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怎样看待目前在肾小管上皮细胞转分化问题上的争论

陆利民^*

复旦大学上海医学院生理与病理生理学系，上海 200032

摘要

所有慢性肾脏疾病，尽管病因各不相同，但在发展到终末期时，其共同的病理特征都是肾脏间质的弥漫性纤维化。纤维化的发生和发展，决定了肾脏疾病的归宿。近十五年来，在对肾脏纤维化发生机制的研究中，肾小管上皮细胞向间质样细胞转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)的发生机制及作用研究，无疑是研究的热点课题之一。
1995年，为了寻找各种细胞特异性的标志分子，Strutz等人[1]用差减消除杂交技术筛查到fibroblast-specific protein 1 (FSP-1)为间质成纤维细胞特异性表达蛋白之一。FSP-1在正常肾脏的系膜细胞和小管上皮细胞中均不表达，被认为是鉴定间质成纤维细胞的标记分子之一。在随后的研究中发现，促纤维化因子TGF-β等可诱导FSP-1阴性的肾小管上皮细胞转变成为FSP-1阳性细胞，这一过程称为肾小管上皮细胞向间质成纤维细胞的转分化。基于这一观察结果，Neilson等人[2]提出了一个大胆的推测：在肾组织纤维化的发生过程中，间质成纤维细胞的生成有赖于局部上皮细胞的转分化。可以毫不夸张地说，Neilson的这一假设开辟了对肾纤维化研究的新领域。在此后十五年的时间里，关于肾脏EMT的研究报道已超过260篇(不包括文献综述)。归纳已有的研究成果，主要集中在以下三个方面：(1)诱导肾小管上皮细胞发生转分化的细胞因子和病理因素的研究；(2) EMT发生的细胞信号通路及分子机制研究；(3)对各种动物模型和临床病理切片中EMT发生的检测及形态学观察等[3]。
Neilson提出这一假说是有其根据的。在胚胎发育中，肾小管上皮细胞源于间质细胞。间质细胞的特征是能够迁移、合成细胞外基质，并能分化成多种细胞。在胚胎发育的器官形成阶段，曾有多个轮次EMT/MET (mesenchymal-epithelial transition)的过程发生。肾小管上皮细胞转分化成间质成纤维细胞是细胞去分化的转变过程。成年以后，肾小管上皮细胞向间质细胞的转分化主要在病理条件下出现，此时EMT的发生，其意义主要是参与对肾脏损伤组织的修复；而在这一过程中，如果损伤修复调控不当，则可导致肾脏纤维化的发生。如果上皮细胞在转分化过程中去分化的程度更高，甚至可以引起细胞出现恶性改变，成为肿瘤细胞。其实，EMT参与肿瘤发生已在乳腺癌等一些肿瘤的发病中得到证实。
EMT是一个缓慢的转化过程，因此在整体中研究EMT是一个难点。在整体研究中，目前只能通过对不同模型及病理状态下各个时期细胞特异性标记分子的观察来进行判断，尚无法做到动态的持续性观察。对各种病人肾脏穿刺样本的观察，以及多种肾病模型的动物研究，如单侧输尿管结扎(unilaternal ureteral obstruction, UUO)、糖尿病肾病、肾毒血清肾炎、肾大部切除肾病、抗小管基底膜性肾炎、慢性移植性肾病、多囊肾、HIV相关性肾病等，都有发生EMT的报道。
随着细胞示踪技术的出现，用细胞示踪技术观察肾小管上皮细胞向间质成纤维细胞的转分化，成为观察EMT与肾脏纤维化最有效的手段。2002年，Iwano等人[4]用条件性基因打靶敲除技术(Cre-recombinase technology)建立了肾小管上皮细胞特异性表达LacZ的小鼠。通过LacZ基因表达示踪细胞来源，结果显示，在UUO小鼠模型中肾小管上皮细胞转分化成间质成纤维细胞，且推测36%的间质成纤维细胞来源于EMT。
然而，在2010年，同样是在UUO模型上，Humphreys 等人[5]用GFP和β-半乳糖苷酶示踪技术示踪肾小管上皮细胞，在肾脏间质成纤维细胞中没有观察到GFP或β-半乳糖苷酶阳性的细胞；而在离体培养的肾小管上皮细胞中，TGF-β的确能使肾小管上皮细胞表达间质成纤维细胞标记蛋白。于是，Humphreys等人得出结论：尽管在离体培养条件下肾小管上皮细胞可被诱导产生类似EMT的变化，但是在体情况下肾小管上皮细胞没有通过EMT过程生成间质成纤维细胞并参与肾脏纤维化。
Humphreys的这一结论几乎否定了以前所有关于肾脏EMT研究的报告，自然立刻引发了一场激烈争论。支持EMT的人在用已有的证据回击的同时，还不断提供新的实验资料证实EMT在肾脏纤维化中确实发生；而Humphreys等人则不断对这些研究中的缺陷和不足提出质疑，质疑的主要内容是细胞分子标记的特异性不足，转分化细胞不典型等。时至今日，这场争论仍未停息。
从整体研究角度来看，关于EMT的发生，无疑大家最希望看到的是肾小管上皮细胞在形态上转变成间质成纤维细胞，穿过肾小管基底膜，进入肾脏间质，发生增殖、分化，并合成大量细胞外基质。然而，这是一个缓慢发生的病理过程，以现有的研究技术和手段，在人体或动物上研究，无论用何种技术进行示踪，也只能通过对各个病理时期的切片观察来判断EMT是否发生。然而这里存在一个问题，就是说，一方面，如果发生了EMT，最好能观察到典型的间质成纤维细胞，即这个细胞不再表达上皮细胞的标记分子，否则就不能认为是典型的EMT；但另一方面，肾小管上皮细胞发生转分化后，最好能继续表达上皮细胞标记分子，表明其来源是上皮细胞。显然，这是相互矛盾的。
细胞转分化是一个非常宽泛的概念，是表现某一种形态和功能的细胞转化成为另外一种形态和功能的细胞。从这一角度看，肾小管上皮细胞在病理条件下的转分化不是一个0和1的跳跃过程，相反，是一个连续性的转变过程。既然转分化是一个持续的动态过程，那么就会有各种处于中间状态的细胞。由此来看，转分化的细胞是否具备了典型成纤维细胞特征，在转分化过程中，标记分子是否绝对可靠就显得不是那么重要了。不可否认的是，在病理条件下，肾小管上皮细胞的确出现了形态与功能的改变。学术争论是推动科学研究进步的动力，可是，在争论肾小管上皮细胞是否能生成典型的间质成纤维细胞，以及有多少间质成纤维细胞来源于肾小管上皮细胞转分化的时候，有人也许忽略了另外一个问题，即肾小管上皮细胞在肾脏中最重要的功能不是在病理条件下通过转分化参与肾脏的修复，而是对肾小管内各种物质的转运和对水、电解质平衡的调控。在病理条件下，即使肾小管上皮细胞通过转分化生成的间质成纤维细胞不是那么典型，转分化的肾小管上皮细胞对间质纤维化的贡献也可能并不是那么重要，但是发生EMT的肾小管上皮细胞丧失了它原有的主要功能，这也许是导致肾脏功能减退更重要的原因，应该更值得我们关注。

