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细胞凋亡（apoptosis）又称程序化细胞死亡（programmed cell death，PCD），是多细胞有机体为调控机体发育、维护内环境稳定，由基因控制的细胞主动死亡过程。细胞内外的凋亡诱导因素通过多种信号转导机制来调控细胞凋亡过程，其中Fas/FasL信号系统是重要的凋亡信号转导系统之一，Fas是细胞表面Ⅰ型跨膜蛋白，Fas配体（Fas ligand，FasL）为Ⅱ型跨膜蛋白，FasL或特异性Fas抗体与Fas相互作用可导致细胞凋亡。大量事实表明，细胞凋亡参与了肾脏正常发育及肾疾病发生等多个过程，在肾脏疾病的发生发展过程中发挥着有益或有害的作用。
1 概述
自从1972年Kerr等首次提出细胞凋亡概念后，由于实验模型和检测方法的完善，细胞凋亡的研究突飞猛进，获得了重大突破，进入20世纪90年代后已成为多门学科的研究热点。细胞凋亡具有重要的生理和病理意义，作为生理过程它有3项主要作用：确保正常发育和生长、维持内环境稳定、发挥积极的防御功能。在进化过程中控制细胞生死的程序已经以基因的形式存储于细胞中，细胞中存在3类凋亡相关基因：促进凋亡基因，如Fas、Bax、ICE、P53等；抑制凋亡基因，如Bcl-2、EIB、IAP等；双向调节基因，如c-myc、Bclx等。细胞从凋亡程序的启动到凋亡的发生是通过多种细胞凋亡信号转导通路实现的［1］，如：神经酰胺（CM）依赖性通路、白介素-1β-转换酶（ICE）相关蛋白酶级联通路、淋巴细胞受体依赖性通路等，其中Fas/FasL是重要的转导通路之一。凋亡对于机体正常发育是必需的，但凋亡失调会导致机体功能障碍，从而导致发育异常、自身免疫、器官硬化、肿瘤、神经组织变性以及AIDS等疾病［2］。
2 细胞凋亡相关肾脏疾病
2.1 肾小球硬化及间质纤维化 肾小球硬化是以细胞外基质堆积和肾实质细胞经过短时间增加后逐渐丧失为特征，肾实质细胞丧失意味着存在细胞死亡，细胞死亡有2种形式，其一是细胞死亡，其二是细胞凋亡。研究发现，肾实质细胞凋亡增加与肾小球硬化密切相关［3］，其中Fas/FasL系统可能是介导肾小球细胞凋亡的重要途径之一。Gonzale-Cuadrado等［4］在体外小鼠系膜细胞培养实验中发现抗Fas单克隆抗体可诱导大量系膜细胞凋亡，将Fas单克隆抗体注入小鼠体内，可在24h后出现血尿和蛋白尿，并发现肾小球内有大量系膜细胞凋亡，提示Fas/FasL系统可能参与肾小球损伤过程中系膜细胞凋亡。除系膜细胞外，肾小球毛细血管内皮细胞凋亡也参与了肾小球硬化。Kitamura等［5］观察了肾小球内皮细胞凋亡在5/6肾切除大鼠肾小球硬化发展中的作用，通过对血栓调节蛋白（内皮细胞表面特征性糖蛋白）和细胞凋亡的双重染色提示肾小球内皮细胞也参与了肾小球硬化。Shiiki等［6］在嘌呤霉素诱导的局灶性节段性肾小球硬化（FSGS）大鼠模型中，发现肾小球上皮细胞增殖降低、凋亡增多，肾小球内Bcl-2呈过度表达，认为上皮细胞凋亡也涉及了FSGS的进展。
在大鼠残肾模型中，当从短时间的细胞增殖期进入肾小球硬化阶段时，肾小球的凋亡数目常随着肾小球硬化的进展而增多。Sugiyama等［3］在大鼠5/6肾切除模型中发现肾小球内凋亡细胞和凋亡小体主要出现在肾小球硬化和系膜基质增多的部位，随肾组织内硬化小球数的增多，肾小球细胞凋亡指数也增高。在单侧肾切除2次静脉注射嘌呤霉素诱导的FSGS模型（PAN模型）中，Wang等［7］发现从第1周开始肾小管间质细胞凋亡明显增加，第3周时出现肾小管萎缩、间质纤维化和肾小球硬化，同时应用逆转录-聚合酶链反应（RT-PCR）检测肾组织总RNA发现，Bax、Fas、FasL mRNA表达上调，原位杂交显示Fas mRNA定位于肾小管上皮细胞和白细胞，还提示出改变的细胞凋亡信号机制参与了FSGS及小管间质纤维化的发生发展。细胞外基质积聚是肾小球硬化的典型病理特征之一，基质的积聚加重了局灶性硬化的发展，Singhal等［8］在基质成分对系膜细胞凋亡影响的实验中发现Ⅰ型和Ⅳ型胶原可增加系膜细胞凋亡。
