 向胞质的释放触发凋亡的内源性途径 因此凋亡信号通路与脓毒症引起的肾损伤密切相关.细胞焦亡 相比细胞凋亡细胞焦亡会导致大量 和促炎因子的释放以及炎症细胞的活化从而加剧炎症反应和各种组织的损伤 如 刺激会导致中枢炎症反应和炎症小体激活包括 样受体蛋白 ()、和 凋 亡 相 关 斑 点 样 蛋 白(药学研究 .)进而促进促炎细胞因子 和 等的成熟 激活的 切割 的 端序列结合到膜上并产生膜孔导致细胞肿胀、膜破裂和细胞死亡 另外 也可直接激活人 或 小 鼠 进 而 裂 解而不依赖于 和 的激活且 激活诱导的细胞焦亡对小鼠的脓毒症休克至关重要巨噬细胞和肾小管上皮细胞中的细胞焦亡在脓毒症相关 的发病机制中起重要作用 研究表明 型巨噬细胞释放的大量炎症介质是脓毒症时器官损害的重要原因之一而通过抑制 型巨噬细胞的/信号通路可抑制 诱导的焦亡并改善肾功能 条件性敲除小鼠单核/巨噬细胞、中性粒细胞和树突状细胞 后、和 的激活均有所减弱在野生型小鼠肾小管上皮细胞中 处理后出现显著的细胞焦亡伴随着 蛋白表达增加而来源于 敲除小鼠的肾小管上皮细胞中焦亡细胞显著减少 同时 诱导的野生型小鼠肾脏损伤严重其特征为肾小管变性和扩张失去刷状缘 而 敲除小鼠中观察到的 诱导的肾损伤程度显著降低 抑制剂的使用也减少了 炎症小体的表达和肾小管上皮细胞的焦亡并改善 诱导的小鼠 另外研究表明 相关卷曲螺旋蛋白激酶()可能通过 介导的内质网应激/细胞焦亡轴调节脓毒症诱导的 在 诱导的小鼠肾脏和 处理的 细胞中表达显著上升而敲低 显著降低 诱导的 细胞焦亡 这些结果表明肾脏细胞焦亡可能是脓毒症引起肾损伤的主要机制之一.细胞坏死细胞坏死是严重的病理性因素诱发的病理性细胞死亡 受体相互作用蛋白激酶()通过激酶依赖性和非依赖性功能调节细胞死亡和炎症可作用于 和混 合 谱 系 激 酶 结 构 域 样 蛋 白()是细胞坏死的下游效应器介导其磷酸化 形成寡聚体并转运至细胞质膜导致细胞膜通透性增加细胞肿胀最终细胞裂解并释放出内含物引起炎症反应在 诱导的脓毒血症小鼠模型中 突变提高了小鼠的存活率且 突变小鼠的原代巨噬细胞受到 刺激后的坏死减少 在 小鼠模型中肾脏 和 水平显著升高而 敲除减缓了肾小管的损伤同时在 细胞中使用 抑制剂进行前处理或敲除 均改善了 诱导的线粒体功能障碍另外在肾缺血/再灌注小鼠模型中使用 抑制剂 减少肾小管细胞坏死并改善了肾损伤 另外 介导的坏死和 介导的焦亡在脓毒症中协同促进巨噬细胞和内皮细胞中的炎症和组织因子释放从而导致组织损伤.细胞自噬 与其他形式的细胞死亡不同细胞自噬可能改善脓毒症引起的肾损伤 在饥饿、缺氧、压力等应激条件下细胞通过、和 等关键分子调控自噬 也可通过负调控 促进自噬 细胞内的病原体、受损的蛋白质和功能失调的细胞器被包裹在自噬体中并在溶酶体中被清除因此自噬被认为是维持细胞内稳态和应激反应的必要因素 自噬的过程主要包括自噬体的形成、溶酶体与自噬体融合形成自噬溶酶体以及自噬溶酶体中底物的降解研究表明与自噬密切相关的 和/的表达水平在 处理后的小鼠肾脏中显著增加表明在脓毒症引起的肾损伤中细胞自噬的存在 而在 细胞中过表达 降低了 诱导的 和 的表达并减少了细胞凋亡 另外肾上腺素受体激动剂右美托咪定()可 通 过 信号通路增强自噬抑制 炎症小体的激活以及 