《Molecular Biomedicine》：Transition from acute kidney injury to chronic kidney disease: molecular mechanisms and therapeutic interventions
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急性肾损伤（AKI）如今被更多视为慢性肾脏病（CKD）的关键驱动因素，而非仅仅可治愈的临床事件。从AKI到CKD（AKI-CKD）的进展主要源于适应性修复机制不足，导致持续的结构性损伤和肾功能逐渐恶化。在此，研究人员系统剖析了这一过程的病理机制，特别强调持续性
急性肾损伤（AKI）如今被更多视为慢性肾脏病（CKD）的关键驱动因素，而非仅仅可治愈的临床事件。从AKI到CKD（AKI-CKD）的进展主要源于适应性修复机制不足，导致持续的结构性损伤和肾功能逐渐恶化。在此，研究人员系统剖析了这一过程的病理机制，特别强调持续性细胞周期停滞、细胞衰老、免疫细胞慢性浸润和毛细血管稀疏。利用单细胞及空间组学的最新进展，研究强调了不同的肾小管上皮细胞（TEC）状态和异常的细胞间相互作用如何协调促成促纤维化微环境，其特征是成纤维细胞长期激活和细胞外基质（ECM）过度积累。这些过程的核心是转化生长因子β（TGF-β）/Smad同源物抑制蛋白（Smad）、Wnt/β-连环蛋白（β-catenin）和Hedgehog等关键信号通路的异常激活，伴随着深刻的代谢重编程和表观遗传重塑。研究人员还总结了新兴的生物标志物，以及由成像和组学技术赋能的早期诊断和风险分层策略。最后，讨论了针对适应不良的信号网络、炎症回路和纤维化通路的治疗干预措施，以促进适应性再生并预防CKD进展。旨在通过全面审视与AKI-CKD转变相关的病理机制、诊断方法和靶向干预，为提高长期肾脏预后提供见解。
AKI-CKD转变的病理生理基础
肾小管上皮细胞（TEC）在轻度肾损伤后表现出强大的自我修复能力。然而，严重或持续的损伤会导致受损TEC发生适应不良的修复，从而延续肾脏炎症和纤维化。这些修复不当的TEC表现出细胞周期停滞、线粒体功能障碍和代谢过程改变等特征，这些特征可在急性肾损伤后持续存在。它们通过炎症介质和细胞外囊泡（EVs）与免疫群体（特别是巨噬细胞）进行复杂的串扰，放大肾脏内炎症反应。此外，适应不良的TEC分泌关键的促纤维化因子，共同驱动成纤维细胞活化和小管间质纤维化。图1总结了驱动适应性或适应不良修复及肾纤维化的核心细胞事件和串扰。重置这些持续性的细胞异常有可能阻止AKI-CKD的转变。
持续性细胞周期停滞、细胞衰老和多倍体化
AKI后，存活的TEC通过去分化、迁移和增殖来补偿邻近细胞的损失。这种修复过程依赖于严格的细胞周期控制，成功的分裂产生子代细胞，最终再分化以恢复小管完整性。在急性期，TEC激活自我保护机制，如细胞周期停滞或多倍体化，以防止受损遗传信息的传播并维持细胞质量。细胞周期由细胞周期蛋白依赖性激酶（CDK）复合物 orchestrated，并由p53、视网膜母细胞瘤蛋白（Rb）和p21等抑制蛋白负调控。然而，这种平衡极其脆弱。长期或不适当的周期停滞和多倍体化会驱使TEC走向衰老和促纤维化表型。
