急性肾损伤:慢性肾脏病进展至终末期肾病的跳板
2020-09-14
来源:易榕旅网
・830・ 中国中西医结合肾病杂志2013年9月第14卷第9期CJITWN.September 2013.Vo1.14.No.9 急性肾损伤:慢性肾脏病进展至终末期肾病的跳板 张改华①饶向荣① 迄今为止,尽管研究者对急性肾损伤(AKI)、慢性肾脏病 发损伤会增加甚至恶化原有病理显得合理。 (CKD)与终末期肾脏病(ESRD)之间的关联进行了大量研究, 这些研究提示我们,肾脏的慢性和急性事件,可以促使彼 从而导致肾脏的结构和功能进一步恶化,并形 其潜在机制仍未完全明了。近期的临床研究显示AKI、CKD与 此进一步损伤,h等¨ 为急性事件导致原发病自我强化损伤 ESRD的进程密切相关 。这些研究立足于流行病学数据, 成恶性循环。Natf—rleinforcing injury)提供了实验依据。作为单一事件,肌 提示AKI、CKD相互作用可能会严重影响肾脏的病理生理,并 (se促使其进展为ESRD。因此,临床医生更需认识AKI—CKD关 联对ESRD发生的意义。 1 原发病病理不是CKD进展为ESRD的唯一决定因素 以往报道认为,随着时间推移,CKD患者的肾功能呈线性 下降 .4]。但是,在5/6肾切除大鼠模型,多数实验数据提示 ESRD进展与CKD原发病进程并无直接关联 。在5/6肾切 除模型中,“残余肾”通过代偿性反应(增加血流,提高肾小球 滤过率)使每个肾单位的功能维持在较高水平,从而导致肾小 球和肾小管肥大。由于这些代偿性反应,肾脏结构和功能逐步 恶化,在几个月内到达末期。这些部分肾切除模型大鼠的主要 肾脏表现为小动脉硬化、肾小球硬化以及小管间质纤维化,和 人类患病的肾脏表现相似 ’J。所以,有观点认为在部分肾切 除模型,恶化的肾小球硬化、肾小管周围毛细血管灌注下降以 及高滤过状态导致了小管间质的病理变化;同理可推,在人类 CKD亦会出现类似进展 。 在GILD患者和残余肾模型中,小管问质纤维化的严重程 度与肾小球硬化不成正比,甚至更为严重;其病理生理学特点 主要表现为以ESRD为最终结局的自我强化(self—reinfor— cing)。因此,CKD患者的进程中通常无持续性肾小球损伤的 表现 J。此外,肾切除术后,小管间质纤维化可以在肾小球硬 化之前发生 。以上内容均提示原发病病理并不是CKD进 展为ESRD的唯一决定因素。 2 CKD进展至ESRD可能与其病程中反复发生的AKI相关 根据5/6肾切除实验,病情进展中肾功能呈线性下降的观 念已经遭到质疑 。研究者认为CKD病程中肾小球滤过率 (GFR)并不是持续下降 ;该观点支持了“未知的病理变化可 能促使CKD进展加剧”这一论点。最新的CKD—AKI患者结 果分析研究提示新发生的病理变化促进了疾病的进展。如 Okusa等 的研究显示CKD与并发的AKI之间关系复杂。原 发肾脏疾病使患者易罹患AKI;AKI风险与CKD阶段相 关 。相反地,由于已受损肾脏的进一步损伤,原发CKD患 者的AKI发生加剧了ESRD的进展 l2 J。临床事件提示在没有 原发肾病的情况下,AKI肾脏的不完全恢复也会导致继发肾损 伤;这进一步证明病情进展中急性肾损伤起着重要作用 。 据此可推,相较于单纯的AKI,慢性疾病基础上的急性损伤(如 CKD基础上发生的AKI)更易导致疾病的进展 ;因此AKI继 ①中国中医科学院广安门医院肾病科(北京100053) 红蛋白尿导致的AKI是可逆的;但是,当这一事件偶然复发时, 则会导致小管一间质纤维化 。这些慢性病基础上的急性损 伤导致了肾实质功能的逐渐丧失。因此,可以认为AKI事件后 进展至ESRD的CKD患者已经存在肾单位的丢失。考虑到残 余肾的渐进性损伤这一背景,我们有理由认为CKD进程中肾 单位的丢失为CKD、AKI和ESRD相互关联的主要病理生理学 基础。因此,只要理解了减少的肾单位在ESRD进程中的病理 作用,那么在CKD并发AKI患者其残存的超负荷工作的肥大 肾单位更易于损伤、且损伤后不易于恢复就显得合理了。 3 CKD为何易发生AKI 肾单位的逐渐缺失会导致肥大肾单位的工作负荷增加,使 小管易于发生急性损伤并难以恢复。研究显示单侧肾切除继 发的高滤过导致小管肥大,以及诸如上皮转运增加之类的相应 变化 。次全肾切除术后,单个肾单位的GFR增加2倍以上, 同时上皮转运和氧耗大幅度增加。尽管如此,氧耗增加较转运 速率提高将更为需要;这在以酪蛋白为基础的高蛋白饮食动物 中尤为突出 。因此,有研究者认为肾切除背景下,工作负荷 相关的上皮异常和(或)高蛋白摄入相关的氧化应激促使了小 管间质纤维化的形成” 。另外,高速率氧耗会减少组织氧含 量,产生低氧信号转导,从而干扰损失和修复过程中的上皮应 答。此外,残余肾小管细胞的增殖也会产生相应的应激反应。 但是小管细胞肥大却没有这种效应,并且这种应激反应是可以 避免的。 有关小管负荷增加对疾病进展的负面影响,在减轻高滤过 缓解疾病进展的试验中已得到证实;且该试验提示在缓解高滤 过所致疾病进展方面控制进食最为有效”j。