糖尿病腎病發病機制研究進展

廖 鈺(綜述)，夏 寧(審校)

(廣西醫科大學第一附屬醫院代謝糖尿病中心，南寧530021)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的主要并發癥之一，約30%的糖尿病患者會發展為DN。其早期的主要病理特征是腎小球肥大，腎小球和腎小管基底膜增厚及系膜區細胞外基質的進行性積聚;后期為腎小球、腎小管間質的纖維化，并最終導致蛋白尿和腎功能衰竭。目前認為DN的發病機制較為復雜，腎血流動力學改變、糖代謝紊亂及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物質及細胞因子激活、氧化應激、蛋白激酶C激活、腎病蛋白、脂代謝紊亂、遺傳等因素有關。在此就DN的發病機制的研究進展作一綜述。

1 血流動力學改變

1．1 腎小球血流動力學異常 糖尿病早期存在腎小球內血流動力學異常，表現為高濾過、高灌注和腎小球毛細血管內高壓。這些變化促使清蛋白從腎小球系膜毛細血管滲漏，系膜細胞基質增多，腎小球基底膜增厚和足細胞損傷。許多因素參與這一過程，包括前列腺素、一氧化氮、血管內皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、轉化生長因子 β(transforming growth factor-β，TGF-β)和腎素-血管緊張素系統。

1．2 腎素-血管緊張素系統及其組分作用 血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和腎素-血管緊張素系統的其他組分在DN的發病和進展起一個中心作用。AngⅡ導致腎小球高濾過、球內高壓，還與AngⅡ受體1結合，不僅直接抑制系膜細胞中Ⅳ型膠原酶的活性，降低其降解基質的能力，還能促進多種細胞因子的生長，抑制腎病蛋白表達，促進腎小球硬化的發展。目前研究認為AngⅡ通過促炎性作用介導趨化因子，黏附分子和其他促纖維化生長因子，最終導致腎臟功能下降。腎小球高壓所致機械應力和高血糖是潛在的DN發病機制的關鍵因素，兩者的協同作用加速足細胞損傷，即損傷腎小球基底膜足細胞足突的蛋白錨定系統。在正常生理情況下，足細胞通過調節酶的活性使血管緊張素1-7(angiotensin1-7，Ang1-7)、血管緊張素 1-9(angiotensin1-9，Ang1-9)生成和AngⅡ降解，Ang1-7能拮抗AngⅡ的促炎作用，從而維持腎小球內腎素-血管緊張素系統平衡。在病理環境下，這些酶的活性發生變化從而導致腎小球內腎素-血管緊張素系統失衡，進而促進DN的發展。目前發現，腎素-血管緊張素系統的組織損傷作用也可能涉及腎素及其蛋白前體腎素原的直接作用。兩者直接作用于血管病變的有力證據是糖尿病微血管病變與血循環中腎素原水平升高相關(甚至先于微血管病變出現)［4］。

1．3 內皮素 內皮素是一種血管收縮肽，最主要的是內皮素1，由內皮素受體A和內皮素受體B介導其作用。炎癥和各種細胞因子，缺血缺氧，高鈉、高糖、高脂血癥，酸性代謝產物刺激、血流動力學改變以及機械性損傷導致內皮素合成增加而清除減少，從而改變腎臟血流動力，加速腎間質纖維化和腎小球硬化。體外實驗表明，內皮素1可上調蛋白激酶C和TGF-β的表達，刺激系膜細胞增殖和細胞外基質產生，內皮素1也可促進細胞骨架的變化，對腎小球濾過屏障造成破壞［5，6］。而在糖尿病動物模型中選擇性阻斷內皮素受體A能阻止腎損傷早期的腎血管收縮和高濾過，并阻止了蛋白尿的進展和腎結構破壞，這都提示內皮素參與DN發展［7］。

2 糖代謝紊亂

2．1 高血糖 體外研究表明，高血糖與系膜細胞基質增多和系膜細胞凋亡關聯［8］。系膜細胞擴張可能是由系膜細胞中升高的血糖濃度介導的。過去有研究發現，糖尿病患者移植非糖尿病捐助者的腎臟后，不論高血糖是否控制，糖尿病和腎病仍會進展。因此，高血糖可能是必要的因素［9］。