TEC中的G2/M期细胞周期停滞是肾纤维化的一个显著机制。G2/M期停滞的TEC激活c-Jun N-末端激酶（JNK），上调转化生长因子-β1（TGF-β1）和结缔组织生长因子（CTGF）的转录，从而促进纤维化。P53通过p21抑制G1/S期转换，同时通过诱导14-3-3σ和生长阻滞及DNA损伤诱导蛋白45（Gadd45）抑制CDK1/细胞周期蛋白B1复合物，将细胞锁定在G2/M期。因此，阻断该过程或其下游信号可有效抑制纤维化进展。近期研究表明，环状RNA circBNC2增强CDK1/细胞周期蛋白B1复合物组装，从而减轻适应不良修复。此外，细胞周期蛋白G1（CG1）促进TOR依赖性自噬-空间耦合结构（TASCs）并诱导衰老相关分泌表型（SASP）。抑制CG1或阻断TASC形成可显著减轻G2/M期停滞和纤维化。
AKI后的氧化应激和DNA损伤是细胞衰老的有效诱导因素。衰老的TEC上调细胞周期依赖性激酶抑制剂2A（p16）、1B（p27）和1A（p21），并通过SASP分泌多种细胞因子和生长因子。这些因素损害邻近健康细胞，引发炎症级联反应、肌成纤维细胞增殖和过度的细胞外基质（ECM）积累，从而驱动肾纤维化。蛋白质二硫键异构酶家族A成员3（PDIA3）表达的衰老TEC在损伤后激活TGF-β信号通路，随后驱动成纤维细胞活化并加速纤维化进展。此外，在肾动脉狭窄模型中已鉴定出一个同时表现上皮-间质特性和高表达衰老相关基因的亚群。给予达沙替尼和槲皮素等衰老细胞清除药物，通过清除这些衰老细胞减轻了肾功能下降。靶向活性氧（ROS）/沉默调节蛋白1（SIRT1）/p53信号通路可减轻细胞衰老并显著减少纤维化。Vanin-1（VNN1）也被确定为一个关键驱动因子，通过在严重损伤后激活视网膜母细胞瘤转录共抑制因子1（RB1）及其磷酸化诱导小管衰老，从而促进AKI-CKD转变。Pannexin 1（Panx1）介导的内质网Ca2+泄漏是肾脏疾病进展的另一个关键驱动因素，Panx1通过破坏线粒体稳态引发小管衰老。
DNA损伤修复和多倍体化是损伤后维持肾功能的互补机制。残留的分化实质细胞经历核内复制肥大，导致多倍体细胞的形成以维持肾功能。虽然Yes相关蛋白1（YAP1）驱动的多倍体化最初通过诱导皮质肥大来保存残余功能而起到自我保护作用，但这些细胞在后期最终会转变为衰老表型，从而促进间质纤维化。在CKD进展过程中，多倍体小管细胞积累DNA损伤并分泌TGF-β1，从而增强与巨噬细胞和成纤维细胞的串扰，进一步加剧纤维化。另一项研究发现，巨噬细胞通过激活环GMP-AMP合酶（cGAS）-干扰素基因刺激因子（STING）通路分泌干扰素β（IFN-β）。该干扰素作用于小管表面受体干扰素α/β受体亚基1（IFNAR1），诱导小管细胞中YAP的去磷酸化，导致其核易位，从而调节TEC多倍体化。
慢性炎症与免疫细胞浸润
在感染、缺血再灌注损伤（IRI）或肾毒性损伤等病理条件下，经历凋亡、铁死亡、坏死或焦亡的TEC以及处于适应不良修复状态的TEC释放细胞内成分和细胞因子，从而启动邻近细胞的炎症反应。先天免疫主要由高迁移率族蛋白B1（HMGB1）、尿酸和核酸片段等损伤相关分子模式（DAMPs）的急性释放引发。这些信号被TEC和免疫细胞上的Toll样受体（TLRs），特别是TLR2和TLR4识别。先天免疫系统通常通过快速响应DAMPs/病原体相关分子模式（PAMPs）来维持组织稳态和防御损伤。然而，该通路的过度激活会放大炎症级联反应，最终加剧实质损伤。这主要表现为先天性和适应性免疫细胞大量且持续地渗透入肾脏。在炎症反应期间，常驻和浸润的免疫细胞与内皮细胞、TEC和周细胞广泛相互作用。