其保护作用包括 阻止小管间质纤维化;在肾切除术后的残余肾,小管间质纤维 化同时出现,而此时肾小球硬化很少且不明显甚至不出现 。 因此,根据CKD、AKI相关的临床研究背景,可以提出以下假 设:高滤过肾脏小管工作负荷的增加使其易罹患急性损伤,且/ 或在该类损伤中恢复较差。 4 AKI如何影响到CKD 实验证实,AKI后肾单位减少的肾脏易于发生CKD和小 管间质纤维化。AKI病程中,小管上皮细胞缺失后,残存细胞 继发去分化、迁移以及增殖。AKI后,随着小管上皮细胞的分 化,正常的再生应该促使一般的结构愈合。然而,由于损伤严 中国中西医结合肾病杂志2013年9月第14卷第9期CJITWN,September2013,v01.14。No.9 ・831・ 重,一般结构通常不能完全愈合,肾脏有可能形成局部小管间 细胞浸润 。缺血早期的中性细胞反应 刮是一个短暂的过 质纤维化 刮;这和人类AKI后的肾脏相似 。这点支持了下 程,可能由损伤导致 。单核细胞浸润延期与疾病稳定期、恢 列假设,即相较于一侧肾完整的缺血性大鼠,单侧肾切除引起 复期的病理关联密切,并且是修复、再生和组织重构的主要因 的单个肾缺血性AKI继发的小管间质纤维化更为严重“ 。在 素 。缺血后,单核细胞在促进纤维组织母细胞增殖和纤 移植过程中,通过比较双肾、单肾移植增加肾单位对肾脏的保 维化的同时加重损伤 ;而缺血后再灌注引起的内皮激活和 护作用,研究者发现在罹患缺血性损伤的孤立肾患者肾单位的 损失则是炎症的潜在诱因。此外,单核细胞浸润也与肾毒性药 减少产生了慢性的病理影响 。值得注意的是,孤立肾缺血 物引起的选择性小管上皮损伤相关。Fujigaki等 的实验显 性AKI继发的小管间质纤维化与CKD的病理并不能区分。在 示肾毒性药物引起小管急性损伤后,再生小管周围的纤维组织 孤立肾缺血后期,可以观察到小管膨胀和萎缩,小管基底膜明 母细胞数目增加;但是邻近的没有立即受损的小管周围并没有 显增厚,间质纤维组织母细胞增多,以及小管密度减少等CKD 该种情况发生。这些现象提示,内皮细胞和小管细胞一起参与 组织学证据 。这些实验提示:肾单位减少使缺血性AKI实 了AKI后组织重构相关的炎症和纤维化。 验大鼠恢复能力减弱,并且易于发生小管间质纤维化。 鉴于多数患者并没有明显的急性起病或进展,不少临床病 程也不是急性起病,可以说AKI并不是CKD发展到ESRD的 主要因素。因此,有必要寻找其他原因来解释进程更为缓慢的 病理进展。关于这点,有必要强调高血压肾和肾血管病变的重 要性 。肾切除模型研究已经阐述高血压如何损伤肾脏并加 快CKD的进展。拿掉一侧肾的同时,手术切除另一侧肾的双 极或者是结扎其肾主动脉的2/3分支引起其梗死,从而形成 5/6肾切除术。这两种情况下都会出现血流动力学改变,高滤 过和肾脏肥大。在“结扎模型”,动物发生肾素一血管紧张素一 依赖型高血压;而在手术切除模型,动物长期处于正常血 压 。尽管两组的功能性参数和肥大指数相似,只有高血压 组出现了严重的肾小球硬化 J。自发性高血压大鼠(SHR)虽 然出现系统动脉压相对升高 ,但是相较于显著高血压大鼠, SHR大鼠直到生命后期才会出现血管或者是肾小球损害。上 述事件提示在SHR大鼠,高血压的纠正阻止了血管损失的发 展,但是在肾切除大鼠却不然 。此外,研究者对肾切除的正 常高血压大鼠、结扎的高血压大鼠、以及SHR或SP—SHR大 鼠的肾脏病理进行了再评价。研究显示,在肾单位减少的情况 下,高血压小动脉硬化对于小管间质病理的发展有着极为重要 的作用。只有在结扎的高血压大鼠出现明显的小管间质纤维 化;这些大鼠肾脏的小叶间动脉和入球小动脉变化程度不一, 从良性小动脉硬化到严重的增殖性损伤及中层变性均有。与 结扎组相比,经外科手术行肾切除的非高血压大鼠出现相等的 小管和球性肥大;但是没有小管间质纤维化或者是小动脉硬 化。在未行肾切除的SHR或者是SP—SHR大鼠,没有出现小 管间质纤维化;但是在肾切除后这些大鼠将很快出现小动脉硬 化 。这些数据显示无论是肾单位减少或者是高血压本身都 不能够引起明显的小动脉硬化,也不能够导致小管间质纤维 化。但是当二者同时出现时,却会产生这两种病理变化。此 外,在这些肾切除大鼠模型,高血压引起闭塞性小动脉硬化,进 而继发缺血或缺氧从而导致局部肾损伤也是合理的;甚至在没 有严重的小动脉硬化的情况下,在肾切除的肾脏也可能继发局 部缺血。这些发现提示肾单位减少的背景下,高血压小动脉硬 化致显微镜下反复发生的亚临床AKI会导致快速进展性小管 间质纤维化。 那么AKI如何影响CKD的进程?多项研究显示AKI并不 能完全治愈 II ;其原因在于AKI继发的小管间质纤维化导 致了残余肾功能的进一步丢失 。迄今为止,大家更多地认 为炎症是AKI继发间质纤维化的主要原因。AKI急性期的炎 症表现为中性细胞浸润,随后在小管再生的同时出现单核淋巴 5 CKD—AKI关联的重要病理生理学基础:“慢性低氧” 研究者认为内皮信号转导事件可能与纤维化相关;毛细血 管内皮可能是缺血或缺氧引发信号异常转导的位置,即纤维化 区域的毛细血管稀薄可能会导致组织缺氧或者加重之前存在 的缺氧 圳。