2．2 非酶糖基化和晚期糖基化終產物 在慢性高血糖狀態下，葡萄糖與游離氨基酸或組織蛋白結合，并最終形成不可逆晚期糖基化終產物(advanced glycation end products，AGE)。AGE主要通過三種途徑參與DN的發病機制:①通過改變信號轉導中可溶性信號(如細胞因子、激素與自由基)的水平來實現;②與蛋白質交聯結合破壞其生理功能，改變血管結構，使腎小球基底膜糖化，電荷消失，造成功能障礙;③AGE與細胞膜上的AGE受體結合后，激活多條信號轉導通路等，同時上調多種生長因子，促進DN進展。如AGE與系膜細胞表面的AGE受體結合，促使系膜細胞產生和釋放細胞外基質，這是導致腎小球肥大、基底膜增厚和系膜擴張的直接原因;AGE與血管內皮細胞AGE受體結合，致血管通透性增加，加速微血管病變產生;AGE與腎小管上皮細胞AGE受體結合發生表型轉化，轉化為成肌纖維細胞，這與腎小管間質病變有關［9，10］。

2．3 多元醇通路代謝增強 該通路葡萄糖代謝極少，而長期高血糖可激活該通路限速酶——醛糖還原酶，使該通路代謝增強，山梨醇在組織內堆積，導致細胞結構和功能異常，直接影響腎小球和腎小管功能;還能使AGE增多，最終在組織沉積，導致腎臟及微血管并發癥。細胞培養研究發現，高糖環境及醛糖還原酶的過度表達可增加纖維連接蛋白的表達，而醛糖還原酶抑制劑可使纖維連接蛋白的表達不再增加［11］。這些結果提示，抑制醛糖還原酶可能有助于阻止DN患者的細胞外基質的沉積。有研究表明，TGF-β1誘導的纖維連接蛋白的表達依賴于系膜細胞中的醛糖還原酶活性，且能被醛糖還原酶抑制劑抑制［12］。

3 炎性反應

越來越多的證據表明，固有免疫反應激活與慢性炎性反應是DN的一個公認的發病因素。炎性分子和途徑，包括代謝途徑、氧化應激、生長因子和炎性細胞因子、細胞黏附分子相互作用，參與DN的發生發展。例如高血糖、TGF-β1、血管緊張素Ⅱ可刺激VEGF的表達，使內皮細胞合成一氧化氮，促進血管舒張和高濾過。VEGF還刺激Ⅳ型膠原α3鏈的生成，促進細胞外基質沉積。但有研究表明，DN患者的VEGF基因表達、腎小球VEGF mRNA濃度下降與足細胞數目減少、腎病進展相關，提示VEGF低水平是有害的［13］。高血糖還增加TGF-β1在腎小球和基質蛋白的表達，其誘導的基因所編碼的結締組織生長因子及熱休克蛋白，有致腎組織纖維化的作用。有研究表明，TGF-β在DN患者的腎小球硬化、間質纖維化的發展和細胞外基質增加起著核心作用，糖尿病患者腎小球系膜細胞和近端腎小管細胞的TGF-β的表達和活性都增加［14］。結締組織生長因子是一個重大的TGF-β信號的下游效應器，在DN發病機制中發揮重要作用，參與細胞外基質合成，細胞遷移，上皮向間質轉化等［13］。最近的研究表明，血漿結締組織生長因子水平與腎小球濾過率下降率呈正相關，可作為DN進展的預測指標，并能預測終末期腎病患者病死率［15］。而腫瘤壞死因子α不僅直接損害腎小球系膜細胞和上皮細胞，還促使過氧化物生成，影響腎小球毛細血管壁屏障功能，實驗研究已經證明了尿腫瘤壞死因子α是重要的提示腎小球和間質損傷的臨床指標［16］。另外，白細胞介素1改變趨化因子和黏附分子的表達;白細胞介素6與腎小球基底膜增厚密切相關;白細胞介素18誘導產生其他炎性細胞因子。而細胞間黏附分子1通過介導腎小球巨噬細胞浸潤，促使細胞外基質成分沉積，參與DN的進展。單核細胞趨化蛋白1具有發動炎性反應、促進腎小球系膜細胞增生、介導產生細胞因子，還能引起溶酶體酶的釋放、超氧化物陰離子及膠原的產生，直接參與腎臟的損傷過程［14，16］。

