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肾脏衰老的功能变化及发生机制

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老年医学与保健2016年第22卷第6期Geriatr Health Care,2016,Vo1.22.No.6 ・述 评・ 肾脏衰老的功能变化及发生机制 张伟光贾林沛 白雪源 【中图分类号】R339.3 8【文献标识码】A【文章编号】1008—8296(2016)-06—329-03 DOI:10.3969 ̄.issn.1008—8296.2016.06.01 衰老是一个伴随器官功能逐步衰退的复杂过程 。 随着年龄增长,肾脏出现诸多生理学及病理学改变, 并导致肾脏功能减退,推动机体衰老进程。阐明肾脏 衰老的发病机制,预防和延缓肾脏衰老是减少衰老肾 脏相关疾病发病的重要环节。 1肾脏衰老的生理学与病理学改变 健康老年人的肾血流量较年轻人减少约40%。人 球小动脉收缩强于出球小动脉从而增强残余肾小球的 超滤,由于肾皮质中肾血流减少引起髓质血流相对增 加,衰老肾脏肾小球中的压力增加而导致肾小球硬 化 。老年肾脏中血管收缩物质可能使得已经受损的 血流量进一步降低。衰老肾脏循环高度依赖于血管舒 张物质前列腺素,这可能是老年个体表现出更高危险 的非甾体抗炎药物诱导的肾损伤原因。 肌酐清除率随年龄增加而降低(7.5~10 mL/ min/10年)。纵向研究表明,不同个体随年龄增加肾 小球滤过率(glomerular fd'tration rate,GFR)变化表 现出较大差异。接近1/3的人GFR不变,1/3表现出 轻度降低,还有1/3表现为显著降低。老年人肌酐生 成降低,而肾小管中肌酐的分泌增加。因此,尽管衰 老肾脏的GFR降低,血清肌酐水平仍保持稳定,导 致血肌酐作为老年人肾功能标志物的敏感性较差。老 年人肝代谢能力降低,肾脏的排泄能力降低,药物的 代谢和清除受损。药物的药代动力学改变使得衰老肾 脏经常遭受持续的高药物浓度影响,同时衰老肾脏对 于药物的肾毒性易感性增加,导致老年人易于发生药 物相关的肾损害。因此,老年人用药时应当以最低药 物剂量起步并逐渐增加剂量。老年人尿液酸化和酸排 泄不足,易于受到缺血性损伤,同时从急性损伤中恢 基金项目:国家重点研发计划(2016YFA0101002);国家f1然科学基 金(81570659) 作者单位:100853北京市,总医院。肾病科,肾脏疾病国家重点 实验室 通讯作者:白雪源,E—mail:xueyuan bai@163.com 白雪源教授 复的能力受损,损伤后重建能力障碍,在缺血性损伤 后凋亡增加”】。 衰老个体肾脏中的红细胞生成素(erythropoietin, EPO)产生减少,贫血发生率增加。健康老年个体血 清EPO水平相对较高,与贫血的年轻个体相比,EPO 水平在贫血的老年患者中被抑制,外周循环的胰岛素 接近50%在肾脏中清除。老龄肾功能障碍导致胰岛素 清除率降低。慢性肾功能不全相关的甲状旁腺激素过 量导致表现出胰岛素分泌受损和人体糖耐量受损。慢 性肾病患者交感神经系统活性增强,交感神经系统慢 性激活可能促进动脉硬化伴随更严重的动脉疾病。 衰老肾脏的病理特征包括肾小球硬化、肾小管萎 缩和肾小管间质纤维化。受衰老的影响肾皮质变薄, 而髓质相对不变。肾小球硬化和肾小管萎缩引起肾单 位显著减少,而未受影响的肾单位代偿性肥大。肾小 球内不同细胞均受衰老影响。肾小球系膜细胞和内皮 细胞减少的趋势在70岁以后更加显著。肾脏衰老时 小动脉中的纤维增生,导致肾小球硬化及随后的局部 肾小管萎缩和间质纤维化。而高血压和糖尿病能加速 衰老肾脏的病理改变。 衰老肾脏经常观察到管状憩室,可能是肾脏囊肿 的原因。衰老肾脏中的血管缺损与肾实质缺氧及对缺 氧的反应改变有关。缺氧程度与衰老相关的肾小管间 质损伤呈正相关。组织缺氧诱导低氧诱导因子(hypoxia inducible factor,HIFs)的积累,通过调节缺氧应答 基因如血管内皮生长因子和EPO。激活HIFs可以保 护衰老肾脏免于肾脏缺氧。在单侧输尿管梗阻模型中 肾小管HIF—la缺失能改善肾脏纤维化。 