中性粒细胞
中性粒细胞是在AKI早期阶段最早被招募到受损肾脏的先天免疫细胞之一。它们通过多种效应机制参与炎症反应，包括产生活性氧（ROS）、脱颗粒和释放中性粒细胞胞外诱捕网（NETs）。NET的形成及其促炎作用加剧了IRI。相反，中性粒细胞耗竭或阻断其募集可显著减轻组织损伤。中性粒细胞浸润与AKI-CKD转变过程中的炎症和纤维化密切相关。在损伤晚期，巨噬细胞在萎缩的肾脏中大量积聚，招募促炎性中性粒细胞和T细胞，这是明显的继发性炎症激增的特征。在损伤后第五天之后耗尽中性粒细胞和T细胞可减少小管细胞丢失并减轻随后的肾萎缩。缺乏表皮生长因子受体（EGFR）的中性粒细胞降低了抗凋亡髓系细胞白血病1（MCL-1）水平并增加了细胞凋亡，加速了肾损伤的修复并减少了随后的纤维化。Gasdermin E（GSDME）驱动的TEC死亡诱导NET形成并驱动促炎性巨噬细胞和巨噬细胞-肌成纤维细胞转分化（MMT）反应，而Gasdermin D（GSDMD）缺陷则阻断了NETs形成及随后的促纤维化过程。在单侧输尿管梗阻（UUO）模型中，损伤肾脏中唾液酸结合免疫球蛋白样凝集素F（Siglec-F）+中性粒细胞表现出增强的促纤维化表型。它们的积累和激活促进成纤维细胞活化，加剧胶原沉积和疾病进展，而其耗竭则减轻肾纤维化。相反，Siglec-F低表达中性粒细胞中CD300a的缺失增加了由信号转导和转录激活因子3（STAT3）诱导的促血管生成和抗纤维化分子的生成，从而减缓CKD进展。
巨噬细胞
在AKI急性期，促炎性巨噬细胞积聚在损伤区域，启动并放大免疫反应。趋化因子C-X-C基序配体2（Cxcl2）+巨噬细胞表现出高表达的促炎基因和趋化因子，包括白细胞介素-1β（IL-1β）、肿瘤坏死因子（TNF）、Cxcl3和趋化因子CC基序受体样2（Ccrl2），甚至持续到损伤晚期，表明其在激活和维持炎症反应中的潜在作用。相比之下，常驻或甘露糖受体1（Mrc1）+和基质金属蛋白酶-12（Mmp12）+巨噬细胞更可能通过自我更新促进修复，并在损伤后维持稳态中至关重要。研究表明，肾脏常驻巨噬细胞（KRMs）包含七个具有特定空间组织的不同亚群。肾损伤破坏了这种原始的微环境结构，导致即使在损伤后28天仍出现失衡，这有助于肾脏无法恢复稳态。
在慢性期，促纤维化和促炎性巨噬细胞亚群的数量越来越超过修复性群体。最近鉴定的一种单核细胞来源的巨噬细胞亚群在转变为促纤维化表型之前参与短暂的基质重塑。这些细胞通过建立与成纤维细胞的复杂配体-受体相互作用直接驱动纤维化进展。此外，巨噬细胞诱导型C型凝集素（Mincle）+巨噬细胞通过促进肿瘤坏死因子-α（TNF-α）的产生，为AKI-CKD转变提供持续的炎症动力。近期研究表明，巨噬细胞在血小板和其他因子的驱动下转变为促纤维化表型。血小板来源的Cxcl4通过驱动表达分泌磷蛋白1（SPP1）、纤连蛋白1（FN1）和精氨酸酶1（Arg1）的促纤维化巨噬细胞亚群的分化来促进AKI后纤维化。该过程通过SPP1/FN1/信号素3（Sema3）信号轴激活成纤维细胞。同样，血小板衍生的血栓反应蛋白1（THBS1）刺激巨噬细胞分化为独特且高度增殖的M2样亚型，该亚型通过促使ECM成分过量产生而加剧肾纤维化。除了肾内因素外，肠道来源的代谢产物氧化三甲胺（TMAO）已被证明能增强Ccr2+巨噬细胞的浸润，从而加速AKI-CKD进展。巨噬细胞和中性粒细胞之间通过C-C基序趋化因子配体9/6（Ccl9/6）-Ccr1信号传导的强效串扰，进一步驱动了UUO模型中的先天免疫激活。针对巨噬细胞和其它免疫细胞募集的治疗干预，或调节固有肾细胞行为的策略，可能代表预防AKI-CKD转变的有前景的方法。
