骨橋蛋白在糖尿病腎病中作用的研究進展

劉丹,吳紅艷

(長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖北 荊州 434000)

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骨橋蛋白在糖尿病腎病中作用的研究進展

劉丹,吳紅艷

(長江大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖北 荊州 434000)

骨橋蛋白是一種具有細胞黏附和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)功能的分泌型磷蛋白，研究發(fā)現(xiàn)它在糖尿病腎病中起重要作用。高糖和腎素血管緊張素系統(tǒng)等因素可以引起腎臟骨橋蛋白表達升高。骨橋蛋白主要通過巨噬細胞趨化、蛋白尿形成和腎臟纖維化等機制促進糖尿病腎病的發(fā)生和進展，抑制骨橋蛋白則可以改善糖尿病腎病。此外，骨橋蛋白基因多態(tài)性還與糖尿病腎病易感性相關(guān)。作為糖尿病腎病診斷和治療的重要靶點，對骨橋蛋白的深入研究有助于闡明糖尿病腎病的發(fā)病機制，開發(fā)新的生物學(xué)診斷標記物和治療藥物。

骨橋蛋白；糖尿病腎病；蛋白尿；腎臟纖維化

糖尿病腎病(DN)是糖尿病(DM)常見的嚴重慢性血管并發(fā)癥之一，并且已成為引起終末期腎病及糖尿病病死率升高的重要因素。骨橋蛋白(Osteopontin,OPN)，又稱為分泌性磷蛋白1(SPP1)，44 kDa骨磷蛋白、唾液酸蛋白、2ar、尿橋蛋白、早期T淋巴細胞激活物-1，它是一種分泌性基質(zhì)細胞蛋白，1958年首次由Heingard等從牛的骨基質(zhì)中發(fā)現(xiàn)[1]。基因表達研究顯示在各種DN模型中OPN的水平與糖尿病蛋白尿和腎小球硬化癥的嚴重程度呈強相關(guān)[2]。近10年來許多研究分析了OPN在DN中的發(fā)病機制，本研究就此作一綜述。

1 OPN的結(jié)構(gòu)和功能

OPN是帶負電荷、富含天冬氨酸、N端糖基化的磷蛋白，由314個氨基酸殘基組成，分子量大小為44 kD。作為SIBLING家族中的一員，它有2個主要的整合素結(jié)合域，RGD和SVVYGLR序列。OPN通過RGD結(jié)構(gòu)域與含有α5亞基的整合素結(jié)合，通過SVVYGLR(在小鼠中是SLAYGLR)結(jié)構(gòu)域與整合素α4β1、α9β1結(jié)合，介導(dǎo)細胞黏附和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)。OPN 被凝血酶或基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)裂解后促進黏附和遷移的能力更強。

2 OPN在DN的表達和調(diào)控

在正常成人腎臟中，OPN主要位于遠側(cè)腎單位，在髓袢升支粗段中大量表達。OPN在DN大鼠和小鼠模型的腎皮質(zhì)的小管上皮和腎小球中高度表達[2]。人OPN基因位于4號染色體長臂(4q21-23)，是一個約8 kb的單拷貝基因，由7個外顯子和6個內(nèi)含子構(gòu)成，其啟動子上存在高糖/葡萄糖胺應(yīng)答元件、腎素血管緊張素系統(tǒng)(RAS)應(yīng)答元件、轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)應(yīng)答元件等，以及活化蛋白-1(AP-1)和核因子-κB(NF-κB)的結(jié)合位點，因此OPN的表達受多種因素調(diào)控。

2.1 高糖對OPN表達的調(diào)控 高糖可以刺激小鼠系膜細胞表達OPN和IV型膠原，而且間斷高糖剌激的效果較持續(xù)高糖剌激更為明顯[3]。PI3K/AKT/mTOR通路在高糖對OPN表達的調(diào)控中起重要作用。研究者們[4-5]發(fā)現(xiàn)證實高糖通過激活PI3K/AKT/mTOR通路誘導(dǎo)人腎小管上皮細胞OPN mRNA表達，活化的PI3K/AKT/mTOR通路還參與糖尿病腎病中系膜基質(zhì)增生、上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等病理改變，并損傷足細胞參與蛋白尿形成[6]。

最近的研究還發(fā)現(xiàn)高糖可以對OPN基因的活性進行表觀調(diào)控。體內(nèi)試驗和體外實驗證實葡萄糖是OPN基因啟動子區(qū)域組蛋白乙酰化和甲基化有力的誘導(dǎo)物，組蛋白乙酰化和甲基化可以導(dǎo)致OPN基因表達的上調(diào)[7]。高糖的這種表觀調(diào)控作用可以解釋血糖控制不良對糖尿病并發(fā)癥危險的長期效應(yīng)，也就是代謝記憶效應(yīng)。