和 的表达进而缓解 诱导的 而自噬抑制剂 减弱了 的作用 在 大鼠模型 中同样抑制了炎症因子的上调改善肾损伤 另外受损的线粒体可以通过被称为线粒体自噬的选择性自噬作用降解通过被吞噬到自噬体中进行降解来促进受损线粒体的更新 由 途径介导的线粒体自噬可清除线粒体 并阻止随后的 炎症小体的活化进而减少肾小管上皮细胞死亡和组织损伤 这些研究表明自噬可以通过抑制细胞凋亡和焦亡来减缓脓毒症引起的肾损伤 脓毒症中的肾脏细胞死亡机制在脓毒症引起的肾损伤中内质网应激、线粒体药学研究 .动力学失衡、氧化应激和线粒体功能障碍都参与对细胞死亡的调节 深入理解脓毒症引起的肾损伤中细胞死亡机制可以促进有效治疗和预防方法的发展.内质网应激 在一些异常损伤因素的影响下内质网不能正常转运蛋白质导致未折叠蛋白的积累和内质网应激引发未折叠蛋白反应()以维持细胞稳态 肌醇需求酶、样内质网激酶()和激活转录因子 ()种跨膜蛋白在内质网应激时被激活并激活下游的、/同源蛋白(/)和葡萄糖调节蛋白()等加速 但过度的内质网应激会导致 介导的细胞凋亡等 在脓毒症诱导的 过程中内质网应激同样起着重要作用在 处理的 细胞中内质网应激的重要标记物 和 水平显著上调使用黄酮类药物松属素()显著改善了 引起的内质网应激并减少了细胞凋亡和炎症因子的产生而在内质网应激激动剂衣霉素的作用下 的保护作用被减弱 在 小鼠模型中含甲烷的盐水溶液可通过抑制内质网应激相关的/凋亡信号通路发挥其抗炎、抗氧化和抗凋亡作用改善脓毒症诱导的 而在肾小管上皮细胞中敲低 抑制了 和 的激活减少了 诱导的细胞凋亡 另外使用牛磺酸脱氧酸盐抑制内质网应激降低了对乙酰氨基酚诱导的肝细胞 的分泌和活性 的产生减少了细胞死亡表明细胞焦亡也与内质网应激显著相关 另有研究表明 在调节细胞焦亡、炎症和内质网应激中起着至关重要的作用在 细胞中 敲除可抑制 诱导的、和 蛋白水平同时 细胞焦亡率下降使用 激动剂 则减弱了这种抑制作用 在 小鼠模型中 敲除同样了减轻了小鼠肾组织细胞的内质网应激和细胞焦亡同时改善了肾功能提高小鼠的存活率 这些结果表明 通过 介导的内质网应激调节细胞焦亡进而改善了脓毒症诱导的肾损伤.线粒体动力学失衡线粒体是一类高度动态的细胞器 在生理条件下线粒体的分裂和融合是一个持续进行的过程在线粒体质量控制和细胞能量代谢中起着关键作用融合通过将部分受损的线粒体内容物作为一种补充形式进行混合来帮助缓解压力分裂产生新的线粒体同时将线粒体受损的部分与正常部分分开 在哺乳动物细胞中线粒体融合涉及线粒体融合蛋白、线粒体融合蛋白 和分裂则依赖于动力蛋白相关蛋白 ()、线粒体分裂蛋白()等 在应激条件下细胞可能出现线粒体动力学失衡在脓毒症引起的 中表现为线粒体分裂增加而融合减少进而造成一系列负面影响在 诱导的 小鼠模型中肾脏线粒体生物合成和融合受到抑制而裂变增加其特征是过氧化物酶体增殖激活受体辅激活因子()和 水平降低 水平升高同时晚期 小鼠肾脏中的线粒体自噬功能受损表现为 和 的共定位减少进一步导致了受损线粒体的积累、氧化应激和细胞死亡 在肾脏缺血/再灌注和顺铂诱导的肾毒性实验模型中在肾小管细胞损伤早期易位至线粒体随后发生线粒体断裂、/激活、细胞色素 释放以及 酶的激活进而引起细胞凋亡使用 药物抑制剂 减少了肾小管细胞的凋亡改善小鼠的肾损伤 而在 诱导的脓毒症小鼠模型中 下调了 炎症小体相关蛋白表达改善线粒体功能并减轻了肾小管上皮细胞的焦亡.