T淋巴细胞和先天淋巴样细胞
虽然AKI的初始炎症反应传统上归因于先天免疫，但来自IRI和顺铂诱导模型的累积证据重新定义了T细胞的作用。这些细胞在超急性期迅速浸润受损肾脏，作为炎症级联反应的关键放大器。CD4、CD8或T细胞受体缺乏显著减轻IRI。不同的CD4+ T细胞亚群在AKI中发挥不同的功能作用。辅助性T细胞1（Th1）通过IFN-γ和TNF介导促炎效应加剧损伤，而Th2细胞部分限制炎症并发挥保护作用。Th17细胞在缺血性AKI中经历短暂扩增，并通过IL-17促进炎症。其致病性受半乳糖凝集素-8和ORAI钙释放激活钙通道蛋白1（Orai1）依赖性钙信号传导调节。相比之下，双阴性T细胞表现出抗炎特性。
中度至重度缺血性损伤导致活化和效应记忆CD4+及CD8+ T细胞的长期滞留，并伴有IL-1β、IFN-γ和CCL5等促炎因子的持续上调。这种持续的适应性免疫激活如果未解决，是AKI-CKD转变的关键因素。值得注意的是，阻断在肾浸润T细胞中上调的CCR5不仅能减轻IRI后的肾功能障碍和组织学改变，还能显著抑制肾脏内的T细胞活化。最近的单细胞转录组测序（scRNA-seq）研究表明，受损TEC和肾巨噬细胞之间持续的串扰建立了一个慢性炎症微环境，驱动第二波免疫激活。活化的巨噬细胞通过CXCL16-C-X-C基序趋化因子受体6（CXCR6）轴促进CD8+ T细胞募集，这些致病的T细胞随后通过Fas配体（FasL）-Fas受体（Fas）信号传导诱导内皮细胞凋亡，导致小管周围毛细血管稀疏和进行性间质纤维化。同时，表达CXCL16和CCL8的化学趋向性高巨噬细胞亚群协调了第二波免疫浸润，其特征是CCR1+中性粒细胞、巨噬细胞和CXCR6+ T细胞，它们再次损伤TEC。靶向耗竭T细胞和中性粒细胞可减弱这种适应不良的免疫激活，减轻小管损伤和萎缩，并限制纤维化进展，强调了巨噬细胞驱动的T细胞反应在延续慢性炎症中的核心作用。
调节性T细胞（Tregs）被认为是促进组织修复并在AKI晚期纤维化阶段持续存在的关键免疫群体。它们高表达与抗炎和组织修复相关的基因，并释放TGF-β1和IL-10以抑制炎症因子的产生。抑制肿瘤发生2（ST2）表达的Tregs通过分泌双调蛋白（AREG）协调损伤晚期的肾修复。然而，Treg功能高度依赖于免疫微环境。近期研究表明，在缺乏NKT细胞的情况下，Tregs过度积聚且TGF-β表达增强，创造了促纤维化免疫环境，加速肾纤维化进展。这表明自然杀伤T（NKT）细胞通过精细调节Treg数量和功状态，在限制CKD病理性纤维化中起着关键的保护作用。先天淋巴样细胞（ILCs）构成肾脏中一个微小但功能多样的免疫区室，包括ILC1s、ILC2s和ILC3s，它们分别反映了Th1、Th2和Th17样程序。实验证据表明，ILC2s通过分泌IL-5和IL-13抑制炎症并促进肾修复，从而驱动M2巨噬细胞极化。然而，持续的IL-33刺激导致ILC2持续活化、IL-13过量产生和M2极化延长，最终有利于纤维化形成。同时，ILC3s已成为一个独特的促纤维化亚群，通过CXCR6-CXCL16轴从肠道快速运输到受损肾脏，在那里它们直接激活成纤维细胞并加速肾纤维化，形成了连接肠-肾轴与纤维化的关键桥梁。