怎样看待目前在肾小管上皮细胞转分化问题上的争论

陆利民^*

复旦大学上海医学院生理与病理生理学系，上海 200032

Abstract

所有慢性肾脏疾病，尽管病因各不相同，但在发展到终末期时，其共同的病理特征都是肾脏间质的弥漫性纤维化。纤维化的发生和发展，决定了肾脏疾病的归宿。近十五年来，在对肾脏纤维化发生机制的研究中，肾小管上皮细胞向间质样细胞转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)的发生机制及作用研究，无疑是研究的热点课题之一。
1995年，为了寻找各种细胞特异性的标志分子，Strutz等人[1]用差减消除杂交技术筛查到fibroblast-specific protein 1 (FSP-1)为间质成纤维细胞特异性表达蛋白之一。FSP-1在正常肾脏的系膜细胞和小管上皮细胞中均不表达，被认为是鉴定间质成纤维细胞的标记分子之一。在随后的研究中发现，促纤维化因子TGF-β等可诱导FSP-1阴性的肾小管上皮细胞转变成为FSP-1阳性细胞，这一过程称为肾小管上皮细胞向间质成纤维细胞的转分化。基于这一观察结果，Neilson等人[2]提出了一个大胆的推测：在肾组织纤维化的发生过程中，间质成纤维细胞的生成有赖于局部上皮细胞的转分化。可以毫不夸张地说，Neilson的这一假设开辟了对肾纤维化研究的新领域。在此后十五年的时间里，关于肾脏EMT的研究报道已超过260篇(不包括文献综述)。归纳已有的研究成果，主要集中在以下三个方面：(1)诱导肾小管上皮细胞发生转分化的细胞因子和病理因素的研究；(2) EMT发生的细胞信号通路及分子机制研究；(3)对各种动物模型和临床病理切片中EMT发生的检测及形态学观察等[3]。
Neilson提出这一假说是有其根据的。在胚胎发育中，肾小管上皮细胞源于间质细胞。间质细胞的特征是能够迁移、合成细胞外基质，并能分化成多种细胞。在胚胎发育的器官形成阶段，曾有多个轮次EMT/MET (mesenchymal-epithelial transition)的过程发生。肾小管上皮细胞转分化成间质成纤维细胞是细胞去分化的转变过程。成年以后，肾小管上皮细胞向间质细胞的转分化主要在病理条件下出现，此时EMT的发生，其意义主要是参与对肾脏损伤组织的修复；而在这一过程中，如果损伤修复调控不当，则可导致肾脏纤维化的发生。如果上皮细胞在转分化过程中去分化的程度更高，甚至可以引起细胞出现恶性改变，成为肿瘤细胞。其实，EMT参与肿瘤发生已在乳腺癌等一些肿瘤的发病中得到证实。
EMT是一个缓慢的转化过程，因此在整体中研究EMT是一个难点。在整体研究中，目前只能通过对不同模型及病理状态下各个时期细胞特异性标记分子的观察来进行判断，尚无法做到动态的持续性观察。对各种病人肾脏穿刺样本的观察，以及多种肾病模型的动物研究，如单侧输尿管结扎(unilaternal ureteral obstruction, UUO)、糖尿病肾病、肾毒血清肾炎、肾大部切除肾病、抗小管基底膜性肾炎、慢性移植性肾病、多囊肾、HIV相关性肾病等，都有发生EMT的报道。
随着细胞示踪技术的出现，用细胞示踪技术观察肾小管上皮细胞向间质成纤维细胞的转分化，成为观察EMT与肾脏纤维化最有效的手段。2002年，Iwano等人[4]用条件性基因打靶敲除技术(Cre-recombinase technology)建立了肾小管上皮细胞特异性表达LacZ的小鼠。通过LacZ基因表达示踪细胞来源，结果显示，在UUO小鼠模型中肾小管上皮细胞转分化成间质成纤维细胞，且推测36%的间质成纤维细胞来源于EMT。
