糖尿病腎病發病機制研究進展

閆　寒　馬博清　付彩雯　(河北省人民醫院內分泌科，河北　石家莊　050051)

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糖尿病腎病發病機制研究進展

閆寒馬博清付彩雯(河北省人民醫院內分泌科，河北石家莊050051)

〔關鍵詞〕糖尿病;糖尿病腎病

第一作者:閆寒(1987-)，女，碩士，主要從事糖尿病并發癥研究。

目前，糖尿病腎病(DN)的發病機制尚未完全清楚，其涉及遺傳因素、腎臟血流動力學改變、糖脂代謝紊亂、細胞因子、炎癥機制和氧化應激等多因素的復雜相互作用。本文對DN的發病機制進行綜述。

1　遺傳變異與DN

DN具有明顯的遺傳傾向，不同種族的發病率分析和家族聚集性研究顯示遺傳變異是DN發生、發展的重要危險因素，大多數學者認為遺傳變異和環境因素的共同作用決定了DN的易感性。1型和2型DN具有明顯的家族聚集性。Mooyaart等〔1〕對DN關聯變異位點的薈萃分析發現與DN顯著相關的16個基因(21個變異位點)。包括:腎素-血管緊張素系統(RAS)相關的ACE基因(rs179975)、AGT基因(rs699)和AGTR1基因(rs5186);多元醇通路相關的AKR1B1基因(rs759853和CA重復);脂肪代謝通路相關的APOC1基因(rs4420638)和APOE基因(E2、E3和E4);炎性反應通路相關的VEGFA基因(rs833061)、CCR5基因(rs1799987)和EPO基因(rs1617640);氧化應激反應通路相關的HP基因(1/2)、UNCI3B基因(rs13293564)、PPARG基因(rs1801282)及一氧化氮合酶(NOS)3基因(rs2070744和rs31388808)。而ACE基因與DN的關聯研究最多〔2〕。遺傳因素在DN易感性中的作用還包括DN與染色體相關位點或等位基因的連鎖。Wessman等〔3〕在歐洲人群中開展的1型DN患者的全基因組連鎖分析，首次發現染色體22q11與1型DN存在顯著性連鎖。目前已經發表的全基因組連鎖分析顯示位于染色體3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q與DN顯著連鎖〔4〕。McDonough等〔5〕的全基因組關聯研究分析證實ELMO1基因及MYH9基因與DN相關，另外，該研究首次發現SASH1、RPSI2、AUH、MSRB3-HMGA2和LIMK-2-SFI1基因與DN相關(P＜1. 0×10－5)。但遺傳變異只能解釋復雜疾病DN發病機制的一部分。

2　糖代謝紊亂與DN

2. 1晚期糖基化終產物(AGEs)的沉積在長期高血糖狀態下，體內葡萄糖分子與蛋白質發生非酶糖基化反應，形成AGEs。AGEs的形成可使腎小球基底膜(GBM)結構改變，濾過膜功能損傷，細胞外基質(ECM)增生，最終導致腎小球硬化和蛋白尿的產生。AGEs致DN的作用機制主要分為直接毒性作用和間接毒性作用〔6〕。其中直接毒性作用包括:引起ECM的分子結構和功能發生改變。AGEs的沉積，可直接降低腎臟ECM成分Ⅳ型膠原分子間結合能力，破壞其空間支架結構;AGEs具有化學趨向性，可吸引單核-巨噬細胞向ECM遷移，并促使單核-巨噬細胞、內皮細胞及系膜細胞分泌可引起腎小球增殖性病變的細胞因子腫瘤壞死因子(TNF)-α、血小板源性生長因子(PDGF)、白細胞介素(IL)等; AGEs的沉積會導致大量活性基團的產生，其與低密度脂蛋白交聯增加會使其清除障礙，進一步促進腎小球硬化。其間接毒性作用主要是通過與其受體結合后介導的。糖基化終產物受體(RAGE)是一種在腎臟細胞分布廣泛的AGEs受體。細胞表面的RAGE與AGEs結合而被激活，進而激活細胞內各種信號轉導通路，包括p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、Ras、Rac/Cdc42等，促進多種細胞因子和炎性介質釋放，如色素上皮衍生因子(PEDF)、轉化生長因子(TGF)、細胞間黏附因子(ICAM)-1、血管細胞黏附因子(VCAM)-1、內皮素(ET)、IL-1和TNF-α等，進而加重細胞功能紊亂，促進DN的發生、發展〔7〕。由此可見，AGEs是引起糖尿病腎血管損傷，導致腎小球硬化，產生蛋白尿的重要因素，它在DN發生發展過程中發揮著重要的作用。

