Nampt在腎病炎癥-纖維化中的作用機(jī)制研究進(jìn)展*

陳 葉，王 平 綜述，馮樂平 審校

(桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院，廣西桂林 541004)

·綜 述·

Nampt在腎病炎癥-纖維化中的作用機(jī)制研究進(jìn)展*

陳 葉，王 平 綜述，馮樂平△審校

(桂林醫(yī)學(xué)院生物技術(shù)學(xué)院，廣西桂林 541004)

煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶；糖尿病腎病；炎癥；纖維化；去乙酰化酶；核因子-κB

2013 世界糖尿病大會(huì)報(bào)告稱，目前全球約有3.82 億糖尿病患者，按照既往糖尿病發(fā)病規(guī)律，其中約有30%的糖尿病患者可能并發(fā)糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)，其中很大一部分患者最終將發(fā)展為終末階段腎病(end stage renal disease，ESRD)，ESRD的病理特點(diǎn)是腎臟的進(jìn)行性纖維化，迄今發(fā)病機(jī)制不清楚，嚴(yán)重危害人類健康。因此，揭示DN纖維化的發(fā)病機(jī)制和尋找治療靶點(diǎn)成為預(yù)防和治療DN 的重點(diǎn)。病理研究發(fā)現(xiàn)，在腎臟前纖維化過程中，組織內(nèi)大量炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)及眾多細(xì)胞因子、化學(xué)因子、趨化因子相互作用，使腎臟內(nèi)損傷部位的上皮細(xì)胞逐漸向間充質(zhì)樣細(xì)胞轉(zhuǎn)變，成纖維細(xì)胞聚集，并在細(xì)胞外產(chǎn)生大量基質(zhì)性物質(zhì)，使組織在修復(fù)過程中引起腎臟纖維化失控，持續(xù)纖維化過程導(dǎo)致正常組織結(jié)構(gòu)和功能喪失[1]。這一規(guī)律闡明了腎組織內(nèi)炎癥反應(yīng)發(fā)生先于纖維化的事實(shí)，即腎臟纖維化形成與多種原因和多種信號(hào)分子相關(guān)，在這些信號(hào)傳導(dǎo)途徑中，炎癥通路激活是造成腎臟纖維化的共同途徑，炎癥過程導(dǎo)致成纖維細(xì)胞激活和招募炎癥因子，進(jìn)而啟動(dòng)和維持纖維化進(jìn)程[2]。

煙酰胺磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(nicotinamide phosphoribosyltransferases transferase，Nampt)又稱內(nèi)脂素(visfatin)或前B細(xì)胞克隆增強(qiáng)因子(pre-B cell colony-enhancing factor，PBEF)，在DN的炎癥-纖維化過程中發(fā)揮重要作用。在機(jī)體內(nèi)，Nampt 具有3 種功能：(1)其具酶活性的Nampt功能，能夠催化煙酰胺和 5-磷酸核糖-1-焦磷酸(PRPP)轉(zhuǎn)變?yōu)闊燉０穯魏塑账?NMN)和焦磷酸；(2)淋巴細(xì)胞分泌的Nampt，可以協(xié)同白細(xì)胞介素 7(IL-7)和干細(xì)胞因子(SCF)，共同刺激前 B 細(xì)胞的形成，即具有炎性因子功能；(3)脂肪細(xì)胞分泌的Visfatin能夠參與細(xì)胞增長(zhǎng)，具有多種細(xì)胞因子功能[3]。近年研究發(fā)現(xiàn)，在組織細(xì)胞內(nèi)，Nampt 能夠同時(shí)作用依賴于NAD+的組蛋白去乙酰化酶(sirtuin type 1，SIRT1)和核因子-κB(nuclear factor kappa B，NF-κB)的兩種信號(hào)通路。Nampt 通過LKB/AMPK途徑激活SIRT1，參與機(jī)體正常能量代謝，改善胰島細(xì)胞生存狀況，維持機(jī)體正常生理功能和緩解胰島素抵抗[4]；Nampt又通過 NAMPT-MAPK(p38、ERK1/2)-NF-κB通路，參與機(jī)體的固有免疫，調(diào)節(jié)組織炎癥反應(yīng)和糖酵解過程。Nampt通過這兩個(gè)關(guān)鍵的信號(hào)分子相互協(xié)調(diào)和相互制約，來平衡機(jī)體糖代謝的胰島素信號(hào)途徑和哺乳動(dòng)物細(xì)胞的固有免疫途徑，在一定程度上決定著組織細(xì)胞的生理和病理乃至機(jī)體的健康與疾病狀態(tài)[5]。本文就Nampt分別參與SIRT1和NF-κB具體作用機(jī)制進(jìn)行綜述。