2肾脏衰老的发生机制 2.1热量摄人延缓肾脏衰老的机制 热量 摄人可以延缓器官衰老、降低衰老相关疾病的发生发 展,延长多种模式生物包括酵母、果蝇和p ̄igL动物的 寿命。热量介导的有益效应有诸多的分子参与, 例如SIRT(sirtuin 1)、AMPK(adenosine monophos一 ・329・ 老年医学与保健2016年第22卷 6期Geriatr Health Care,2016,Vo1.22.No.6 phate—activated protein kinase,腺苷单磷酸盐激活蛋白 激酶)、NaDC3(high—afinifty sodium-dependent dicar— boxylate cotransporter,高亲和力钠依赖二羧酸转运蛋 小球中,足细胞是终末分化的有丝后细 胞。它们的再生能力有限,非常需要通过自噬作用清 除损伤或衰老的生物大分子和细胞器。与其他肾脏和 白)等,而SIRT1在其中起到重要作用。SIRT是一 组依赖于NAD(nicotinamide adenine dinucleotide,烟 酰胺腺嘌呤二核苷酸)的组蛋白去乙酰化酶家族,可 非肾脏细胞类型不同,足细胞具有高水平的基础自噬 活性,这表明自噬在这种细胞类型中具有重要功能。 此外,足细胞特异性缺失Atg5基因(Autophagy related proteins,自噬相关蛋白)可导致蛋白尿、足细胞损失 和衰老相关的肾小球硬化,从而证明自噬对维持足细 胞功能具有重要的作用。A鸣5敲除的足细胞显示出典 作为细胞内能量代谢、氧化状态的感受器,是能量代 谢的主控开关。热量可能会提高大多数组织包括 肾脏SIRT1的活性 l。 SIRT1在老年。肾组织中表达下降,热量摄人 型的衰老相关改变如脂褐素积累、氧化蛋白增加、多 可增加肾脏SIRT1表达,延缓衰老;而高热量饮食可 以抑制SIRT1表达。AMPK作为另一种能量代谢感受 器,其过表达能使线虫的寿命延长13%,二甲双胍能 激活AMPK,应用二甲双胍可减缓线虫衰老速度,恢 复健康状态,二甲双胍使果蝇的寿命增加30%。 NaDC3过表达也可以促进肾脏衰老,主要是通 过促进三羧酸循环中间产物转运、降低细胞中NAD+ /NADH比值从而抑制NAD+依赖的SIRT1酶活性并 促进肾脏衰老。在秀丽隐杆线虫饮食中添加毡一酮戊二 酸,可延长寿命50%,o【一酮戊二酸可能起到和饮 食类似的延缓衰老作用。SIRT1转基因鼠表现出和热 量相似的表型。热量的益处在灵长类动物中 得到证实,但热量和SIRT1激活在延缓肾脏衰老 和促进长寿中的有益作用在人体中尚未得到验证。意 大利对783例65岁老人进行历时9年研究发现,饮 用红酒不能降低罹患心脏病和癌症的风险,也没有延 长寿命。 2.2肾脏中Klotho的抗衰老机制 Klotho是编码单 跨膜蛋白klotho的抗衰老基因,主要在肾脏中表达。 通过多种机制(例如抗氧化、抗衰老、抗自噬和许多 信号通路的调节,包括胰岛素样生长因子和Wnt)起 到抑制衰老的作用。Klotho基因中的突变可以导致人 类衰老的多种表型。此外与对照组小鼠相比,小鼠 Klotho基因过表达表现出寿命的延长。且Klotho基因 在磷和磷酸钙运输的调节中起着重要作用。膜结合的 Klotho作为成纤维细胞生长因子(fibroblast growth factor,FGF)23的专性共同受体发挥作用,并且小 鼠Klotho或FGF23的任何缺陷能导致磷酸盐累积和 过早老化,Klotho缺失激活wm表达并促进干细胞衰 老和活性降低,由此触发组织萎缩和纤维化 。 2.3自噬在肾脏衰老中的作用 肾脏对衰老相关的肾 损伤例如肾小管萎缩、间质性纤维化和肾小球硬化特 别敏感。老年个体对局部缺血和中毒性应激特别敏感, 并且表现出高比率的终末期肾病和慢性肾脏疾病。 ・330・ 聚化泛素聚集体和SQSTM1蛋白聚集增加 。因此, 自噬活性下降可能导致受损细胞器和衰老相关性修饰 蛋白无法得到及时清除,在细胞中聚集从而促进细胞 衰老。 2.4 mTOR信号通路与肾脏衰老雷帕霉素靶蛋白 (mammalian target of rapamycin,mTOR)是细胞生长 的重要环节。