急性肾小管坏死(ATN)在临床上十分常见，其发病率多年来居高不下，病死率仍高达50%以上。以往研究表明，ATN时肾脏具有强大的代偿及损伤修复能力，在一定程度的损伤后，其形态及功能可完全恢复正常。因此，近年来，肾小管上皮细胞损伤与修复的细胞与分子生物学机理成为有关ATN研究的特点，人们期望能通过对肾小管上皮细胞生物学行为的深入认识，为寻找对ATN行之有效的治疗方法提供新的思路。

一、ATN时肾小管上皮细胞损伤机理

临床上ATN最常见的病因为急性缺血或中毒性肾损伤，主要累及近端肾小管上皮细胞。损伤后的细胞发生生化代谢紊乱，表现为细胞内三磷酸腺苷(ATP)减少、钙离子增多、Na⁺-K⁺-ATP等重要酶类功能减退、而磷脂酶和蛋白酶被活化。损伤后的细胞正常结构破坏，表现为细胞内线粒体、内质网及溶酶体等细胞器肿胀、变性或破坏，细胞骨架失去正常排列，细胞管腔侧的微绒毛结构消失，最终细胞凋亡或坏死，从肾小管基底膜脱落而进入肾小管管腔，造成肾小管阻塞。目前的研究发现，肾小管上皮细胞损伤过程及其导致的病变主要与下述三方面细胞生物学变化有关。

1.粘附分子：粘附分子是一组存在于细胞表面的糖蛋白，介导细胞与细胞、细胞与基质间的相互作用。其中整合素在ATN的发病中起重要作用。整合素是由α、β二个亚单位非共价结合而成的异二聚体，它可通过细胞外结构域与其配体结合，其细胞内结构域与细胞骨架相连。研究表明，近端肾小管上皮细胞可表达α₁β₁、α₂β₁、α₃β₁和α₆β₁整合素。在生理状态下，β₁整合素主要分布于肾小管上皮细胞膜的基底侧，可通过识别RGD(Arg-Gly-Asp)序列而与细胞外基质中的配体相结合。

缺血及氧化剂处理可使整合素在肾小管上皮细胞的腔面膜及其底侧膜变为随机分布，还使其出现在管腔中的单个脱落细胞或聚集团细胞中。Liebrthal等对小鼠近端肾小管细胞(MPTC)研究发现，耗竭细胞内的ATP可使β₁整合素重分布到腔面膜，此时用RGD肽包被的珠子或悬液中的MPTC仍可粘附到受损细胞表面；但若加入游离RGD肽则可阻断其粘附，提示重分布后的整合素仍具有介导细胞间粘附功能^［1］。整合素的重分布削弱了肾小管上皮细胞与基质的相互作用，使细胞从基底膜上解离、脱落，而脱落的细胞又可通过整合素相互粘附聚团或与未脱落的细胞粘附，造成肾小管梗阻。给缺血性肾功能衰竭大鼠肾动脉内注射RGD肽，并不能改变治疗组与对照组细胞坏死和细胞增殖的程度，但治疗组尿中多为单个细胞，聚团细胞减少，组织学检查无肾小管扩张、梗阻轻微，且其血肌酐浓度降低、肌酐清除率恢复加速^［2］。因此，RGD肽可能通过封闭健存或脱落细胞表面的整合素结合位点，达到防止细胞间粘附、聚团、进而减轻肾小管梗阻、促进肾功能恢复的治疗作用。

ATN时常伴有肾间质中性粒细胞浸润为主要表现的急性炎症反应。细胞间粘附分子-1(ICAM-1)及其配体CD11/CD18介导中性粒细胞从循环进入组织内，缺血时，二者表达上调，亲和力增加。抗ICAM-1抗体及ICAM-1的反义寡核苷酸均可显著减轻组织损伤及肾功能受损，对ATN具有保护作用^［3］，同样，抗CD11a和CD11b抗体也可有效地减少肾小管上皮细胞坏死，降低血肌酐升高的幅度。

2.细胞骨架：肾小管上皮细胞结构及功能的完整性有赖于细胞骨架的正确排布，微丝是细胞骨架的主要成份，在肾小管上皮细胞极性及微绒毛的形成中起重要作用，此外，它也参予上皮细胞间紧密连接功能的维持。在非肌性细胞中，微丝主要以可溶性球形肌动蛋白

(G-actin)和丝样肌动蛋白(F-actin)二种可互相转变的形式存在。

研究发现，缺血5分钟可使微绒毛处F-actin显著减少；缺血15分钟，肾小管腔中可见片状脱落的F-actin，缺血50分钟时腔面膜F-actin几乎全部消失。用细胞粗驰素D特异性使F-actin解聚可见与缺血造成的病理改变相同，同时肾小管上皮细胞对钠离子、锂离子的吸收减少；当体外培养的近端肾小管上皮细胞缺氧时，腔面F-actin显著减少，而核周F-actin呈团块状堆积，细胞对甘露醇的通透性增加，表明在细胞骨架改变的同时，确实可使细胞结构及功能受损。另有研究发现，缺血还可使与细胞骨架相连的Na⁺-K⁺-ATP酶减少，由于细胞间紧密连接破坏，导致Na⁺-K⁺-ATP酶从基底侧细胞膜再分布到腔面膜。因此，在急性缺血性损伤时，部分细胞受到亚致死性损伤后虽然可以继续存活，但其功能可发生明显改变。近年来的研究发现，存在于胞浆内的Ca²⁺依赖型胱氨酸蛋白酶Calpain参与细胞骨架蛋白、膜锚定蛋白的分解，在缺氧导致的大鼠近端肾小管损伤中，Calpain活性增加与浆膜结构损害相关，应用不同的胱氨酸蛋白酶抑制剂具有膜保护作用^［4］。