2. 2多元醇通路的激活多元醇通路又稱山梨醇通路，由醛糖還原酶(AR)及山梨醇脫氫酶(SDH)共同構成。AR是多元醇代謝通路的限速酶。在糖尿病高糖條件下，繼發性的細胞內高葡萄糖可激活AR，導致葡萄糖大量轉換為山梨醇在組織內蓄積，山梨醇極性很強，不能自由透過細胞膜，于是細胞內形成高滲狀態，導致大量細胞外液滲入，靶細胞水腫，同時使細胞內肌醇池耗竭，谷胱甘肽水平下降，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(還原態)(NADPH)1NADP(氧化態)(NADP+)比值增高，Na+-K+-ATP酶活性下降，組織細胞缺氧，這種改變可直接影響腎小球及腎小管細胞的功能，從而促使DN的發生與發展。細胞培養研究發現，高糖環境及AR的過度表達可增加纖維連接蛋白的表達，而AR抑制劑可抑制纖維連接蛋白的表達〔8〕。這些結果提示，抑制AR可能有助于阻止DN患者的ECM的沉積。TGF-β1誘導的纖維連接蛋白的表達依賴于系膜細胞中的AR活性，且能被AR抑制劑抑制〔9〕。

2. 3蛋白激酶(PK)C激活PKC是絲氨酸/蘇氨酸PK家族中的主要成員，可通過參與膜蛋白磷酸化介導多種生物活性作用。高血糖狀態下，組織細胞內二酯酰甘油(DAG)生成增多，可直接激活PKC;多元醇通路激活使NADH/NAD+比值增高，也有利于DAG從頭合成而激活PKC;此外，AR也能增加PKC表達〔10，11〕。PKC激活后可通過促進前列腺素的生成，促進DN早期腎小球高灌注、高濾過狀態的形成;通過改變ECM和基底膜結構，使腎小球毛細血管通透性增加; PKC還可直接刺激腎小球系膜細胞和內皮細胞，導致ECM分泌增多或通過激活激活蛋白(AP)-1，上調TGF-β的表達，增加纖維連接蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的表達，使ECM合成增加而損害腎臟;此外，PKC可通過增加血管內皮細胞生長因子(VEGF)的表達增加血管通透性，使血管內皮功能下降;通過刺激血小板聚集來增加核因子(NF)-κB和纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1的含量和活性，從而誘發局部組織炎性反應和導致血栓性微血管病變，從而加重血管損傷〔12，13〕。抑制PKC的活性可以延緩或阻止DN的進展。

2. 4葡萄糖轉運蛋白(GLUT)的表達及轉位障礙細胞糖代謝的第一道限速步驟是葡萄糖攝入，受多方面調控，GLUT的調節是其中關鍵環節。GLUT是介導哺乳動物細胞葡萄糖轉運的主要載體。目前已在腎臟中發現了GLUT1～5的表達。GLUT在機體糖代謝中具有重要作用，與糖尿病及其慢性并發癥的發生、發展關系密切。腎小球系膜細胞有GLUT4表達，有試驗顯示高糖可明顯抑制系膜細胞中GLUT4 mRNA表達，這就使參與轉位的GLUT4數量減少，GLUT4由細胞內囊泡轉位到細胞膜，才能完成葡萄糖的轉運，所以GLUT4的表達和轉位障礙參與了DN的發生〔14〕。GLUT1是目前已知體內分布最為廣泛的GLUT，是介導系膜細胞葡萄糖攝取的主要糖轉運載體。GLUT1主要分布在腎臟組織的腎小球、近端腎小管、髓襻升支粗段、集合管、系膜等部位。體外研究顯示經GLUT1基因轉染的系膜細胞，即使在正常葡萄糖濃度下也表現出過度的糖攝入、細胞肥大及ECM增加等類似糖尿病情況下出現的病理改變〔15〕。

