文摘
肾小管上皮细胞有再生能力,修复、reepithelialize为了应对各种侮辱。先前的研究与几个肾损伤模型表明,各种生长因子、转录因子和细胞外基质是参与这一过程。积极幸存的管状细胞增殖、迁移和分化的肾损伤后的再生过程,和一些细胞表达假定的干细胞标记物或具有干细胞特性。使用命运映射技术,骨骨髓来源的细胞和内皮祖细胞已被证明transdifferentiate成管状组件体内或体外。同样,它已经表明,在管状细胞再生,一些炎性细胞人口迁移,组装在管状细胞,与管状细胞在肾小管上皮细胞的修复。在本文中,我们描述最新进展了解肾小管的再生机制,尤其是各种细胞群的特点导致管再生,并强调目标的发展在人类再生医学治疗肾脏疾病。
1。介绍
肾小管表达几种类型的转运体参与肾脏重吸收和分泌,以及离子通道的维护体液平衡。这些细胞构成极化成熟的上皮细胞与急性肾损伤后再生的能力。侮辱发生后,幸存的管状细胞迅速失去上皮细胞属性和获得更多的间质表型。肉瘤细胞迁移到地区细胞坏死、凋亡,或分离导致剥蚀的管状基底膜。他们最终增殖并分化成成熟与极化腔上皮细胞,完成修复过程(1]。
恢复的过程和成熟上皮受损肾损伤后与在肾脏器官发生发育过程有许多相似之处。可溶性因子参与肾脏发展已确定通过基因打靶技术,体外tubulogenesis模型,和器官培养系统,其中大部分也被证明调节肾脏恢复作为潜在renotrophic因素(2]。这些因素被证明是上皮细胞分裂素在体外和体内注射时损伤后诱导肾小管细胞增殖。与最近的命运映射技术,促进细胞谱系追踪,各种细胞群或信息交互显示复杂参与管再生后急性肾损伤(图1)。
在本文中,我们强调最新进展关于肾小管损伤后的再生机制,特别关注可能的细胞群和他们的相互作用,造成肾小管损伤后的修复过程。
2。肾小管损伤后的再生过程
肾小管上皮细胞有巨大损伤后的再生能力。积极在修复过程中,幸存的管状细胞增殖并分化成成熟的管状细胞重建它们的功能结构。复杂的血统追踪研究已经证明,不太可能extrarenal进入小管细胞并分化为上皮细胞在小鼠体内。更可能是小管复苏是由许多intratubular细胞大量再生能力(3,4]。
2.1。潜在的祖细胞从事管修复
尽管成人肾脏的结构复杂性,试图识别细胞群导致再生过程都是基于干细胞生物学的大原则。保护增长潜力,防止遗传损伤在有丝分裂期间,干细胞周期慢,招募组织要求的营业额。识别slow-cycling干细胞,一个脉冲的5-bromo-2-deoxyuridine (BrdU),紧随其后的是追逐时间,是常用的,允许检测slow-cycling label-retaining细胞(荣誉奖)。领头已确定在正常大鼠肾脏的肾小管,在管式修复和再生细胞本质上是来自荣誉奖(5- - - - - -7]。这些领头的数量会随着年龄的增长而减少,导致老化损伤后再生能力降低肾(8]。其他组也发现荣誉奖在小管9,10),乳头11),和肾胶囊12]。一项研究表明,有一种独特的细胞群鼠肾脏倍增,自我更新超过200人口,没有衰老的迹象。这些细胞能够分化为肾小管后,注入动脉内的肾缺血(13]。另一份报告显示,一个有前途的细胞系来源于S3的近端小管可以维持很长一段时间没有转换,在受伤的小管细胞部分取代道肾脏肾缺血后(14]。这些结果表明,管状祖细胞群的存在具有高增殖能力。命运映射研究应用目标的策略与progenitor-specific标签和克隆分析工具将使我们能够研究细胞群主要导致管状肾损伤后再生。
