基于线粒体功能障碍探讨中医药改善慢性肾脏病肾纤维化研究概况

王凌晨，王琛

上海中医药大学附属曙光医院，上海中医药大学中医肾病研究所，上海市中医临床重点实验室，上海中医药大学肝肾疾病病证教育部重点实验室，上海201203

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）是指由多种原因所引起的，持续时间超过3个月，造成肾脏结构和/或功能不可逆损伤的慢性病变，控制不佳易发展为终末期肾脏病（end-stage renal disease，ESRD）。肾纤维化（renal fibrosis，RF）是各种类型CKD持续进展的共同表现和关键特征[1]，控制RF进程一直是临床延缓CKD的重要手段。现代医学治疗CKD RF主要使用肾素-血管紧张素-醛固酮阻断剂（ACEI/ARB类）等药物，但存在一定的应用局限。近年来，通过改善线粒体功能障碍延缓RF进展成为研究热点。为此，笔者对线粒体功能障碍在RF进展中的作用机制及其中医药干预的研究进展进行梳理，为中医药治疗CKD RF提供参考。

1 线粒体动力学与肾纤维化

线粒体是一类高度可塑的动态细胞器，能够适应各种应激条件，不断地进行融合和分裂（线粒体动力学）以平衡自身形态来满足细胞的能量代谢需求。线粒体的形态与功能密切相关，融合则维持ATP产生，分裂则促进线粒体活性氧（mtROS）产生，引起线粒体功能障碍。调节线粒体动力学离不开多种动力相关三磷酸鸟苷酶的参与，线粒体融合蛋白（Mfn）1、线粒体融合蛋白（Mfn）2和视神经萎缩1介导线粒体的融合，而动态相关蛋白1（Drp1）及其下游蛋白线粒体分裂1（Fis1）介导线粒体的分裂[2]。

肾脏为高能耗器官，主要依靠线粒体产生的ATP提供能量以维持正常功能。肾小管上皮细胞（RTECs）富含线粒体，具有强大的代谢活性，病理状态下十分敏感，不仅损伤靶细胞，还是诱导RF活跃的“参与者”[3-4]。当线粒体功能障碍时，受损的RTECs发生表型转化，破坏正常的肾小管间质结构，导致间质炎症和纤维化[5-6]。

近期研究发现，线粒体动力学在多种因素导致的RF过程中发挥重要作用。Wang等[7]在单侧输尿管梗阻（UUO）小鼠模型中发现，抑制Drp1在丝氨酸616位点磷酸化（p-Drp1S616）可减少线粒体分裂，并调节纤维化相关基因的转录，抑制RF。Yang等[8]对糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）小鼠的研究表明，线粒体靶向肽SS31通过抑制Drp1表达和增加Mfn1表达，减少线粒体分裂，从而减轻肾间质纤维化（RIF）。有报道线粒体动力学与炎症反应存在相互作用。Nam等[9]利用UUO小鼠模型证实，过氧化物酶体增殖物-γ共激活物-1α（PGC-1α）的激活可改善线粒体形态和线粒体动力学，抑制NLRP3表达，从而改善RF。Zhang等[10]使用血管紧张素Ⅱ（Ang Ⅱ）诱导小鼠RF，发现NLRP3基因敲除小鼠与对照组小鼠相比，Drp1表达显著下调，Mfn2表达显著上调，RF得到改善。

由此可见，改善线粒体动力学对减轻RF和延缓CKD进展具有重要作用，中医药在其中的作用机制也引发更加深入研究。有报道，姜黄素可改善5/6肾切除大鼠残余肾组织的线粒体动力学失衡和氧化应激，发挥肾保护作用[11]；和厚朴酚通过激活SIRT3，改善线粒体动力学，减少线粒体分裂，并调节NF-κB/TGF-β1/Smad信号通路，减轻UUO小鼠RF[12]；淫羊藿苷可明显改善5/6（ablation/infarction，A/I）慢性肾功能衰竭大鼠模型和TGF-β1 诱导的NRK-52E 细胞RF 模型线粒体动力学失衡，纠正能量缺失，延缓RF 进展[13]；肾衰Ⅱ号方通过激活PGC-1α调节线粒体动力学，抑制mtROS 产生，改善5/6（A/I）慢性肾功能衰竭大鼠RIF[14]；黄芪丹参方能抑制Drp1表达及OPA1蛋白水解，促进Mfn2表达，改善线粒体动力学，抑制腺嘌呤诱导的CKD大鼠RF[15]；健脾益肾方可改善5/6肾切除和腺嘌呤诱导的CKD 大鼠RIF，其机制是通过调控QPRT/NAD+/SIRT3信号通路恢复线粒体动力学平衡，下调纤维化相关蛋白表达，减少细胞外基质沉积[16]。