氧化应激和线粒体功能障碍 普遍认为急性和慢性肾脏疾病的发展可能均主要归因于控制氧化应激的分子机制失衡而超氧阴离子介导的肾小管损伤可能是 进展的重要因素 正常情况下通过糖酵解和脂肪酸的 氧化进行的葡萄糖代谢是肾脏的主要能量来源近端小管细胞主要将脂肪酸作为量来源产生 的主要机制是有氧呼吸 而在脓毒症和缺氧状态下近端小管细胞通过将丙酮酸转化为乳酸这种效率更低的机制产生同时三羧酸循环被阻断这种代谢变化是由/信号通路介导的 糖酵解的增加会产生大量丙酮酸丙酮酸在线粒体内积聚并形成琥珀酸而当组织重新供氧时琥珀酸被迅药学研究 .速氧化大量超氧阴离子产生 在正常条件下超氧阴离子可被超氧化物歧化酶()转化为 随后被过氧化氢酶()分解为 但在脓毒症状态下肾组织 和 水平显著降低 水平显著增加这通常是由酶诱导的 产生和抗氧化剂消耗的结果 过量的 导致氧化应激并进一步引起线粒体功能障碍影响细胞的凋亡和焦亡等 可激活 抑制 进一步激活 复合物并在线粒体形成膜孔而诱导凋亡 同时、受损的线粒体膜脂和氧化形式的 均是 的活化配体会诱导 的激活进而促进细胞凋亡和焦亡在许多与肾脏中 生成有关的酶系统中烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶()似乎是最重要的贡献者通过消耗 产生超氧阴离子和 在小鼠肺内皮细胞中脓毒症导致、和 显著上调使用 干扰 和 能显著减少 的产生且 干扰降低了 诱导的脓毒症小鼠的死亡率而在 或顺铂刺激的肾小管上皮细胞中 的亚单位、和 表达上调 且 的膜转位和 的产生明显增加 另外在 诱导的 模型中 在肾小管上皮细胞中表达增加且促进肾小管损伤 同时 增强了 的表达并促进 向线粒体转运进而促进氧化应激和线粒体功能障碍而 和 敲除均显著改善了小鼠肾小管损伤 这些结果均表明了氧化应激和线粒体功能障碍在脓毒症诱导的肾损伤中的重要作用 总结与展望脓毒症引起的肾损伤是一个非常复杂的过程涉及肾血管内皮细胞、肾小管上皮细胞和巨噬细胞等多种细胞的参与 其中肾血管内皮细胞功能障碍和死亡导致内皮受损肾微循环障碍炎性因子渗入肾间质肾小管上皮细胞死亡导致肾小管的结构和功能异常巨噬细胞的焦亡和坏死可全身或局部放大炎症反应这些都是脓毒症引起的肾损伤的病理生理基础 而内质网应激、线粒体动力学失衡和氧化应激等被认为是细胞死亡的主要诱因 相信通过针对肾脏细胞死亡探索有效的治疗靶点并开发有效的治疗药物有望改善脓毒症引起的肾损伤并降低脓毒症的死亡率参考文献:.():.:.():.()():./.():.:.():.():.():.:.():.():.():.药学研究 .:/.():.():.():.():.():.()():./.():.():.():.():./.():.():.():.():.():.():.()/.():.():./:.():.:.():.():./.():.():.药学研究 .():.():.:.():.():.():.():.:.():./.():.():.():.():.().():.():.():.():.():.():.()().():.:.():./.():.(收稿日期:)药学研究 .