在人类中,常住人口沿着肾元祖特色被确认(15]。干细胞标记CD133-positive细胞局部肾小球囊的小球,在近端小管和髓内乳头地区(16,17]。胚胎肾标记和间充质干细胞标志物被发现在这些细胞表达。皮质CD133-positive管状细胞的数量增加患者急性肾损伤(18]。这些细胞能够获得祖后财产损失。还演示了,CD133 / CD24 double-positive肾干细胞/祖细胞分泌化学引诱物,如MCP-1或引发,可以诱导招聘或动员造血或间充质干细胞(19,20.]。药理操纵肾祖细胞是一种有前途的战略来提高内在管损伤后再生的能力。
2.2。免疫相关分子表达的管状细胞
管状上皮细胞发挥重要作用在急性肾损伤后的炎症过程。最近的研究强调了重要性的管状细胞表面蛋白在调节管状细胞和炎症之间的交互管修复。
通常肾小管上皮细胞结构上表达的toll样受体),一个家庭的模式识别受体检测图案的病原体和宿主材料在受伤时释放。通常调节信号转导途径控制促炎细胞因子和趋化因子的表达。TLR4是调节肾小管上皮细胞在肾缺血,而TLR4缺陷降低了肾缺血性创伤性生产的促炎细胞因子和趋化因子,抑制巨噬细胞和中性粒细胞聚集21]。缺乏TLR2表达在肾脏实质细胞还能抑制肾缺血性损伤。促炎细胞因子的生产减少TLR2-deficient老鼠肾脏与野生型相比肾脏(22]。体外数据显示,与脂多糖刺激上调表达的TLR2 TLR3, TLR4和碳碳趋化因子的分泌,在培养的老鼠的管状细胞,因此建议管通常参与调停间隙白细胞浸润和管状损伤(23]。
补体系统被证明调解肾缺血再灌注损伤。通常,近端小管上皮细胞表达Crry,补体抑制剂,在基底膜上。肾缺血后,Crry生产减少,从而使沉积C3的管状上皮细胞和促炎科学家趋化因子的刺激生产。这些趋化因子吸引中性粒细胞和巨噬细胞受伤的肾脏24]。支持保护作用的近端小管Crry表达式,Crry-deficient老鼠更容易肾缺血性损伤(25]。激活C5a受体(C5aR)是诱导招募中性粒细胞和巨噬细胞激活这些产生细胞因子,趋化因子和粘附分子。肾缺血后,C5aR表达在肾小管上皮细胞调节。封锁C5aR通路与特定C5aR拮抗剂废除upregulation科学家的趋化因子,显著降低肾损害26]。
抑制细胞因子信号3 (SOCS-3),一个关键的细胞内负监管机构的几个信号通路,已经发现强烈的表达在肾近端小管后急性肾损伤。条件近端管敲除小鼠显示加速小管复苏后肾损伤,这是增加数量的渗透抗炎M2巨噬细胞在修复阶段。这些结果表明,调节表达SOCS-3受损的近端小管抑制再生过程和调节巨噬细胞表型(27]。
3所示。招聘期间炎症细胞的管状再生
重复或持续的损伤导致细胞死亡和有限的小管再生。招募白细胞被公认为管状细胞损伤的重要中介。炎症的初始阶段的特点是白细胞的迁移激活血管内皮,紧随其后的是轮回间质。在损伤阶段,管状上皮细胞表达促炎细胞因子和趋化因子,招募中性粒细胞、巨噬细胞M1,各种炎性淋巴细胞亚群(28]。
3.1。中性粒细胞
中性粒细胞迅速应对损伤,血管内皮和中性粒细胞的依从性是一个重要的过程的起始缺血性损伤组织(21]。中性粒细胞积聚是肾缺血性损伤的标志之一,和损耗的中性粒细胞抑制急性肾损伤(29日]。然而,中性粒细胞功能的封锁或中性粒细胞损耗只提供部分保护肾损伤,表明其他白细胞,如巨噬细胞、B细胞和T细胞,也调解急性肾损伤(30.]。
3.2。淋巴细胞