4 氧化應激與蛋白激酶C

大量的證據表明，體內氧化應激和氧化應激與蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活化是糖尿病微血管及大血管并發癥的發展所涉及的主要途徑的共同點。氧化應激主要由活性氧(reactive oxygen species，ROS)介導，高血糖使大量ROS產生，ROS通過抑制三磷酸甘油脫氫酶的活性，激活幾乎所有已知的與糖尿病微血管并發癥發生、發展相關的信號轉導通路，如PKC通路，多元醇通路，己糖胺通路及AGE形成等。還可激活上調黏附分子及炎性因子基因轉錄，最終導致細胞外基質增加，促進纖維化和終末期腎病的發展。ROS水平增高還可促進過氧化亞硝酸鹽合成增多，使硝化酪氨酸生成增加，造成DNA損傷，促使糖尿病微血管并發癥的發生發展［17］。另外高血糖可激活PKC，PKC可上調TGF-β1表達，導致細胞外基質增加;PKC的激活降低一氧化氮水平，并抑制一氧化氮介導的環磷酸鳥苷生成，導致血管舒縮功能障礙;PKC也促使內皮素1和VEGF表達增加，從而致血管內皮功能下降。另外，PKC刺激血小板聚集，同時增加核因子κB和血漿纖溶酶原激活物抑制物1的表達，誘發局部組織炎性反應和血栓性微血管病變，從而加重血管損傷［10］。

5 激肽釋放酶-激肽系統

新興的證據表明，激肽釋放酶-激肽系統(kallikrein-kinin system，KKS)也參與 DN的發病機制。組織激肽釋放酶1是組織激肽釋放酶家族的成員，主要由它介導激肽的產生。緩激肽是KKS發揮生物效應的主要激肽，它通過普遍存在的緩激肽2受體(bradykinin 2 receptor，B2R)和可誘導的緩激肽1受體(bradykinin 1 receptor，B1R)發揮作用。目前的證據表明，KKS在DN有著雙向的作用。糖尿病患者體內緩激肽使腎小球系膜細胞增殖減少，起到腎臟保護作用;B2R－/－或 STZ 誘導的 KLK－/－老鼠(T1DM)出現更嚴重的白蛋白尿和腎小球硬化，而用艾替班特拮抗db/db鼠(T2DM)的B2R使雷米普利的抗蛋白尿作用減弱。KKS有害的作用表現在緩激肽通過胞外信號調節激酶上調腎小管細胞白細胞介素6、TGF-β的表達;B2R－/－的STZ糖尿病鼠DN損傷不再進展，而使用艾替班特拮抗B2R的單腎切除的db/db鼠，其生化和病理組織學損傷得到緩解。這些相反的發現可能源自多種因素，并呼吁進一步評估KKS在DN和糖尿病血管病變中的明確作用［18］。

6 腎病蛋白和脂質介質

腎病蛋白是在足細胞中發現一種蛋白質，是保持濾過屏障完整性的關鍵。研究發現，腎病蛋白的損失導致足細胞足突消失和蛋白尿增加，其可能參與DN的發生、發展。有研究發現，與無腎病患者和腎病變輕或得到控制者相比，DN患者腎病蛋白表達明顯降低。糖尿病患者(有或無尿蛋白)腎病蛋白的排泄比非糖尿病患者高17%～30%。因此，腎病蛋白的排泄可能作為蛋白尿出現之前早期發現足細胞損傷的標志［19］。脂肪氧化酶12和15在糖尿病的動物中水平升高，這提示脂肪氧化酶作用的部分衍生物有助于DN的發展，但具體作用機制有待進一步研究［20］。

7 遺傳易感性

DN具有明顯遺傳傾向，1型和2型糖尿病腎病具有明顯的家族聚集性。在1型或2型糖尿病患者，發生DN的可能性顯著增加，尤其是父母與兄弟姐妹患DN者。在尋找皮馬印第安人糖尿病微血管并發癥的易感基因的研究中，3、7、9和20號染色體上的四個位點已被確定，染色體 7q21．3、10p15．3、14q23．1 和18q22．3已分別被確定為DN的易感基因區［21］。

8 小結

引起DN的因素是多方面的，包括腎血流動力學改變、糖代謝紊亂及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物質及細胞因子、氧化應激、蛋白激酶C激活、激肽釋放酶-激肽系統作用、脂代謝紊亂、遺傳等多種因素，各因素間又相互影響，其發病機制極其復雜。盡管目前尚不能完全弄清楚DN的發病機制，但對其進一步深入研究將對DN有更新的認識，對指導臨床的治療工作有著重要意義。