2.2 RAS刺激OPN表達的機制 Hsieh等[8]發(fā)現(xiàn)糖尿病大鼠腎臟近端小管(RPTs)和長期暴露在高糖中的永生腎臟近端小管細胞(IRPTCs)的OPN基因表達上調(diào)，通過微陣列分析他們提出一個高糖在IRPTCs中作用于OPN的分子機制：首先，高糖引起活性氧簇(ROS)生成，ROS通過包括蛋白激酶C-β1(PKC-β1)在內(nèi)的各種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路刺激血管緊張素原和腎臟中血管緊張素Ⅱ(Ang Ⅱ)形成；隨后Ang Ⅱ作用于血管緊張素1型受體(AT1R)激活PKC-β1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，此外Ang Ⅱ還可以通過刺激NADPH氧化酶引起ROS生成和刺激TGF-β1基因表達進一步增強PKC-β1的活性；最后，PKC-β1在糖尿病腎病中刺激OPN表達，導(dǎo)致腎臟纖維化和終末期腎病。

醛固酮通過鹽皮質(zhì)激素受體(MR)和鹽皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(MRE)的相互作用介導(dǎo)腎臟OPN的表達。Gauer等[9]在大鼠系膜細胞中識別出一個鹽皮質(zhì)激素應(yīng)答元件(MRE)，位于OPN編碼序列上游1984堿基處，醛固酮通過MR與MRE的相互作用介導(dǎo)OPN的表達。Irita等[10]在大鼠腎臟成纖維細胞的OPN啟動子中識別出一個負責對醛固酮應(yīng)答的順式調(diào)節(jié)元件(-2153到-1758)，該元件含有一個AP-1和NF-κB位點，醛固酮通過激活A(yù)P-1和NF-κB誘導(dǎo)MR介導(dǎo)的OPN表達。醛固酮受體拮抗劑依普利酮可以減輕1型糖尿病(STZ處理的大鼠)和2型糖尿病(db/db小鼠)的腎損害以及TGF-β mRNA和OPN mRNA水平增加，但是不影響MR蛋白和MR mRNA水平增加，而且這種作用獨立于血壓和血糖[11]。OPN基因敲除對醛固酮誘導(dǎo)的腎臟炎癥、氧化應(yīng)激和間質(zhì)纖維化具有保護作用[12]。

3 OPN在DN的作用機制

DN的發(fā)病機制并未完全闡明，普遍認為糖脂代謝紊亂、血流動力學(xué)改變、氧化應(yīng)激、炎性介質(zhì)產(chǎn)生、遺傳易感性等多因素協(xié)同參與疾病的發(fā)生及發(fā)展，引起細胞外基質(zhì)蓄積、基底膜增厚、腎小球硬化等病理改變。在DN中，OPN參與巨噬細胞趨化、蛋白尿形成和腎臟纖維化等多個環(huán)節(jié)。

3.1 OPN趨化巨噬細胞 巨噬細胞在DN的小管間質(zhì)損傷中起重要作用。OPN通過SLAYGLR功能域與整合素α4和α9的相互作用調(diào)節(jié)巨噬細胞的遷移、存活和蓄積[13]。巨噬細胞也可以產(chǎn)生OPN，OPN反過來刺激MCP-1的生成，導(dǎo)致巨噬細胞蓄積。此外，巨噬細胞還可以通過產(chǎn)生MMP9裂解OPN增強其對巨噬細胞的趨化能力[14]。因此，OPN作為一個重要的巨噬細胞趨化因子，在DN中直接地或間接地起作用。

巨噬細胞在組織中有M1和M2兩種亞型[15]，M1型巨噬細胞大量表達促炎細胞因子，增強組織炎癥應(yīng)答，而M2巨噬細胞大量表達抗炎細胞因子，諸如IL-10，促進組織修復(fù)，增強成纖維細胞的纖維化。M1和M2型巨噬細胞標志基因的表達在糖尿病腎病小鼠的腎皮質(zhì)中都上調(diào)，兩者都參與DN的發(fā)展[16]。Nagao等[17]的研究證實OPN在STZ誘導(dǎo)的DN中既誘導(dǎo)M1型巨噬細胞，也誘導(dǎo)M2型巨噬細胞。