近年来，肾间质病变在引发肾功能衰竭方面的作用得到进一步认识，同时也认识到细胞凋亡参与了肾间质病变。Thomas等［9］在大鼠行5/6肾切除后的不同时间观察肾组织凋亡情况，发现随着时间的进展，凋亡的肾小球、肾小管、肾间质细胞数目进行性增加，在120天达高峰，尤以肾小管细胞凋亡最为明显，同时还发现肾小管萎缩及间质纤维化与肾小管细胞凋亡密切相关（r=0.97 P＜0.001）。单侧输尿管完全梗阻肾病模型是一种经典的肾间质纤维化模型，Truong等［10］证实了细胞凋亡在这一模型间质纤维化进展中的作用。程丽静等［11］对该模型分析发现肾间质Fas表达与间质凋亡细胞数呈正相关，提示Fas/FasL系统可能介导了肾间质细胞凋亡。
2.2 尿路梗阻 梗阻性尿路病变是引起儿童和成人终末期肾疾病的一个主要原因，尿路梗阻后引起的损伤反应可导致不可逆转的肾纤维化及肾小管萎缩，研究表明，细胞凋亡参与了尿路梗阻后肾脏病理改变［12］。在大鼠完全性单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，梗阻侧肾脏的重量在梗阻1周后开始下降，随着梗阻时间延长呈进行性下降，与此同时，肾小管上皮细胞也出现明显的凋亡细胞及凋亡小体，后者数目的动态变化与肾小管上皮萎缩及肾脏重量的下降规律相一致。慢性单侧输尿管梗阻造成肾损害在未成年鼠更为严重，Chevalier等［13］发现新生鼠UUO模型中细胞凋亡现象较成年大鼠明显。
许多实验探讨了尿路梗阻后肾组织细胞凋亡明显增加的机制，众家说法不一。Chevalier认为多种因素联合作用导致了UUO模型中肾小管上皮细胞凋亡，如：肾小管上皮细胞极性的丧失、肿瘤蛋白Bcl-2和上皮生长因子（EGF）表达下调、TGF-β等致纤维化细胞因子的表达增多等。Klahr［14］通过新生大鼠UUO模型的研究发现，多种基因和因子参与了细胞凋亡的发生，如：核转录调节因子kappaB（NF-kappaB）促进凋亡的发生，而EGF的表达下降可促成凋亡的发生。单侧输尿管梗阻可导致肾组织血管紧张素Ⅱ（angiotensinⅡ，ATⅡ）含量增多，通过对新生及成年大鼠UUO模型的对比研究，Thornhill等［15］发现外源性ATⅡ及血管紧张素Ⅱ2型受体阻止剂可促进新生鼠肾细胞增殖，减少肾细胞凋亡，而在成年大鼠却未发现该现象，该研究提示，在新生UUO大鼠模型中ATⅡ至少部分通过ATⅡ2型受体的作用刺激肾细胞凋亡和降低细胞增殖，最终导致肾脏损害；成年UUO大鼠细胞凋亡的发生独立于ATⅡ的作用。应用RT-PCR技术，Jones等［16］发现单侧结扎输尿管后肾组织内Fas/FasL基因表达增多，依那普利和氯沙坦可降低FasL基因表达，提示Fas/FasL参与了大鼠UUO模型中细胞凋亡的发生，同时也提示ATⅡ在肾细胞凋亡发生中的作用。总之，对于细胞凋亡机制的探讨必将为减轻尿路梗阻后肾损害提供新的思路。