衰老大鼠的肾脏中mTOR表达增 高,且体外培养的大鼠系膜细胞中mTOR的表达也随 着代数而升高。而用mTOR抑制剂雷帕霉素和激动剂 L一亮氨酸分别干预,结果显示雷帕霉素组的细胞衰老 速度明显减慢,而L一亮氨酸组的细胞衰老速度加快, 说明mTOR确实参与到肾脏衰老的机制中,并可能通 过促进蛋白质合成、引起细胞肥大及诱导细胞周期 G1/S期阻滞而促进细胞衰老。雷帕霉素能使小鼠寿 命延长9%~14%,改善衰老小鼠记忆力、探索欲、心 脏功能、肝功能,也能改善老年人行走能力,提高免 疫反应。 2.5 RAAS系统与肾脏衰老的关系 肾素一血管紧张 素一醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system, RAAS)与肾脏衰老密切相关。与其他非RAAS阻断 治疗相比,用血管紧张素转化酶抑制剂(angiotensin— converting enzyme Inhibitors,ACEI)或血管紧张素受 体阻断剂(angiotensin receptor blockers,ARB)干预 可明显降低肾脏衰老及衰老相关肾损伤的进展。与传 统RAAS阻滞剂相比,一些新的RAAS系统阻滞剂如 醛固酮合酶抑制剂、肾素抑制剂、胰岛素调节膜氨肽 酶,并未表现出明显的优势。而RAAS受体阻滞剂和 内皮素阻断剂或利尿钠肽激活剂的合用可以提高传统 RAAS阻断剂的功效[7-8]。 2.6于细胞与肾脏衰老用干细胞治疗的肾脏疾病动 物模型已经获得受益,这些干细胞包括:胚胎干细胞、 诱导多能下细胞、羊水来源的干细胞、内皮祖细胞、 问充质干细胞(mesenchymal stem cell,MSC)和肾 祖细胞[9-10]0而MSCs成为治疗肾脏衰老及老年相关 老年医学与保健2016年第22卷第6期Geriatr Health Care,2016,Vo1.22.No.6 n p 肾病疾病最有希望的细胞类型[1ll ̄MSCs对于肾脏的 『71 Romero CA,Orias M,Weir MR.Novel RAAS agonists and 益处主要通过旁分泌和免疫调节机制介导。肾脏祖细 antagonists:clinical applications and controversies【JJ.Nat Rev Endocrinol,2015,l1(4):242—252. 胞存在于肾脏内并参与肾脏修复。 综上所述,目前研究虽已发现肾脏衰老的相关因 子、通路等,但由于衰老是一个复杂的过程,其具体 f8】Yoon HE,Choi BS.The renin—angiotensin system and aging in he tidney fkJ1.KoreanJ Intern Med,2014,29(3):291—295. 【9】Lazzeri E,Romagnani P,Lasagni L.Stem cell herapy ftor kidney disease【J].ExpertOpinBiolTher,2015,15(1o):1455—1468. [101 Peired AJ,Sisti A,Romagnani P+Mesenchymal stem cell—based therapy for kidney disease:a review of clinical evidence fJ1. Stem Cells Int,2Ol6,2016:4798639. 机制并未得以阐明,仍待后续研究进一步探寻。 参考文献 Bian A,Neyra JA,Zhan M,Hu MC.Klotho,stem ceils,and aging【J】.Cnn Interv Aging,,2015,10:1233—1243. ChinI-IJ,Ahn SY,Ryu J,eta/.Renalfunction and declinein 『ll1 K1inkhammer BM,Kramann R,Mallau M,eta1.Mesenchymal stem cells from rats with chronic kidney disease exhibit