然而，在2010年，同样是在UUO模型上，Humphreys 等人[5]用GFP和β-半乳糖苷酶示踪技术示踪肾小管上皮细胞，在肾脏间质成纤维细胞中没有观察到GFP或β-半乳糖苷酶阳性的细胞；而在离体培养的肾小管上皮细胞中，TGF-β的确能使肾小管上皮细胞表达间质成纤维细胞标记蛋白。于是，Humphreys等人得出结论：尽管在离体培养条件下肾小管上皮细胞可被诱导产生类似EMT的变化，但是在体情况下肾小管上皮细胞没有通过EMT过程生成间质成纤维细胞并参与肾脏纤维化。
Humphreys的这一结论几乎否定了以前所有关于肾脏EMT研究的报告，自然立刻引发了一场激烈争论。支持EMT的人在用已有的证据回击的同时，还不断提供新的实验资料证实EMT在肾脏纤维化中确实发生；而Humphreys等人则不断对这些研究中的缺陷和不足提出质疑，质疑的主要内容是细胞分子标记的特异性不足，转分化细胞不典型等。时至今日，这场争论仍未停息。
从整体研究角度来看，关于EMT的发生，无疑大家最希望看到的是肾小管上皮细胞在形态上转变成间质成纤维细胞，穿过肾小管基底膜，进入肾脏间质，发生增殖、分化，并合成大量细胞外基质。然而，这是一个缓慢发生的病理过程，以现有的研究技术和手段，在人体或动物上研究，无论用何种技术进行示踪，也只能通过对各个病理时期的切片观察来判断EMT是否发生。然而这里存在一个问题，就是说，一方面，如果发生了EMT，最好能观察到典型的间质成纤维细胞，即这个细胞不再表达上皮细胞的标记分子，否则就不能认为是典型的EMT；但另一方面，肾小管上皮细胞发生转分化后，最好能继续表达上皮细胞标记分子，表明其来源是上皮细胞。显然，这是相互矛盾的。
细胞转分化是一个非常宽泛的概念，是表现某一种形态和功能的细胞转化成为另外一种形态和功能的细胞。从这一角度看，肾小管上皮细胞在病理条件下的转分化不是一个0和1的跳跃过程，相反，是一个连续性的转变过程。既然转分化是一个持续的动态过程，那么就会有各种处于中间状态的细胞。由此来看，转分化的细胞是否具备了典型成纤维细胞特征，在转分化过程中，标记分子是否绝对可靠就显得不是那么重要了。不可否认的是，在病理条件下，肾小管上皮细胞的确出现了形态与功能的改变。学术争论是推动科学研究进步的动力，可是，在争论肾小管上皮细胞是否能生成典型的间质成纤维细胞，以及有多少间质成纤维细胞来源于肾小管上皮细胞转分化的时候，有人也许忽略了另外一个问题，即肾小管上皮细胞在肾脏中最重要的功能不是在病理条件下通过转分化参与肾脏的修复，而是对肾小管内各种物质的转运和对水、电解质平衡的调控。在病理条件下，即使肾小管上皮细胞通过转分化生成的间质成纤维细胞不是那么典型，转分化的肾小管上皮细胞对间质纤维化的贡献也可能并不是那么重要，但是发生EMT的肾小管上皮细胞丧失了它原有的主要功能，这也许是导致肾脏功能减退更重要的原因，应该更值得我们关注。

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通讯作者：陆利民　　E-mail:

引用本文：

陆利民. 怎样看待目前在肾小管上皮细胞转分化问题上的争论[J]. 生理学报 2011; 63 (6): 613-614.

陆利民. 怎样看待目前在肾小管上皮细胞转分化问题上的争论. Acta Physiol Sin 2011; 63 (6): 613-614 (in Chinese with English abstract).