3.2 OPN參與蛋白尿形成 臨床研究和動物實驗均證實OPN與DN的蛋白尿相關(guān)。Yamaguchi等[18]對229名日本 2型糖尿病合并DN患者的研究顯示血清 OPN 水平升高與尿蛋白增加呈一致性，與血壓、血糖、血脂水平均不相關(guān)。Lorenzen等[19]發(fā)現(xiàn)1型[Ins2(Akita)]糖尿病腎病小鼠模型的腎臟OPN mRNA升高，該模型還出現(xiàn)顯著的蛋白尿增多和系膜擴張，而OPN基因敲除小鼠則不會出現(xiàn)糖尿病誘導(dǎo)的蛋白尿和系膜擴張。Nicholas等[20]將1型[Ins2(Akita)]和2型糖尿病(db/db小鼠)的OPN基因敲除后也觀察到類似的結(jié)果。

OPN在整合素αVβ3的介導(dǎo)下通過增加足細胞運動性參與蛋白尿的形成。體外實驗中的足細胞運動性增加相當于體內(nèi)的足突消失[19,21]。Lorenzen等[19]發(fā)現(xiàn)OPN在足細胞中激活NF-κB，增加尿激酶型纖溶酶原激活物(uPA)的表達和足細胞運動性，而NF-κB通路抑制劑可以阻斷OPN誘導(dǎo)的足細胞運動性增加。足細胞運動性增加還需要整合素αVβ3和uPA受體活化參與[21]。機械保護性O(shè)PN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)在足細胞運動性增加中起重要作用。Schordan等[22]的研究證實OPN與整合素αV結(jié)合后通過激活FAK、Src、MAPK和PI 3激酶參與機械保護性O(shè)PN信號轉(zhuǎn)導(dǎo)級聯(lián)反應(yīng)，導(dǎo)致足細胞的細胞骨架重組，誘導(dǎo)以應(yīng)力纖維和黏著斑大小的減少為特征的足細胞運動表型，這種運動表型允許足細胞在對機械性牽張的應(yīng)答中快速地識別肌動蛋白細胞骨架。OPN的這種機械保護性功能是一種非冗余功能，它原本是足細胞對于糖尿病早期腎小球高壓的一個保護性應(yīng)答，但是蛋白尿這一副作用在遠期會損害足細胞。

3.3 OPN促進腎臟纖維化 溫宇明[23]對不同分期糖尿病患者腎臟活檢組織的腎小管間質(zhì)中OPN表達的比較顯示，與無糖尿病組比較，早期糖尿病腎病組及臨床糖尿病腎病組的腎系膜區(qū)擴大及基質(zhì)增多，腎小球逐漸硬化，且腎組織OPN表達增多，在臨床糖尿病腎病組更加明顯，提示OPN促進腎臟纖維化。

OPN在整合素β3的介導(dǎo)下[3]直接作用于系膜細胞，激活ERK/MAPK和JNK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，刺激TGF-β的生成，繼而促進細胞外基質(zhì)(ECM)沉積，導(dǎo)致腎臟纖維化[20]。將糖尿病小鼠的OPN基因敲除后，TGF-β明顯減少[20]。TGF-β1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)是公認的導(dǎo)致DN的通路[24-25]，它介導(dǎo)慢性腎臟病進展中的幾個關(guān)鍵性的小管病理事件：成纖維細胞增生、內(nèi)皮間葉化生、小管和成纖維細胞的ECM生成以及內(nèi)皮細胞死亡，從而導(dǎo)致小管細胞缺失和間質(zhì)纖維化[26]。此外，TGF-β1還可以促進系膜細胞增生增加ECM生成，誘導(dǎo)小管上皮細胞和足細胞凋亡，導(dǎo)致腎損傷惡化，引發(fā)更加嚴重的腎纖維化[27]。

4 OPN基因多態(tài)性與DN

OPN基因已經(jīng)被證明是印度人2型糖尿病合并DN的一個新的候選基因。2012年，Cheema等[28]在對于1 115名印度2型糖尿病患者的研究中觀察到OPN啟動子區(qū)域C-443T多態(tài)性的T等位基因和TT基因型的攜帶者DN的發(fā)病風(fēng)險增加了幾乎3倍。2015年，Cheema等[29]在1 165名印度2型糖尿病患者中的研究中再次證實了上述位點與DN的相關(guān)性，此外還發(fā)現(xiàn)-156G等位基因、GG基因型(delG-156G)、單體型G-C-G和T-C-G(G-66T、C-443T、delG-156G)與DN的危險減少和eGFR的增高存在關(guān)聯(lián)；單體型G-T-delG和T-T-delG(G-66T、C-443T、delG-156G)與eGFR下降相關(guān)，是危險單體型。然而，OPN基因的SNP位點與DN的相關(guān)性在其他種族中是否具有差異性仍不清楚。