在实验动物和人类CKD患者心乱的小管间质纤 维化区域,毛细血管稀薄诱导信号转导从而促使CKD进展:这 种信号转导通过缺氧诱导因子和其他途径经加重间质炎症和 纤维化,从而导致肾小管间质的毛细血管稀薄、缺氧信号转导 和各种低氧对象彼此作用,最终导致ESRD。现行观点认为小 管一间质纤维化区域血管刺激源的丢失导致了毛细血管的稀 薄化。确实,有报道称应用血管源血管内皮生长因子(VEGF一 121)能改善缺血性损伤后的毛细血管稀薄和纤维化 。然 而,在缺血性损伤患者,作为VEGF一般来源的小管上皮数量 逐渐减少,而缺血后的VEGF阻滞剂ADAMTS一1数量却逐渐 增加 。不仅如此,在人类CKD患者,小管VEGF减少的同时 伴随着缺氧信号的增强 J。这与小管病变中VEGF的生成和 分泌减少、毛细血管变稀薄相吻合。根据这一观点,在小管细 胞进行快速信号转导的阶段进行干预能够中止所有的继发事 件,即毛细血管稀薄和炎症。鉴于小管的受损和再生可能是继 发病理的早期诱因,我们认为在研究炎症、毛细血管稀薄和纤 维组织母细胞增殖的过程中,应该对相关研究排出优先次序。 6小结 在过去的几年里,研究者对AKI和CKD的关系进行了深 入地研究 j。但是,它们加重彼此病情从而导致疾病进展的机 制仍有待明了。疾病进程中AKI—CKD的关联并不一定平行, 因为快速恶化的病情随时可以打断其原先的联系。尽管AKI 本身能够继发肾结构损伤,但是肾单位减少也能对残肾功能的 恢复产生严重影响,并加重继发小管间质纤维化的严重度。 肾切除的正常高血压大鼠、结扎的高血压大鼠、以及SHR (或SP—SHR)大鼠的实验提示仅仅是高血压或者是肾单位减 少就足够引起疾病快速进展 J。因此,尽管许多CKD患者 并不表现为明显的AKI,但是其显微镜下的AKI可能是疾病进 展的重要病理改变。 再生小管分化失败导致小管间质纤维化是AKI促使CKD 向ESRD发展的重要病理变化。在这个过程中,慢性低氧发挥 着重要作用[3o 3。因此,针对慢性低氧的措施有可能对ESRD 进程产生一定的影响。 综上所述,急性肾损伤与慢性肾脏病关系密切,一方面慢 性肾脏病患者更容易出现急性肾损伤,另一方面急性肾损伤易 ・832・ 中国中西医结合肾病杂志2013年9月第l4卷第9期CJITWN。September 2013,Vo1.14,No.9 e on mechanisms of ischemic acute kidney 加重慢性肾脏病,从而导致肾脏功能与结构的进一步丧失,并 16.Devaraian P.Updat最终进展为终末期肾病。因此,可以说急性肾损伤是慢性肾脏 病进展至终末期肾病的跳板。 参考文献 injury.J Am Soc Nephrol,2006,17(6):1503—1520. 17.Azuma H,Nadeau K,Takada M,et a1.Initial ischemia/reperfu— sion iniury influences late functional and structural changes in the kidney.Transplant Pmc,1997,29(1—2):1528—1529. 18.Mackenzie HS,Azuma H,Troy儿,et a1.Augmenting kidney 1.Khosla N,Soroko SB,Chertow GM,et a1.Preexisting chronic kid- ney disease:a potential for impmved outcomes from acute kidney mass at transplantation abrogates chronic renal allograft injury in rats.Proc Assoc Am Physicians,1996,108(2):127—133. 19.Geng H,Lan R,Wang G,et a1.Inhibition of autoregulated TGF・ beta signaling simultaneously enhances proliferation and differ- injury.Clin J Am Soc Nephrol,2009,4(12):1914—1919. 2.Okusa MD,Chertow GM,Portilla D.rI'}le nexus of acute kidney injury,chronic kidney disease,and World Kidney Day 2009.Clin J Am Soc Nephrol,2009,4(3):520—522. 3.Mitch WE,Walser M,Buffington GA,et a1.A simple method of estimating progression of chronic renal failure.Lancet,1976,2 (7999):1326—1328. 