淋巴细胞对管状缺血性损伤后修复也重要。B细胞迁移到缺血性肾并分化为浆细胞,限制小管急性肾损伤后再生。与这些数据一致,B cell-deficient老鼠从肾缺血性损伤保护31日,32]。然而,提纯B细胞的过继转移回这些老鼠不修复缺血引起的肾损伤。另一方面,相比,B cell-deficient小鼠血清转移,从野生型小鼠血清的转移导致肾缺血后血清肌酐水平较高,因此建议缺乏循环因素是负责保护观察B cell-deficient老鼠。其他的调查人员称没有保护RAG-1-deficient肾缺血性损伤的老鼠缺乏B细胞和T细胞(33]。
T细胞在肾缺血性损伤的发病机理分析了在不同的小鼠模型。T细胞在血管通透性有重要作用,可能通过细胞因子的生产在缺血性损伤。基因微阵列分析表明TNF和移行细胞增加CD3-positive cd4阳性T细胞从血液和肾脏肾缺血后。小鼠缺乏T细胞表达CD3, CD4, CD8,肾血管通透性的增加衰减后缺血性损伤(34,35]。在老鼠身上缺乏cd4阳性和cd8 + T细胞,血清肌酐水平和肾组织学肾缺血后显著降低。小鼠cd4阳性T细胞的结合,而不是仅cd8 + T细胞,恢复肾脏功能肾损伤后(36]。此外,RAG-1-deficient老鼠缺乏B和T细胞也受肾缺血性损伤和cd4阳性T细胞过继转移从野生型老鼠重建损伤。重要的是,将cd4阳性T细胞从老鼠IFN-gamma-deficient未能修复损伤在这个模型(37),因此建议IFN-gamma-producing cd4阳性T细胞调节肾缺血性损伤后的早期阶段。曝光2 h的肾小管上皮细胞缺氧后再氧化的1 h T细胞粘附增加了超过两倍。佛波醇酯治疗,激活蛋白增加T细胞粘附。这些数据表明,T淋巴细胞调节肾缺血性损伤。肾小管细胞粘附的浸润T细胞是一个关键的步骤基本缺血后肾小管功能障碍(38]。
在几个淋巴细胞具有抗炎特性的子集,调节性T细胞(T注册促进管修复细胞)已被证明,可能通过其他t细胞的促炎细胞因子的生产调制子集后急性肾损伤。增加T注册细胞贩运到肾缺血性损伤后观察。T的注入注册初始损伤后细胞移行细胞生产减少了T细胞受体(TCR)β+ CD4 + T细胞,改善肾脏修复、减少细胞因子生成。相比之下,偏T的损耗注册细胞与anti-CD25抗体强ischemia-induced肾脏损害,并导致更多的中性粒细胞,巨噬细胞,先天的细胞因子转录在受伤的肾脏39,40]。老鼠缺乏T注册细胞积累更大的肾缺血后炎症白细胞比老鼠含有T注册细胞(41]。
自然杀伤T (NKT)细胞,一个独特的子集T淋巴细胞表面受体和功能性质与传统的T细胞和自然杀伤(NK)细胞,也被证明参与肾小管损伤后再生。不变的NKT细胞(iNKT)拥有保存不变的TCR一起NK1.1 NK细胞标志。肾缺血性损伤导致增加CD4 + CD69 +细胞,激活和IFN-gamma-producing iNKT细胞肾肾缺血后显著增加。封锁NKT细胞激活anti-CD1d单克隆抗体,NKT细胞耗竭与野生型老鼠anti-NK1.1单克隆抗体,或使用iNKT cell-deficient老鼠抑制IFN-gamma-producing中性粒细胞的积累后肾损伤和减少急性肾损伤(42]。这些研究表明,嗜中性粒细胞激活和渗透是由iNKT细胞。
3.3。巨噬细胞
巨噬细胞来源于血液中的单核细胞吞噬作用和命名的作用。此外,巨噬细胞产生促炎细胞因子能刺激其他白细胞的活动。巨噬细胞参与组织损伤的所有阶段,包括再生(43]。几个macrophage-derived细胞因子不仅有免疫抑制作用,还提高修复过程。巨噬细胞产生切口配体,刺激肾小管上皮细胞的增殖(44]。封锁的Notch信号γ分泌酶抑制剂抑制Notch-2-driven生存素的诱导及其再生能力自分泌小管在缺血性肾损伤的模型45]。在肾间质巨噬细胞产生的il - 6外髓质介导肾缺血性损伤(46]。