prema— functionalcapacityinolderadults[J】.AgeAgeing,2014,43 (6):833—838. ture senescence and loss ofregenerative potential[J].PloS one, 2014,9(3):e92115. Bitzer M,Wiggins J.Aging Biology in the Kidney[J】.Adv Chronic Kidney Dis,2016,23(1):12—18. NingYC,CaiGY,ZhuoL,eta/.Short—termcalorierestriction protects agaistn renal senescence of aged rats by increasing auto— (收稿日期:2016—10—10) 作者简介:白雪源,博士,教授,博士研究生导师, 总医院肾病科,肾脏疾病国家重点实验室研究员,主要从事肾脏衰 老与代谢肾病研究。已在Aging Cell、Age、Mech Ageing Dev、J Gerontolh和AgingClinExpRes等国际老年权威杂志及ScienceAd— VanCeS和J Am Soc Nephrol等发表论文100多篇。获国家科技进 步奖创新团队奖及二等奖各1项,jE京市科技进步一等奖2项,中 华医学科技一等奖2项。主持4项国家自然基金、3项国家973计 划课题并参与了7项国家973、863、重大科学研究计划、国家自 然基金及课题。是国家自然基金委、浙江省及北京市自然基金 委等评审专家,任中国干细胞转化医学学会常委,科技部统计源期 phagic activity and reducing oxidative damage【J】.Mech Ageing Dev,2013,134(11-12):570—579. Lindberg K,Amin R,Moe OW,et a/.The kidney is the principalorganmediatingklotho effects[J].JAmSocNephrol, 2014,25(1o):2169—2175. Lenoir 0,Tharaux PL,Huber TB.Autophagy n iidney kdisease andaging:lessonsfromrodentmodels【J】.KidneyInt,2016, 90(5):950—964. 刊《中国医药导报》杂和《医学综述》等期刊编委。 (本文编辑:夏世金) ● 专家论坛 ● 阿尔茨海默病与脑衰老 李鸿雁王蓉 【中图分类号】R749.1+6【文献标识码】A[文章编号】1008—8296(2016)-06—331—04 DOI:10.3969/j.issn.1008—8296.2016.06.02 王蓉教授 衰老是伴随着增龄出现的机体结构退行性变和机 能的减退,衰老也是应激、炎性反应、内分泌代谢紊 乱所致结果[I-21o而在社会学方面,衰老是对新鲜事 衰老的脑组织会产生一些特征性的改变,从而导 致疾病发生。 一,衰老相关疾病包括阿尔茨海默病(Alzheimer’S dis— ease,AD)、帕金森病(Parkinson。S disease,PD)、多 发性硬化症、动脉粥样硬化、心脏病、年龄相关性黄 物兴趣减弱、超脱现实、喜欢怀旧等等。神经系统是 重要的机能调节系统,也是受衰老影响最大的系统之 基金项目:国家自然科学基金(81472007);首都卫生发展科研专 项(首发2014—1—1031) 作者单位:1()0o53北京市,首都医科大学宣武医院中心实验室,北 京市老年病医疗研究中心,北京市脑重大疾病研究院,神经变性病 教育部重点实验室 iyun.o..om 通讯作者:王蓉,E—mail:rongwang72@al斑变性、II型糖尿病及胰岛素抵抗、骨质疏松、组织/ 器官纤维化、关节炎和恶性肿瘤等。衰老相关性疾病 已成为人类死亡的重要因素。 1衰老以及衰老相关疾病 老龄化是全球人口发展的一个共同趋势。我国 ・331・ 

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