4.Rutherford WE,Blondin J,Miller JP,et a1.Chronic progressive renal disease:rate of change of sen.iar creatinine concentration. Kidney Int,1977,11(1):62—7O. 5.Brenner BM,Meyer ,Hostetter TH.Dietary protein intake and the pmgressive nature of kidney disease:the mle of hemodynami— cally mediated glomerular injury in the pathogenesis of pmgres— sive glomerular sclerosis in aging,renal ablation,and intrinsic re— nal disesae.N Engl J Med,1982,307(11):652—659. 6.Hostetter TH,Olson JL,Rennke HG,et a1.Hyperfihration in rem- nant nephrons:a potentially adverse response to renal ablation. Am J Physiol Renal Fluid Electrolyte Physiol,1981,241(1):F85 一 3. 7.Abrams JR,Tapp DC,Venkatachalam MA.Dietary influence and pathologic changes.In:Progressive Nature of Renal Disease,edited by Mitch WE.New Y0rk:Churchill Livingstone.1992.133—148. 8.Hill GS.Hypertensive nephrosclerosis.Curt Opin Nephml Hyper- tens,2008,17(3):266—270. 9.Shah BV,Levey AS.Spontaneous changes in the rate of decline in reciprocal serum creatinine:error8 in predicting the progres— sion of renal disease from extrapolation of the slope.J Am Soc Nephrol,1992,2(7):1186—1191. 10.Walser M.Progression of chronic renal failure in mal1.Kidney Int,1990,37(5):1195—1210. 11.Finn WF.Recovery from acute renal fialure.In:Acute Renal Failure(3rd ed.),edited by Lazarus J and Brenner BM.New York:Churchill Livingstone.1993.553—596. 12.Nath KA,Croatt AJ,Haggard JJ,et a1.Renal response to repeti— tive exposure to heme proteins:chronic injury induced by an a— cute insuh.Kidney Int,2000,57(6):2423—2433. 13.Johnston JR,Brenner BM,Hebert SC.Uninephrectomy and diet— ary protein affect fluid absorption in rabbit proximal straight tu— bules.Am J Physiol,1987,253(2 Pt 2):F222一F233. 14.Nath KA,Croatt AJ,Hostetter TH.Oxygen consumption and oxi— dant stress in surviving nephrons.Am J Physiol,1990,258 (5 Pt 2):F1354一F1362. 15.Kobayashi S,Venkataehalam MA.Differential effcets of calorie restirction on glomeruli and tubules of the remnant kidney.Kid— ney Int,1992,42(3):710—717. entiation of kidney epithelium and promotes repair following re— nal ischemia.Am J Pathol,2Oo9,174(4):1291—1308. 