［1］ Mason RM．Connective tissue growth factor(CCN2)，a pathogenic factor in diabetic nephropathy．What does it do?How does it do it?［J］．J Cell Commun Signal，2009，3(2):95-104．

［2］ Ziyadeh FN，Wolf G．Pathogenesis of the podocytopathy and proteinuria in diabetic glomerulopathy［J］．J Curr Diabetes Rev，2008，4(1):39-45．

［3］ Lai KN，Leung JC，Tang SC．The renin-angiotensin system［J］．Contrib Nephrol，2011，170:135-44．

［4］ Reudelhuber TL．Prorenin，renin，and their receptor moving targets［J］．Hypertension，2010，55(5):1071-74．

［5］ Sasser JM，Sullivan JC，Hobbs JL，et al．Endothelin A receptor blockade reduces diabetic renal injury via an anti-inflammatory mechanism［J］．J Am Soc Nephrol，2007，18(1):143-154．

［6］ Sarafidis PA，Lasaridis AN．Insulin resistance and endothelin:another pathway for renal injury in patients with the cardiometabolic syndrome?［J］．J Cardiometab Syndr，2008，3(3):183-187．

［7］ Sarafidis PA，Lasaridis AN．Diabetic nephropathy:endothelin antagonism for diabetic nephropathy［J］．J Nat Rev Nephrol，2010，6(8):447-449．

［8］ Mishra R，Emancipator SN，Kern T，et al．High glucose evokes an intrinsic proapoptotic signaling pathway in mesangial cells［J］．J Kidney Int，2005，67(1):82-93．

［9］ Dronavalli S，Duka I，Bakris GL．The pathogenesis of diabetic nephropathy［J］．J Nat Clin Pract Endocrinol Metab，2008，4(8):444-452．

［10］ 王耀珍，張志利．糖尿病腎病發病機制的研究進展［J］．中國藥物與臨床，2008，8(1):58-60．．

［11］ Huang P，Zhang Y，Jiang T，et al．Role of aldose reductase in the high glucose induced expression of fibronectin in human mesangial cells［J］．J Mol Biol Rep，2010，37(6):3017-3021．

［12］ Huang P，Zhang Y，Jiang T，et al．Aldose reductase is a potent regulator of TGF-β1induced expression of fibronectin in human mesangial cells［J］．J Mol Biol Rep，2010，37(7):3097-3103．

［13］ Baelde HJ，Eikmans M，Lappin DW，et al．Reduction of VEGF-A and CTGF expression in diabetic nephropathy is associated with podocyte loss［J］．J Kidney Int，2007，71(7):637-645．

［14］ Elmarakby AA，Abdelsayed R，Yao LJ，et al．Inflammatory cytokines as predictive markers for early detection and progression of diabetic nephropathy［J］．J EPMA，2010，1(1):117-129．

［15］ Nguyen TQ，Tarnow L，Jorsal A，et al．Plasma connective tissue growth factor is an independent predictor of end-stage renal disease and mortality in type 1 diabetic nephropathy［J］．J Diabetes Care，2008，31(6):1177-1182．

［16］ 方岐瑩．糖尿病腎病的發病機制及治療新進展［J］．實用診斷與治療雜志，2008，22(3):201-203．

［17］ Forbes JM，Coughlan MT，Cooper ME．Oxidative stress as a major culprit in kidney disease in diabetes［J］．J Diabetes，2008，57(6):1446-1454．

［18］ TangSC，Leung JC，Lai KN．The kallikrein-kinin system［J］．Contrib Nephrol，2011，170:145-55．

［19］ Wolf G，Chen S，Ziyadeh FN．From the periphery of the glomerular capillary wall toward the center of disease:podocyte injury comes of age in diabetic nephropathy［J］．J Diabetes，2005，54(6):1626-1634．

［20］ Hao CM，Breyer MD．Physiologic and pathophysiologic roles of lipid mediators in the kidney［J］．J Kidney Int，2007，71(11):1105-1115．

［21］ Iyengar SK，Abboud HE，Goddard KA，et al．Genome-wide scans for diabetic nephropathy and albuminuria in multiethnic populations:the family investigation of nephropathy and diabetes(FIND)［J］．J Diabetes，2007，56(6):1577-1585．