2 线粒体自噬与肾纤维化

线粒体自噬通过特定线粒体外膜受体结合形成周围自噬小体，自噬小体与溶酶体融合发挥降解作用，选择性清除被破坏和功能失调的线粒体[17-18]。若受损的线粒体未被及时清除，线粒体碎片积累会导致氧化应激和mtROS过度产生。因此，通过去除受损的线粒体控制线粒体质量对维持细胞稳态和肾脏功能至关重要[19-20]。

线粒体自噬主要受假定激酶1（PINK1）和泛素连接酶（Parkin）调节[21]。Yoon等[22]研究发现，在腺嘌呤诱导的CKD小鼠模型中，miR-4516/SIAH3/PINK1线粒体自噬信号通路激活可减轻线粒体自噬缺陷引起的慢性肾损伤和RF。Han等[23]利用DN小鼠模型，发现二甲双胍通过p-AMPK/PINK1/Parkin通路激活线粒体自噬，改善氧化应激和RF。Bhatia等[24]使用TGF-β1刺激肾巨噬细胞，发现肾巨噬细胞通过调节PINK1/MFN2/Parkin通路调节线粒体自噬，从而改善RF。Li等[25]利用UUO小鼠和缺氧条件下的HK-2细胞，确认Drp1通过调节PINK1/PARK2线粒体自噬通路，清除受损的线粒体和mtROS，从而抑制TGF-β1信号激活和RF进展。

中医药在调控线粒体自噬减轻RF方面的相关研究日益增多。有报道利用高脂饮食诱导的CKD肾损伤模型和棕榈酸刺激的HK-2细胞发现，菊苣酸通过激活Nrf2/PINK/Parkin通路，促进线粒体自噬，改善肾小管损伤[26]；Xiao等[27]通过RNA-seq分析UUO小鼠肾组织中长链非编码RNA（lncRNAs）和信使RNA的表达谱发现，去甲斑蝥素可增加PINK1的lncRNAs和基因表达，激活自噬并改善RF。另外，槲皮素是一种存在于多种中草药中的天然类黄酮，可通过激活SIRT1调控PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，从而抑制UUO大鼠RF[28]；姜黄素通过抑制PI3K/AKT/mTOR通路激活自噬，保护线粒体功能，从而抑制NLRP3炎性小体活性，下调白细胞介素（IL）-1β，减轻UUO大鼠RF[29]。在造影剂肾病大鼠模型中，川芎嗪通过抑制CCL2/CCR2通路激活，调节肾小管细胞线粒体自噬，改善线粒体功能障碍和RF[30]。通络益肾方通过调节PINK1/Parkin介导的线粒体自噬，改善线粒体功能障碍和氧化应激，减轻UUO大鼠RF并改善肾功能[31]。

3 线粒体氧化应激与肾纤维化

ROS主要由线粒体的氧化磷酸化产生，其过量生成会导致氧化应激，诱导线粒体功能障碍。线粒体氧化应激不仅是RF结果，还是RF的重要致病机制[32]。线粒体氧化应激促进了促纤维化信号转导，并以多种方式参与RF进程。在5/6肾切除小鼠残余肾组织中氧化应激标志物超氧化物歧化酶2、丙二醛表达显著上升，线粒体靶向抗氧化剂Mito-TEMPO可改善线粒体氧化应激而达到抗RF目的[33]。Ogura等[34]确认NAD+降解酶CD38可降低2型糖尿病大鼠肾脏中NAD+/NADH比率，抑制SIRT3活性，增加线粒体氧化应激，从而诱导RF。另外，线粒体氧化应激在参与上皮间质转化（EMT）中发挥促RF 作用。He 等[35]使用AngⅡ刺激NRK-52E细胞诱导肾小管EMT，显示SIRT3通过去乙酰化和激活锰超氧化物歧化酶抑制线粒体氧化应激，减少肾小管EMT。Liu等[36]利用UUO大鼠和H2O2刺激的HK-2细胞，表明活性氧调节因子通过激活TGF-β信号通路诱导线粒体氧化应激，加剧EMT。