20.Griffin KA.Picken M。Bidani AK.Method of renal mass reduc— tion is a critical modulator of subsequent hypertension and 0・ merular injury.J Am Soc Nephrol,1994,4(12):2023—2031. 21.Griifn KA,Picken MM,Churchill M,et a1.Functional and structural correlates of glomerulosclerosis after renal mass re— duction in the rat.J Am Soc Nephrol,2000,11(3):497—506. 22.Abu—Amarah I,Bidani AK,Hacioglu R,et a1.Diferential effects of salt on renal hemodynamics and potentila pressure transmission in stroke—prone and stroke—resistant spontane- ously hypertensive rats.Am J Physiol Renal Physiol,2005,289 (2):F305一F313. 23.Bidani AK,Griifn KA.P1ott W,et a1.Renal ablation acutely transforms‘benign’hypertension to‘malignant’nephrosclem— sis in hypertensive rats.Hypetrension,1994,24(3):309—316. 24.Kinsey GR,Li L,Okusa MD.Inlfammation in acute kidney inju- yr.Nephron Exp Nephrol,2008,109(4):el02一e1o7. 25.Castafio AP,Un SL,Sumwy T,et a1.Serum amyloid P inhibits ifbrosis through FcgR——dependent monocyte—。macrophage regu・・ lation in vivo.Sci Trausl Med,2009,1(5):5—13. 26.Fujigaki Y,Muranaka Y,Sun D,et a1.Transient myoifbroblast differentiation of interstitila fibroblastic cells relevant to tubular dilatation in uranyl acetate—induced acute renal failure in rats. Virchows Arch,2005,446(2):164—176. 27.Basile DP,Fredrich K,CheHadurai B,et a1.Renal ischemia reperfusion inhibits VEGF expression and induces ADAMTS一 1,a novel VEGF inhibitor.Am J Physiol Renal Physiol,2008, 294(4):F928一F936. 28.Leonard EC,Friedrich JL,Basile DP.VEGF一121 preserves re— nal microvessel sturcture and ameliorates secondary renal dis— ease following acute kidney injury.Am J Physiol Renal Physiol, 2o08,295(6):F1468一F1657. 29.Rudnicki M,Pereo P,Enrich J,et a1.Hypoxia response and VEGF—A expression in human proximal tubular epithelial cells in stable and progressive renal disease.Lab Invest,2009,89 (3):337—346. 30.Manjeri A,Venkatachalam,Karen A,et a1.Acute kidney injury: a springboard for progression in chronic kidney disease.Am J Physiol Renal Physiol,2010,298(5):F1078一F1094. (收稿:2013—01—13修回:2013—03一O1)