巨噬细胞浸润受伤的肾脏肾缺血后不久,这渗透是CX3CR1介导的信号通路47]。损耗的肾脏和脾脏巨噬细胞,利用脂质体clodronate前肾缺血性损伤预防急性肾损伤,和巨噬细胞的过继转移重组急性肾损伤(48]。最近报道,中性粒细胞积聚是由vascular-resident CD169-positive肾缺血后巨噬细胞(49]。
人们认为炎性刺激保持M1巨噬细胞活动,诱发肾小管萎缩。持续分泌TNF部分占这些antiregenerative效应,这可能触发管状细胞损伤。因此,管状再生可以观察到只有当M1巨噬细胞释放50,51]。相比之下,巨噬细胞集落刺激因子- 1信号导致的M2巨噬细胞增殖proregenerative属性,支持解决炎症和加速管再生在复苏阶段的急性肾损伤(51]。在管状恢复受伤后,M2巨噬细胞分泌Wnt7b,与Wnt幸存的管状上皮细胞受体相互作用通过Wnt -和小管加速恢复β连环蛋白信号(52]。
3.4。树突细胞
树突细胞,一个重要的先天和适应性免疫之间的联系,丰富在正常小鼠肾脏。刺激,树突细胞发育成一个成熟细胞类型的特点是高水平的二类主要组织相容性复合体(妇幼保健类II)和costimulatory分子和低吞噬能力。成熟的树突状细胞在T细胞活化专业。然而,树突细胞也很重要的先天免疫反应通过释放促炎因子,通过CD40-CD40L NKT细胞相互作用,提出通过CD1d分子激活iNKT细胞糖脂。
树突细胞在急性肾损伤中发挥作用。后急性肾损伤,肾树突细胞产生促炎细胞因子TNF、il - 6,主题趋化因子2,和主题趋化因子5,损耗的树突细胞在缺血前大大减少肾脏产生的肿瘤坏死因子的水平(53]。在另一项研究中,树突状细胞在肾引流淋巴结显示积累后肾缺血性损伤,诱导T细胞增殖抗原特异性的方式,因此这表明肾树突细胞参与适应性免疫反应肾缺血性损伤(54]。
intrarenal树突状细胞的活化垂死的管状细胞释放的因素也促进小管再生。坏死的管状细胞释放的细胞内分子作为免疫刺激性抑制,特别是激活TLR4 intrarenal树突细胞,诱导的分泌il - 22生成(55]。Dendritic-cell-derived il - 22生成激活相应的受体和随后的STAT3和Erk信号在幸存的管状细胞,导致增强管再生和恢复(55]。
4所示。在管式管周毛细血管内皮复苏的作用
血管内皮的完整性是由内皮营业额之间的平衡和修复。据报道,在肾、管周毛细血管内皮作为源管损伤后恢复所需的因素(56]。然而,一个相当大的下降管周毛细血管的密度是急性缺血性损伤后观察表明,与肾上皮细胞管状细胞不同,肾血管系统缺乏可比的再生潜力(57,58]。缺血性侮辱后,受损的内皮细胞脱落进入循环,通过诱导和替换发生相邻内皮细胞的增殖和/或招聘的内皮祖细胞(内皮祖细胞)的循环。越来越多的证据表明,骨髓富含成熟内皮祖细胞。循环内皮祖细胞可以招募到血管床来维持正常的生理稳态/维修。同样,据报道,肾缺血动员内皮祖细胞和肾髓质诱发内皮祖细胞的积累,和移植的EPC-enriched细胞髓薄壁组织提供部分renoprotection肾缺血后,因此建议招募了内皮祖细胞的作用功能救援(59,60]。旁分泌机制EPC的疗效也报道。微泡来自EPC防止肾缺血性急性伤交付RNA含量,小分子核糖核酸货物幸存的居民肾细胞转换成更多的再生状态(61年]。