其他免疫因素
树突状细胞（DCs）是连接先天免疫和适应性免疫的关键节点。处于未成熟状态的树突状细胞在暴露于粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子（GM-CSF）和IL-33等警报素时，会发生表型和成熟转化，随后通过有效的抗原呈递促进T细胞活化和增殖。目前的研究表明，DCs在肾损伤和纤维化中表现出高度的异质性，发挥促炎和促修复双重作用。cDC2亚群通过分泌促炎因子加剧移植损伤和IRI。cDC1s通过直接释放IL-22或诱导Tregs产生IL-4、IL-10等因子，在AKI和UUO模型中促进组织修复。此外，补体系统在AKI-CKD进展中至关重要。补体C3在失败修复的近端小管细胞（FR-PTCs）中显著增加并持续表达，通过补体与免疫细胞及基质成分的串扰驱动AKI-CKD转变。补体活化产物C5a通过诱导TEC异常甲基化、刺激Wnt/β-catenin信号传导和促进SASP加速病理进展。
持续性成纤维细胞活化和细胞外基质沉积
肾纤维化的发展取决于肌成纤维细胞的活化。在此过程中不受控制的ECM积累导致肾脏不可逆的瘢痕形成。近期的单细胞数据将成纤维细胞和肌成纤维细胞重新定义为纤维化肾脏中具有高度异质性的群体。虽然最丰富的亚群继续通过ECM相关基因表达驱动经典的纤维化发生，但专门的亚群强调了纤维化肾脏的功能复杂性。研究已经确定了富含肌源基因的收缩性成纤维细胞亚群和富含免疫调节基因的迁移性亚群。特别值得注意的是在CKD患者中观察到的一种称为CXCL-iFibro的过渡性炎症性成纤维细胞亚群。这些过渡性成纤维细胞在受伤肾脏早期积聚，并可募集并激活叶酸受体β（FOLR2）+巨噬细胞。值得注意的是，巨噬细胞通过Wnt/β-catenin依赖性信号通路进一步促进CXCL-iFibro向分泌ECM的肌成纤维细胞转变，构成了成纤维细胞-巨噬细胞促纤维化回路。此外，一个独特的肌成纤维细胞亚群以高水平的IL-34和肌球蛋白以及激活的胞外信号调节激酶（ERK）/丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号级联为特征，与肾炎症反应的持续进展和持久性有关。
组织损伤通过源自TEC和巨噬细胞的可溶性分子、EVs、基质蛋白和机械信号诱导成纤维细胞活化。这些因子与炎症性免疫细胞和代谢物一起，协调促成促纤维化微环境，驱动ECM重塑。受损或发炎的TEC是AKI-CKD转变中成纤维细胞活化信号的主要来源。它们通过多个配体-受体轴促进成纤维细胞增殖、活化和肌成纤维细胞分化。炎症相关的上皮亚群iPT响应于TNF和核因子-κB（NF-κB）活化分泌印度刺猬因子（Indian Hedgehog），促进胶质瘤相关癌基因1（Gli1）+周细胞和成纤维细胞的扩增，从而放大肾脏甚至心脏的纤维化反应。空间转录组学揭示上皮-间质通讯表现出显著的距离依赖性，靠近受损小管的成纤维细胞接收到来自心肌营养素样细胞因子因子1（CLCF1）-细胞因子受体样因子1（CRLF1）、Jagged1（JAG1）- notch受体3（Notch3）、血管细胞粘附分子1（VCAM1）/SPP1-整合素和CD44-成纤维细胞生长因子受体2（FGFR2）通路的更强信号。空间转录组学进一步揭示，腱生蛋白-C（TNC）在成纤维细胞和巨噬细胞的共定位区域高度富集，将其定位为构建纤维化微环境中的关键ECM分子。TNC主要由活化的成纤维细胞分泌，促进巨噬细胞募集和活化，形成放大炎症和ECM沉积的正向调节回路。靶向肌成纤维细胞分化或肌成纤维细胞内的特定细胞内信号通路为治疗肾纤维化提供了一条有前景的途径。