5 OPN與DN的檢測和治療

5.1 OPN與DN的檢測 Al-Malki[30]的研究發(fā)現(xiàn)糖尿病微量蛋白尿患者的尿液骨橋蛋白水平顯著高于糖尿病正常蛋白尿患者和非糖尿病患者，他們認為尿液OPN可以作為DN的預(yù)測性診斷因子，而且尿液OPN與尿液足細胞計數(shù)和IgM聯(lián)合起來對于DN的早期診斷的效果更好。國內(nèi)外多項研究均證實血清OPN與糖尿病患者尿蛋白的增加呈正相關(guān)[18,31]。因此，血清OPN可以作為衡量DN進展的指標。

5.2 OPN與DN的治療 目前臨床上有多種藥物以O(shè)PN為靶點保護DN。ACEI類或ARB類藥物可以抑制RAS系統(tǒng)活性，下調(diào)OPN表達，同時減少蛋白尿，是經(jīng)典的DN治療藥物。噻唑烷二酮類[20,32]藥物也可以通過減少Ang Ⅱ所致的OPN升高減少DN的蛋白尿。醛固酮受體拮抗劑[12]則是通過阻滯MR介導(dǎo)的OPN表達保護DN。

肝X受體(LXR)是白細胞中一個重要的葡萄糖代謝和免疫功能的脂肪依賴性調(diào)節(jié)器。以往的研究發(fā)現(xiàn)人工合成的LXR配體可以抑制細胞因子誘導(dǎo)的巨噬細胞中OPN的表達。最近Tachibana等[33]的研究則證實LXR激活可以抑制OPN基因啟動子AP-1依賴性轉(zhuǎn)錄，從而下調(diào)近曲小管上皮細胞的OPN表達。動物實驗顯示LXR激動劑T0901317治療后糖尿病小鼠的尿蛋白排泄減少，巨噬細胞浸潤、系膜基質(zhì)積累和間質(zhì)纖維化也明顯減輕，這一現(xiàn)象與腎皮質(zhì)中OPN表達的減少平行，表明LXR的激活對腎OPN的抑制是DN的治療靶點。

此外，OPN特異性抗體[3]、免疫抑制劑[34-35]及反義寡核苷酸等都可以通過直接或間接的方式抑制OPN的表達，改善糖尿病腎臟病變。但是這些研究大多數(shù)集中在動物試驗中，如何在臨床中應(yīng)用還需要更多的研究支持。

綜上所述，高糖和RAS等因素可以引起腎臟OPN表達升高。OPN主要通過巨噬細胞趨化、蛋白尿形成和腎臟纖維化等機制促進DN的發(fā)生和進展，抑制OPN則可以改善DN。此外，OPN多態(tài)性還與DN易感性相關(guān)。作為DN診斷和治療的重要靶點，對OPN的深入研究有助于闡明DN的發(fā)病機制，開發(fā)新的生物學(xué)診斷標記物和治療藥物。

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Research progress of the role of osteopontin in diabetic nephropathy

LIU Dan,WU Hongyan

(DepartmentofEndocrinology,JingzhouFirstPeople’sHospital,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434000,China)

Osteopontin is a kind of secreted phosphoprotein with function of cell adhesion and signal transduction.It has been reported to play an important role in diabetic nephropathy.High glucose level and the renin angiotensin system can cause elevated osteopontin expression in kidney.Osteopontin promotes the occurrence and progress of diabetic nephropathy mainly through mechanisms such as macrophage chemotaxis,proteinuria and renal fibrosis;and inhibition of osteopontin can improve diabetic nephropathy.In addition,genetic polymorphism of osteopontin is also associated with susceptibility to diabetic nephropathy.As an important target in the diagnosis and treatment of diabetic nephropathy,in-depth study of osteopontin can contribute to the clarification of diabetic nephropathy pathogenesis and the development of new diagnostic biomarkers and therapeutic drugs.

Osteopontin;Diabetic nephropathy;Proteinuria;Renal fibrosis

吳紅艷，女，主任醫(yī)師，碩士生導(dǎo)師，研究方向：內(nèi)分泌學(xué)，E-mail:wuhongyan119@qq.com

10.3969/j.issn.1009-6469.2016.10.005

2016-07-06,

2016-07-24)