3　腎臟血流動力學的改變與DN

高血糖可使糖尿病患者毛細血管持續性擴張，導致腎小球毛細血管壁的通透性增加，腎小球毛細血管基底膜增厚，內皮損傷，腎動脈及其分支硬化、彈性阻力增加及血管管腔閉塞，表現為腎臟各級動脈血流動力學改變。糖尿病早期對腎內血管的影響首先發生在腎小球入球小動脈或距其最近的小血管，而后隨著糖尿病病情進展逐漸呈現高阻、低流速、低灌注的血流動力學特征。尿蛋白定量是臨床判斷DN進展的最常用指標。有關糖尿病患者彩色多普勒腎動脈血流檢查的研究結果顯示，尿白蛋白排泄率(UAER)與腎各級動脈血流動力學改變密切相關，提示彩色多普勒腎動脈血流檢查有望用于臨床判斷DN進展情況〔16〕。糖尿病狀態下，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(RAAS)被激活，腎臟局部腎素、血管緊張素(Ang)Ⅱ、醛固酮等活性增加。增加的AngⅡ通過影響腎臟血流動力學，使腎小球出球小動脈張力增加，腎小球內壓增加，進而增加尿蛋白排泄率，最終導致蛋白尿、腎小球硬化及腎間質纖維化〔17～19〕。

4　炎癥反應與DN

近年來，研究報道炎癥因子及促炎癥因子在DN的發生和發展機制中有重要作用，并認為DN是一種炎癥性疾病。糖尿病狀態下，高血糖、腎臟血流動力學的改變、脂類代謝紊亂等都可以刺激炎癥介質及炎癥因子的產生，加重腎臟組織損傷，促進DN進展。高血糖及AGEs可誘導單核細胞趨化蛋白(MCP)-1、TGF-β、重組人結締組織生長因子(CTGF)和VEGF的產生，促使腎小球硬化; AGEs與RAGE結合可激活細胞，尤其是巨噬細胞分泌大量的細胞因子和細胞介質，如IL-1、TNF-α、TGF-β等，引起組織損傷。MCP-1是強有力的單核/巨噬細胞趨化因子，可募集單核/巨噬細胞到腎小球和腎小管間質，并刺激單核/巨噬細胞釋放TGF-β等炎癥因子，促進腎小球硬化、腎小管萎縮和腎間質纖維化。研究表明，降低腎MCP-1的表達，可通過減少巨噬細胞浸潤，減輕炎癥反應，從而對糖尿病腎臟起保護作用〔20〕。TNF-α是機體炎性反應與免疫功能的重要調節因子。在腎臟組織炎癥反應中，TNF-α可以引起多種炎性細胞因子的釋放，放大炎癥級聯效應。研究表明，DN時多種炎性細胞因子和炎癥介質(TGF-β1，IL，TNF-α，ICAM)等合成和釋放增加，提示炎癥反應可加重腎組織炎癥損傷，促進DN進展〔21，22〕。但是，它們與DN的具體關系尚沒有明確定論。

5　氧化應激與DN

臨床研究結果提示氧化應激的增加是DN發病的關鍵環節。氧化應激是指機體受到有害刺激時活性氧(ROS)或活性氮(RNS)產生增多和(或)清除減少，從而導致ROS/RNS在體內蓄積，引起的分子、細胞和機體的損傷反應。體外研究結果顯示，糖尿病狀態下腎小球上皮細胞、系膜細胞和近端腎小管上皮細胞的葡萄糖攝取率升高，糖代謝紊亂可通過影響線粒體呼吸鏈、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、黃嘌呤氧化酶和NOS等導致ROS大量產生。細胞質中ROS主要來源于NADPH氧化酶系統。糖尿病狀態下，高糖導致ROS增多，刺激腎小球足細胞從基底膜上脫落，使足細胞不能有效地覆蓋基底膜，破壞了腎小球濾過膜的完整性，導致蛋白尿的產生〔23〕。此外，氧化應激時增多的自由基可導致腎小球基底膜磷脂過氧化，使基底膜增厚，氧化應激還參與AGEs增多所介導的腎臟毛細血管細胞凋亡過程〔24〕。線粒體中生成過多的自由基可激活多元醇通路、AGEs通路、PKC通路，進一步誘導自由基的產生，形成惡性循環。抗氧化酶也是評價氧化應激的指標，是機體清除體內自由基的重要生物酶。糖尿病時高血糖可通過抑制腎臟組織中抗氧化酶的表達，提高腎臟組織的氧化應激水平〔25〕。

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〔2013-10-21修回〕

(編輯杜娟)

通訊作者:馬博清(1964-)，女，主任醫師，碩士，碩士生導師，主要從事糖尿病并發癥研究。

〔文章編號〕1005-9202(2015)20-5973-03;

doi:10. 3969/j. issn. 1005-9202. 2015. 20. 145

〔文獻標識碼〕A

〔中圖分類號〕R587. 2