研究表明，中药治疗CKD是基于其抗氧化特性。如三七皂苷R1和丹参乙酸乙酯提取物均通过上调Nrf2表达抑制线粒体氧化应激，减轻DN小鼠肾组织线粒体损伤，发挥肾保护作用[37-38]；姜黄素通过抑制糖原合成酶激酶3β活性，增加抗氧化活性，抑制线粒体氧化应激，调节氧化还原稳态，减轻5/6肾切除小鼠残余肾组织线粒体氧化损伤和线粒体功能障碍[39]；苍术内酯Ⅲ可减轻线粒体损伤，增加抗氧化酶活性，减少ROS产生，通过调节线粒体氧化应激介导的PI3K/AKT/mTOR通路，减轻5/6肾切除术诱导的大鼠肾损伤[40]；芍药苷通过激活AMPK/SIRT1/PGC-1α通路，抑制ROS过度产生和线粒体氧化应激，提高线粒体膜电位改善线粒体功能障碍，改善5/6肾切除大鼠肾功能及间质纤维化[41]；川芎嗪硝酮通过激活AMPK/PGC-1α通路，抑制线粒体氧化应激，改善线粒体功能，改善DN大鼠的RIF和肾小球硬化[42]。酸枣皂苷A是从酸枣仁中提取的一种三萜皂苷，具有抗氧化特性，可通过下调NOX4表达和调节线粒体呼吸链缓解线粒体氧化应激，改善DN大鼠RF和肾功能[43]。

4 线粒体依赖的凋亡途径与肾纤维化

细胞凋亡目的是清除有害和具有潜在危险的细胞，精确调节细胞数量[44]。线粒体是内在凋亡途径的中心细胞器，大多数凋亡途径聚集在线粒体上[45]。线粒体凋亡主要受到Bcl-2家族成员的调控，Bcl-2家族成员通过调节线粒体外膜参与凋亡过程并发挥着决定作用[46-47]。Bcl-2 和Bcl-xL 属抗凋亡成员，Bax、Bak、Bim属促凋亡成员。p53被认为是线粒体凋亡途径的关键部分，通过与抗凋亡蛋白Bcl-2和Bcl-xL相互作用诱导凋亡[48]。

线粒体依赖的凋亡途径与RF作用机制之间的研究也日益深入。Li等[49]发现，与对照组相比，肾素受体基因敲除的DN小鼠细胞凋亡和RF减轻，进一步证实肾素受体通过上调线粒体NOX4/SOD2/UCP2 信号通路，产生线粒体功能障碍，诱导凋亡和RF。Li等[50]发现，肾近端小管特异性二硫键A 氧化还原酶样蛋白（DsbA-L）基因敲除UUO 小鼠与对照组相比，RIF、凋亡和炎症均有改善，表明DsbA-L通过激活Hsp90/Smad3和p53/CTGF通路，促进凋亡和RIF。Zhao等[51]在大鼠5/6肾切除大鼠模型中，通过重组腺相关病毒（rAAV）过度表达细胞色素P450环氧合酶（CYP2J2），发现rAAV-CYP2J2通过调节TGF-β1/Smads和凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2、Bcl-xL的表达，抑制凋亡和RF。

中医药因其长期有效性和安全性而适用于CKD治疗。鉴于线粒体依赖的凋亡途径激活与RF之间的紧密联系，中医药通过此途径而发挥肾保护作用的相关研究较多。如虫草素可降低Bax表达并增加Bcl-2表达，抑制细胞凋亡和DN大鼠RF[52]；芒柄花素是从黄芪中分离出的一种新型异黄酮，利用DN大鼠和高糖刺激的HK-2细胞，显示其可通过调节SIRT1/PGC-1α通路，调节凋亡相关蛋白Bax、Bcl-2和cleaved-caspase-3表达，减轻肾小管细胞凋亡以及线粒体损伤[53]；水蛭素可调节UUO 大鼠肾组织中凋亡相关蛋白pro-caspase-3、pro-caspase-9、Bcl-2和Bax表达，抑制RTECs凋亡和纤维化[54]；蝉蜕通过调节SIRT1/p53 通路并抑制caspase-3活性，发挥抗凋亡作用，改善高血压性肾病大鼠RIF[55]；蒿甲醚是一种青蒿素类似物，有报道，通过阿霉素肾病小鼠模型发现，蒿甲醚可降低Bax表达，增加Bcl-xL表达，通过抑制RTECs凋亡发挥抗RF作用[56]；穿心莲内酯可降低Bax和caspase-3表达，增加Bcl-2表达，抑制RTECs凋亡和mtROS过度产生，改善DN小鼠肾小管损伤和RF[57]；大黄黄芪胶囊可改善UUO 大鼠RIF，其机制与抑制TGF-β1/p38 MAPK 通路，降低Bax/Bcl-2比值，减少RTECs凋亡有关[58]。

5 结语

上述整理线粒体功能障碍在CKD肾纤维化进展的作用机制，围绕线粒体动力学、线粒体自噬、线粒体氧化应激、线粒体依赖的凋亡途径展开叙述，并梳理中医药干预的研究进展，表明中医药抗RF效果显著。无论体内还是体外实验，中药都可恢复线粒体功能，减轻肾损伤。总之，中医药通过减少线粒体功能障碍发挥抗RF作用涉及众多影响因素和多种途径，值得今后进一步探究。