毛细血管稀疏和慢性缺氧
肾血管系统是包括肾小球和小管周围毛细血管、小动脉和小静脉在内的复杂网络，对于维持肾脏灌注和组织稳态是必不可少的。在肾IRI模型中，血管收缩、组织水肿、内皮细胞肿胀和毛细血管破裂的综合效应导致小管周围毛细血管稀疏和局部血流显著减少。由此产生的管状微环境内的持续性缺氧破坏了修复过程并促进了间质纤维化。这种血管崩溃通常因受损TEC分泌的血管内皮生长因子A（VEGF-A）减少而加剧，后者损害了内皮再生并进一步降低了毛细血管密度。
适应不良的血管修复，其特征在于血管生成受损、慢性缺氧、毛细血管稀疏、内皮-间质转化（EndMT）和病理性血管重塑，已成为CKD进展的关键因素。ScRNA-seq揭示了肾损伤中明显的内皮异质性，鉴定出异常活化的内皮亚群，如Rap鸟嘌呤核苷酸交换因子5（Rapgef5）+和膜相关鸟苷酸激酶、WW和PDZ结构域包含蛋白1（Magi1）+细胞，它们与缺陷性血管生成和内皮持续活化相关。此外，内皮完整性的丧失伴随着内皮细胞数量的减少和成纤维细胞样转录程序的获得，包括波形蛋白（VIM）、S100钙结合蛋白a4（S100A4）和EndMT相关基因的上调，直接导致纤维化进展。
机制研究表明，保护或恢复内皮再生能力可抵消这些适应不良的过程。对内皮存活、血管生成信号传导和代谢状态的实验性调节表明，完整的酪氨酸激酶受体（Tie2）信号传导、小管周围毛细血管内皮细胞的糖酵解能力以及受损TEC持续的VEGF-A-血管内皮生长因子受体2（VEGFR2）通讯，都是维持内皮特性、防止EndMT和限制微血管稀疏所必需的。总的来说，这些发现表明内皮功能障碍伴随微血管丢失，构成了AKI和CKD之间的中心致病环节。Hepta-ANG1疗法通过促进参与肾小球和毛细血管发育的Tie2依赖性内皮细胞群的修复来减轻肾损伤。小管周围内皮细胞中6-磷酸果糖激酶/果糖-2,6-二磷酸酶3（Pfkfb3）的过表达逆转了氧化应激诱导的糖酵解抑制，促进细胞增殖，并减轻微血管稀疏和肾纤维化。中间素通过激活AMP活化蛋白激酶（AMPK）/GTP环化水解酶I（GTPCH-I）/四氢生物蝶呤（BH4）信号通路，防止内皮一氧化氮合酶（eNOS）解偶联并减少氧化应激，从而维持毛细血管密度并减少肾纤维化。这通过解决内皮功能障碍提供了一种新的治疗方法。最近的研究表明，中度AKI后肾TEC中多配体聚糖1（SDC1）的过表达增强了VEGF-A的释放，通过激活内皮VEGFR2信号传导促进内皮增殖和血管修复。总之，这些研究强调内皮功能障碍和血管修复受损是连接AKI与CKD的核心病理环节。同时，eNOS的缺乏导致内皮功能障碍，进而通过促进巨噬细胞中β-连环蛋白的长期活化而加速AKI-CKD转变。
损伤性小管细胞再生受损和命运失调
近端小管损伤的解决最终取决于细胞命运的关键分叉，即通过协调的细胞周期追求功能性再生，或陷入适应不良的促纤维化表型。近期的scRNA-seq研究精确地描绘了这些失败修复的近端小管细胞（FR-PTCs）。这些细胞经历G2/M期停滞和衰老，代表了AKI-CKD转变的核心病理驱动因素。
