刘友华教授：机制更新，纤维化生态位或可改变肾脏纤维化的防治思路！

肾脏纤维化是多种慢性肾脏病（CKD）的共同结局。目前的研究表明，肾脏纤维化并非均匀分布在整个肾实质中，而是从局部开始，形成独特且聚集的生态位（niche）。这些生态位提供了独特的组织微环境，并引起细胞外基质（ECM）过度沉积，导致组织瘢痕。肾脏纤维化生态位概念的提出是肾脏纤维化机制认识的突破，这将有益于无创的生物标志物和新疗法的开发，对于CKD患者以及其他器官病变患者均有助益。

2022年9月，南方医科大学南方医院、美国匹兹堡大学医学院刘友华教授、李莉教授及傅海燕教授在Nat Rev Nephrol（IF：42.439）上以封面文章形式发表了关于肾脏纤维化生态位的综述，就什么是纤维化生态位、哪些因素可影响纤维化生态位、纤维化生态位在肾脏疾病中的作用以及对临床的启示等话题展开了深度探讨。

南方医科大学南方医院肾内科教授、国家基金委肾脏病学创新研究群体负责人。

长期从事肾脏纤维化病理机制的基础性研究，共发表SCI论文205余篇，其中 97 篇 IF＞10，累计IF>2300。论文被引24,700余次，h-指数87。历任美国匹兹堡大学医学院副教授、终身教授、UPMC冠名讲席教授，JASN、KI等15个国际学术杂志的编委，Frontiers in Pharmacology副主编，美洲华人肾脏病学会（CASN）会长、中国病理生理学会肾脏病专业委员会副主任委员。

南方医科大学南方医院副研究员

长期从事慢性肾脏病肾脏纤维化发病机制的研究，主持国自然青年基金、博士后面上项目和省级基金，入选2022年广东省科协青年科技人才培育计划，担任Frontiers in Pharmacology期刊编委。近5年来以第一作者或共同第一作者发表6篇SCI论文，其中IF>40分1篇，IF>10分2篇，第一作者累计影响因子86分。

什么是纤维化生态位？

现有数据表明，肾脏纤维化并非均匀的分布在整个肾实质中，而是分布在局部，并且不随机。在纤维化初期，病灶与正常组织之间有明显边界，在肾活检中清晰可见（图1 A）。有学者猜想肾脏纤维化始发于独特的组织微环境或纤维化生态位（fibrogenic niche）。目前的研究显示，纤维化生态位也出现在肝脏和肺脏，提示不同器官纤维化形成过程的相似性。

肾脏纤维化的形成是一个循序渐进的过程，纤维化生态位的形成伴随着ECM的逐渐沉积和扩张，导致病灶的形成，最终引起整个组织和器官的纤维化。纤维化生态位形成与一系列复杂和高度动态的细胞事件相关，包括肾小管细胞损伤、炎症细胞浸润、肌成纤维细胞活化、小管萎缩和微血管稀疏化（图1 B）。成纤维细胞和血管周细胞开始增殖，通过表达平滑肌肌动蛋白（-αSMA）获得肌成纤维细胞表型，成为主要的基质产生细胞。成纤维细胞的活化伴随炎症细胞的浸润，如中性粒细胞、淋巴细胞和巨噬细胞。小管上皮细胞也发生多种变化，进而使小管萎缩。毛细血管内皮细胞也容易损伤，发生衰老和凋亡，造成微血管稀疏。上述所有的变化都可通过分泌ECM成分、细胞外囊泡、可溶性因子以及代谢产物等方式促进纤维化生态位的形成和纤维化进展。

图1 肾脏纤维化生态位示意图

备注：图A中黑色圈中为纤维化生态位，与周边正常组织有明显差异，边界清晰可见；而图B则是纤维化生态位常见的细胞和因子展示。

肾纤维化生态位的细胞和分子组成可见图2。

图2 肾纤维化生态位的细胞和分子组成

哪些因素可以影响纤维化生态位？

ECM网络与纤维化生态位密切相关，在纤维化生态位的建立中起到重要作用。刘友华教授团队研发了一种新型技术，从健康肾和纤维化肾中制备脱细胞肾组织支架（KTS），用来分析正常和CKD患者肾脏ECM成分。KTS清除了细胞内容物、细胞外囊泡和可溶性因子，但保留了ECM的3D结构和组成。在大约鉴定1000种蛋白后，可将蛋白分为四类：基质细胞蛋白、ECM结构蛋白、蛋白聚糖和基质修饰蛋白。值得注意的是，与正常肾脏相比，CKD患者的肾脏ECM中，基质细胞蛋白上调最多，表明它们对纤维化生态位形成的贡献最大。具体而言，有7种基质细胞蛋白对肾纤维化生态位的影响最大，见表1。