缺血/再灌注损伤还可使肾小管上皮细胞内另一细胞骨架成份微管解聚、分节、排列紊乱。微管解聚不仅可使细胞结构及功能受损，而且还可激活丝裂原活化蛋白激酶及核因子κ B，影响某些基因的表达，促进DNA的合成、使细胞增殖。因此，微管解聚在缺血/再灌注的损伤以及修复过程中可能也具有一定的作用。

3.细胞凋亡：细胞凋亡是细胞死亡的另一种形式。凋亡细胞的细胞膜完整、细胞内容物不释放，可很快被周围具有吞噬功能的细胞所吞噬，不引起周围组织的损伤或炎症反应。它是机体排除衰老或损伤细胞，防止细胞异常增殖的平衡机制之一。

ATN时局部TNF-α分泌增多、生长因子EGF减少、肾小管上皮细胞与基底膜粘附减弱、上皮细胞间粘附破坏均可诱导肾小管上皮细胞发生凋亡。缺血及庆大霉素造成的急性肾功能衰竭，肾组织内均可见凋亡小体。高浓度(1mmol/L)

顺铂可使体外培养的近端肾小管细胞发生坏死，而低浓度(10 μmol/L)则可诱导细胞凋亡。同样，化学性缺氧使细胞内ATP降至正常的5%～10%以下时，可引起细胞坏死，但当ATP仅轻度减少时，细胞表现为凋亡。因此，肾小管上皮细胞对于损伤的反应是坏死还是凋亡，可能与其损伤的严重程度有关。另外，在缺血或庆大霉素所致ATN的肾小管上皮细胞修复过程中也可见凋亡小体；ATN后，再生区肾小管细胞Fas表达明显上调^［5］，证明细胞凋亡也是肾小管上皮细胞修复过程中机体清除多余新生细胞、维持细胞数量衡定的重要机制之一。晚近，一组新发现的胱氨酸蛋白酶caspases被证实在细胞凋亡过程中具有重要作用，在缺血再灌注肾小管损伤中其不同亚类的mRNA和蛋白表达增加，抑制caspases活性对肾小管损伤有保护作用^［6］。

二、肾小管上皮细胞损伤修复机理

缺血或肾毒性物质造成肾小管上皮细胞损伤后，其修复的程度、开始及持续的时间随损伤程度而异。肾功能的完全恢复主要取决于存活的肾小管上皮细胞增殖、恢复肾小管结构及功能的完整性这一修复过程。近年来的研究表明，生长因子EGF、IGF-1及HGF通过加速细胞周期进行、促进细胞增殖可加速ATN的恢复。ATN的修复过程几乎是肾脏胚胎发育过程的重演，需要经历细胞表型转化(即去分化)、细胞增殖和细胞分化三个过程。

1.肾小管上皮细胞的表型转化：正常成熟的肾小管上皮细胞没有增殖能力，只有未分化的不成熟细胞才具有增殖潜能。研究证实，在缺血和/或肾毒性物质引起肾小管上皮细胞坏死后，其周围存活的细胞表型迅速转化，细胞内一些与成熟表型有关基因的表达关闭，而另一些仅在胚胎期未分化细胞表达、而在细胞成熟后表达关闭的基因又重新表达。转录因子kid-1的mRNA水平随大鼠肾脏发育成熟，表达量逐渐增高，因此，被认为是近端肾小管上皮细胞分化成熟的标志蛋白。缺血30分钟可使肾组织kid-1 mRNA迅速减少，并持续到再灌注后96小时，至再灌注7天时才能恢复正常^［7］。在缺血和肾毒性损伤后，其它仅在成熟肾脏高表达的基因(如Tamm-Horsfall及prepro-EGF)表达量也显著减少。中间丝蛋白vimentin通常仅在肾脏胚胎发育过程中肾单位形成早期阶段的上皮细胞表达，当肾小管上皮细胞分化成熟后，这个基因的表达关闭。缺血40分钟并再灌注24小时后，vimentin在肾小管上皮细胞中可再次出现，再灌注16天时才全部消失。肾小管上皮细胞损伤时基因表达的改变，不仅反映细胞表型的逆转，而且与细胞内DNA合成有关。应用免疫组织化学技术对缺血和肾毒性损伤后的细胞分化标志及增殖标志研究证实，在修复过程中，细胞的表型转化与其同时进入细胞周期密切相关。PCNA是细胞进入细胞周期并增殖的标志性核蛋白。在缺血/再灌注及庆大霉素引起的肾损伤模型中，vimentin阳性的细胞，PCNA同时也为阳性^［8］。由此可见，当肾小管上皮细胞受损后，存活的细胞要经历所谓的“返祖”，即成熟细胞的去分化，从成熟表型转化为不成熟表型，正是这种不成熟的细胞才能进入细胞周期增殖，最终恢复肾小管结构及功能的完整性。

2.细胞增殖：细胞只有进入细胞周期才能完成DNA的合成及有丝分裂。细胞周期受细胞周期调节蛋白即细胞周期素(cyclin)和细胞周期素依赖的激酶(CDK)控制。不同的cyclin-CDK复合物只在细胞周期的特定阶段表达，如：cyclin D在G1早期表达，调节细胞从G0期进入G1期，过表达可以缩短G1期；cyclinE在G1晚期表达，过表达也可以缩短G1期、并减少细胞周期进展对生长因子的需求，cyclin A在G1晚期升高，在S期和G2期达高峰，为DNA合成启动和持续所必需；cyclin B的合成在S期开始，在G2晚期和M期达高峰，cycli