2.3 HIV相关性肾病 随着人类免疫缺陷病毒（HIV）感染率的持续增高，患HIV相关性肾病（HIVAN）的风险也不断扩大。HIVAN是导致20～64岁黑人发生终末期肾功能衰竭的第3个主要原因［17］，故对HIVAN发病机制的探讨引起了关注。HIVAN的主要病理特征为局灶性节段性肾小球硬化（FSGS），病变涉及了肾小球、肾小管及肾间质。动物和临床试验表明肾脏上皮细胞的增殖以及凋亡是本病的主要特征［17］。通过HIV转基因鼠模型的研究证明HIV病毒直接感染肾小球及肾小管上皮细胞是HIVAN的直接原因，并发现上皮细胞凋亡是发病机制中的重要组成部分［18，19］。体外人肾小球上皮细胞（HGEC）培养证实HIV-1膜糖蛋白gp120在低浓度时通过c-fos基因表达、蛋白激酶C和酪氨酸激酶途径促进细胞的增殖，高浓度时通过c-jun基因的激活促进HGEC的凋亡［20］。Conaldi等［21］在体外实验发现近端肾小管上皮细胞（PTEC）可表达HIV特异性受体且可保持病毒复制，感染HIV-1后可通过激活凋亡相关蛋白酶（caspase）来诱导PTEC凋亡，同时发现感染的PTEC中Fas表达上调而没有发现FasL的表达。Bodi等［22］对HIVAN肾活检标本的分析发现肾小管上皮细胞有明显的凋亡现象存在，提示细胞凋亡与HIVAN的发病密切相关。
此外，有研究表明肾小球系膜细胞凋亡也参与了HIVAN。体外实验发现HIV-1gp120在低浓度时刺激人系膜细胞（HMC）增殖，高浓度时通过Fas/FasL基因表达增高来促进HMC凋亡［23］。还有学者在体外培养小鼠系膜细胞（MMC）时发现HIV-1gp160在高浓度时通过增加TNF-α释放和抑制Bcl-2 mRNA表达来诱导MMC发生凋亡。
总之，肾脏细胞凋亡参与了HIVAN的发生发展，对其机制的进一步探讨将会对防治HIVAN发挥积极作用。
2.4 肾小球肾炎 肾细胞增殖和死亡之间的平衡可调节肾组织细胞含量，细胞生理死亡通过细胞凋亡来得以实现。肾小球细胞数量增加或减少是肾小球肾炎的常见特征，研究表明细胞凋亡参与了肾小球肾炎的发生发展。自从1988年Harrison［24］首次在光镜下观察到肾小球肾炎中凋亡小体后，许多发现都提示细胞凋亡是解决增殖性肾小球肾炎的一个重要机制，它在炎症反应后肾小球重构中发挥重要作用，同时研究发现细胞凋亡也参与了肾小球肾炎的进展，发挥不利的作用。在抗Thy-1系膜增殖性肾小球肾炎大鼠模型中发现细胞凋亡的发生与早期系膜损伤相一致［25］；Wagrowska等［26］对肾小球肾炎患者肾活检标本的观察发现IgA肾病肾小球内凋亡细胞比其他型肾炎显著增多，且发现增殖性肾炎肾小球细胞凋亡与蛋白尿的程度有一定的关系，提示细胞凋亡参与肾小球肾炎中肾小球损伤。狼疮性肾炎（LN）肾组织中发生的细胞凋亡不同于其他形式的增殖性肾小球肾炎，Tinaztepe等［27］对2例补体缺陷的狼疮性肾炎儿童患者肾活检标本观察后首次提出由于补体缺陷造成的含有核物质的凋亡小体凋亡障碍促发了自身免疫反应，从而导致LN的发生。
此外，多数研究认为系膜增殖性肾小球肾炎的肾细胞数目增多与细胞增殖有关，Uda等［28］通过对肾小球肾炎与Bcl-2基因表达之间关系的研究发现IgA肾病和LN患者肾活检标本中Bcl-2基因表达上调，Bcl-2阳性细胞定位于肾小球系膜损伤区，提示由于Bcl-2表达上调导致系膜细胞凋亡减少也参与了系膜增殖性肾炎的发生发展。
3 小结
总之，细胞凋亡与特定背景肾脏疾病的发病机制有一定的关系，参与了多种肾脏疾病的发生发展，但是细胞凋亡在特定情况下对肾脏疾病的缓解亦是有利的，例如：通过细胞凋亡可清除增殖性肾小球肾炎中多余的细胞，从而保持细胞数目平衡。有研究发现，通过结扎发生肾小球硬化大鼠一侧输尿管后肌成纤维细胞凋亡增加可缓解硬化的进展［29］。因此，我们应该全面认识细胞凋亡对于肾脏的作用。目前对于肾脏细胞凋亡机制的认识还很肤浅，随着对肾脏固有细胞凋亡的诱导和抑制条件的认识以及对肾脏细胞凋亡信号通路调控机制了解的不断加深，必将会全面理解细胞凋亡对于肾脏的作用，为临床疾病的诊治提供新的思路。
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作者单位： 453100 河南卫辉，河南省新乡医学院一附院
（编辑：江 宇）