管周毛细血管内皮也扮演了一个重要的早期肾脏损害的炎症反应作用促进白细胞的积累。后肾缺血性损伤,毛细血管内皮细胞被激活,导致血管通透性增加(62年),促进白细胞招募到肾脏。除了改变肾血管的内皮细胞层的完整性,肾缺血性损伤移植细胞粘附分子的表达促进leukocyte-endothelial交互。细胞内的表达粘附分子1 (ICAM) 1增加后的肾脏肾缺血性损伤。从肾缺血性损伤小鼠缺乏ICAM-1受到保护29日]。白细胞粘附内皮细胞导致炎症和细胞损伤的扩展。此外,肾脏内皮细胞移植的表达CX3CL1 (fractalkine)的配体受体CX3CR1表示对巨噬细胞介导巨噬细胞在肾脏发炎,招聘和预处理中和CX3CR1单克隆抗体减少急性肾损伤的严重程度(47]。
5。招聘(BMDCs)管状骨骨髓来源的细胞再生
类似于其他器官,结果发现BMDCs出现在肾肾损伤的反应。BMDCs明显导致肾小管上皮细胞的再生,分化为肾小管(63年- - - - - -65年),或促进损伤后内皮和上皮细胞的增殖66年]。基于这些数据,与BMDCs细胞疗法已被广泛研究和报道是有效的。的可访问性的缓解,BMDCs强劲的候选人作为细胞来源的干细胞疗法。干细胞因子和粒细胞集落刺激因子(g - csf)诱导造血干细胞(hsc)归航受伤的肾脏,导致显著增强肾脏功能恢复的(67年,68年]。与上面的报道中,促进周边的干细胞数量被发现与肾功能衰竭的严重程度和死亡率增加有关。大量的激活粒细胞似乎掩盖了renoprotective HSC的潜在影响69年]。有几个报告的潜在BMDCs transdifferentiate成管状细胞后受伤。表达绿色荧光蛋白转基因小鼠BMDCs [70年),在成熟的肾小管上皮细胞(71年),或在所有mesenchyme-derived肾上皮细胞(72年)透露,尽管BMDC招聘时,管状肾缺血后恢复主要是通过扩散引起的内源性肾小管细胞。
来自骨髓间充质干细胞(msc)也已报告提高内在管恢复一些急性肾损伤模型以旁分泌的方式。msc治疗近端小管细胞增殖,减少细胞凋亡,并保存微血管完整性,导致肾组织氧化的改进73年- - - - - -76年]。认为msc与居民细胞内分泌、旁分泌方式通过释放生长因子、细胞因子、细胞外囊泡(77年,78年]。MSC-derived条件培养基,含有renotrophic因子和抗炎因子,能够增强肾损伤后修复(77年,79年,80年]。BMDCs包括msc现在被认为有助于再生过程生产保护和再生的因素,而不是通过区分直接取代受损的细胞。
6。结论
最近,许多新概念再生过程中肾小管后出现急性肾损伤。越来越多的证据表明,免疫系统支持肾损伤后的再生过程。使用基因打靶技术或命运映射分析,不同的细胞群的参与,包括管状细胞,炎症细胞,居民肾脏内皮细胞,内皮祖细胞和骨骨髓来源的细胞已经澄清。关键角色中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞在急性肾损伤小鼠模型的建立。此外,一些研究报道,补充,通常,许多细胞因子和趋化因子明显参与放大肾损伤的免疫反应。然而,管状细胞和相邻细胞之间的复杂的相互作用肾缺血性损伤尚未完全了解。终止肾脏炎症将使管式再生通过抑制肾小管细胞坏死或驾驶促炎与抗炎免疫细胞表型转换。在这种情况下,需要特定的和有选择性的抗炎药物抑制全身和局部导致肾脏炎症促进肾脏疾病患者再生。具体激活幸存的管状上皮细胞的再生能力也代表了一个有吸引力的方法,使足够的reepithelialization和肾单位肾损伤后生存。这些新概念将为确定新目标提供重要线索发展的临床相关的急性肾损伤的治疗策略。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。