表1 对肾纤维化生态位影响最大的7种蛋白

纤维化生态位与肾脏疾病

纤维化生态位与肾脏疾病的联系非常紧密，除了激活成纤维细胞，促进肾脏纤维化外，纤维化生态位还对小管损伤、炎症、血管稀疏以及细胞间通讯有明确影响；上述作用会进一步促进肾脏损伤，对患者肾功能产生不利影响。

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成纤维细胞活化，以-αSMA表达和大量ECM的生成为特征，是肾脏纤维化过程中最重要的事件。除可溶性因子如TGFβ1、FGF2、PDGF等对成纤维细胞活化有影响外，其他不溶性ECM蛋白也会促进成纤维细胞活化。例如，若ECM富含肌腱蛋白C，则会促进成纤维细胞活化，自发增殖。此外，外源性肌腱蛋白C也可促进体内成纤维细胞增殖。

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在纤维化生态位中，肾小管上皮细胞发生部分EMT，并出现衰老和凋亡等变化，最终导致小管萎缩。目前的研究发现，当原代肾小管上皮细胞或肾小管细胞系在富含肌腱蛋白C的KTS中培养时，它们会发生部分EMT。在体外研究中也发现类似情况。在动物模型中，纤维化生态位与CKD小鼠肾小管损伤密切相关。

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炎症是肾脏纤维化的重要组成部分，纤维化生态位会促进炎症细胞的浸润。当巨噬细胞接种在纤维化肾脏的KTS上时，巨噬细胞会增殖并分泌促炎细胞因子。此外，其他几种ECM蛋白也被证明在纤维化过程中促进炎症细胞浸润。据报道，巨噬细胞向成纤维细胞转化也主要发生在纤维化生态位中，并可能在纤维化生态位的形成中发挥重要作用。

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血管稀疏化是由内皮细胞功能障碍或脱落引起的，是晚期肾纤维化的标志。虽然很多既往研究集中于可溶性血管生成因子，如血管内皮生长因子（VEGF）的失调，但是，最近有研究表明纤维化生态位对血管稀疏化有重要作用。当将人内皮细胞接种于纤维化肾脏的KTS上时，这些细胞发生了凋亡。体外研究发现，纤维化生态位可诱导内皮细胞的凋亡，并抑制其增殖。这表明，纤维化生态位对内皮细胞是一个不利的微环境，进而引起血管稀疏化。

纤维化生态位对临床的启示

纤维化生态位的概念有可能改变了现有肾脏纤维化发生和发展的观点。现有观点强调特定细胞通路的重要性，如TGFβ与Wnt/β-catenin通路，以及不同细胞的重要性。纤维化生态位则更关注肾脏组织损伤后，微环境的形成和演化。这将有利于新的生物标志物的识别和新药物的开发。

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潜在的生物标志物的检测来源和备注如表2所示。

表2 肾脏纤维化潜在的生物标志物

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目前，尚无针对肾脏纤维化特定的治疗方案被批准。体外研究主要集中于测试药物能否抑制特定的纤维化信号通路，并没有针对纤维化生态位的药物。

值得注意的是，来自于纤维化肾脏的脱细胞KTS可靠地模拟了体内纤维化生态位，因此，KTS可以作为一个独特的体外筛选平台，帮助识别抗纤维化药物。成纤维细胞接种在KTS上时，能自发激活、增殖并产生大量的ECM。利用猪等大型动物模型的纤维化肾脏，可以提取数量可观的KTS，并用于大规模体外筛选。已有学者通过KTS发现了一种破坏肾脏纤维化生态位的小分子化合物（研究尚未发表）。这表明，KTS有可能将来替代体外细胞培养和实验动物来筛选和研发抗纤维化药物。

纤维化生态位的概念可能打破现有CKD的治疗理念。目前CKD的治疗为减缓或延迟疾病进展，但不能阻断或逆转肾纤维化。此外，针对肾纤维化的策略主要集中在调节ECM生成和降解的相关酶，包括ECM生物合成酶和对应分子伴侣，以及参与胶原交联和组装的酶。然而，由于这些酶通常有多种生物学功能，因此靶向它们治疗可能会引发免疫反应或其他不良反应。

由于纤维化生态位是肾脏纤维化启动的关键步骤，靶向和破坏纤维化生态位可能是一种有效的策略。不同于针对单个致病过程或单一信号通路的策略，针对纤维化生态位可能完全阻止纤维化发生发展。虽然，目前没有相关药物问世，但是针对纤维化生态位的药物具有潜在的广阔前景。

文献索引：

Li L, Fu H, Liu Y. The fibrogenic niche in kidney fibrosis: components and mechanisms. Nat Rev Nephrol. 2022 Sep; 18(9): 545-557.