1 NAMPT-MAPK(p38、ERK1/2)-NF-κB途徑與炎癥纖維化

在人類內(nèi)皮細(xì)胞，Nampt能夠充分發(fā)揮細(xì)胞增長(zhǎng)因子作用，可以在促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增長(zhǎng)的同時(shí)，誘導(dǎo)血管生成上調(diào)血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF)和血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子受體(VEGFR)及單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)分泌，并增加基質(zhì)金屬蛋白酶(MMP)2/9水平[6]。研究表明，應(yīng)用Visfatin對(duì)原代培養(yǎng)的人血管平滑肌細(xì)胞(HASMC)進(jìn)行刺激，能夠激活細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)-1/2/NF-κB/一氧化氮核酶(iNOS)通路，最終介導(dǎo)血管炎癥的發(fā)生。運(yùn)用ERK-1/2抑制劑PD98059和NF-κB抑制劑PDTC作用后，Visfatin促進(jìn)iNOS合成的作用消失[7]。巨噬細(xì)胞活化是前纖維化形成的一個(gè)重要因素，機(jī)體在DN狀態(tài)時(shí)，大量巨噬細(xì)胞聚集可以加劇腎臟的纖維化損傷，而刪除巨噬細(xì)胞能夠保護(hù)或明顯減輕腎纖維化作用[8]。由鏈脲菌素(STZ)誘導(dǎo)糖尿病動(dòng)物模型表明，Nampt能夠通過 JNK 和NF-κB途徑促進(jìn)單核細(xì)胞IL-1和IL-6的表達(dá)，從而加速單核細(xì)胞向巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)化[9]。在前纖維化間充質(zhì)細(xì)胞和纖維母細(xì)胞產(chǎn)生基質(zhì)過程中，前纖維化因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF-βs)在這一過程中起著關(guān)鍵作用，抑制TGF-βs或阻止TGF-βs激活的Smad轉(zhuǎn)錄因子信號(hào)通路具有明顯的抗纖維化作用，即激活TGF-βs具有明顯的前纖維化效應(yīng)，減少TGF-βs 表達(dá)則減少這種效應(yīng)[10]。Nampt在慢性腎病患者內(nèi)皮功能障礙過程中，可以激活多種促進(jìn)炎癥-纖維化因子，如應(yīng)用Nampt處理細(xì)胞可以增加促纖維化因子的合成，包括增加TGF-β1、纖溶酶原激活抑制因子-1(PAI-1)和Ⅰ型膠原蛋白的表達(dá)，應(yīng)用細(xì)胞松弛素B預(yù)處理可以阻止Nampt的這種效應(yīng)[11]。Nampt還能夠在纖維母細(xì)胞內(nèi)激活NF-κB和激活蛋白1(AP-1)誘導(dǎo)的IL-6、IL-8、MMP-1、MMP-3，以及可以誘導(dǎo)單核細(xì)胞的腫瘤壞死因子-α(TNF-α)表達(dá)，以上這些發(fā)現(xiàn)均支持Nampt可能作為前炎癥因子和作為炎癥進(jìn)行靶分子治療的證據(jù)[12]。

Song等[11]應(yīng)用Nampt 處理腎小球系膜細(xì)胞(GMCs)發(fā)現(xiàn)，Nampt 能夠增加GMCs細(xì)胞膜的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)子-1(GLUT-1)蛋白表達(dá)，結(jié)果使細(xì)胞外的葡萄糖大量迅速地被吸收進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，這種作用可以被Nampt 的特異抑制劑FK866所阻斷，證明了Nampt促進(jìn)細(xì)胞吸收葡萄糖的作用機(jī)理，而過多地增加葡萄糖吸收可以引起系膜細(xì)胞外基質(zhì)蛋白質(zhì)積累，是誘導(dǎo)DN的另一主要原因，糖尿病狀態(tài)高血糖環(huán)境恰恰能夠刺激腎臟實(shí)質(zhì)細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量Nampt蛋白，這一點(diǎn)已經(jīng)被研究所證實(shí)。細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生的Nampt不斷地刺激腎臟細(xì)胞吸收葡萄糖，會(huì)重新加重腎小球硬化癥和腎小管損傷[13]。GLUT-1合成途徑的激活與VEGF的增加和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECMP)合成密切相關(guān)，GLUT-1介導(dǎo)葡萄糖細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，增加細(xì)胞內(nèi)葡萄糖主要通過糖酵解參與葡萄糖代謝，產(chǎn)生的二脂酰甘油(DAG)和激活蛋白激酶C(PKC)，將刺激產(chǎn)生更多TGF-β和GLUT-1，這種TGF-β介導(dǎo)的事件也包括了自身誘導(dǎo)的級(jí)聯(lián)反應(yīng)，激活更多的前纖維化因子CTGF和TGF-β受體產(chǎn)生，并通過MAPK引發(fā)更多GLUT-1合成和通過Smads途徑進(jìn)一步合成ECMP。此外，血管緊張素2(AngⅡ)引起的系膜血管緊張素受體1型(AT1)增強(qiáng)，可以促發(fā)DAG/PKC和額外的GLUT-1合成，AT1結(jié)合也可以增加表皮生長(zhǎng)因子蛋白(EGFP)、胰島素樣生長(zhǎng)因子-1受體(IGF-1R)和血小板衍生生長(zhǎng)因子受體(PDGFR)，從而再次激發(fā)ERK和合成更多的GLUT-1[14]。通過上述Nampt 對(duì)諸多炎癥細(xì)胞、炎性因子和多重炎性通路的刺激作用，最終導(dǎo)致在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，DN腎臟內(nèi)的同一細(xì)胞將會(huì)受到多種不利因素的重復(fù)傷害。此外Nampt 還可以激活I(lǐng)L6/STAT3、p38絲裂原激活的蛋白激酶(p38 MAPK)等細(xì)胞信號(hào)分子[15],并通過NF-κB和MAPK途徑誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)和組織纖維化形成[16]。說明Nampt 作為炎性因子和細(xì)胞增長(zhǎng)因子在腎臟纖維化的炎性通路中發(fā)揮著重要作用，可能成為炎性因子的關(guān)鍵靶分子。

2 Nampt-NAD+-Sirt1途徑與炎癥纖維化

Nampt作為煙酰胺轉(zhuǎn)化為煙酰胺單核苷酸(NMN)的關(guān)鍵酶，能夠通過依賴于NAD+的SIRT1的作用構(gòu)成Nampt-NAD+-SIRT1途徑，作用于多種底物(如組蛋白、P53 腫瘤抑制因子、轉(zhuǎn)錄因子 FOXO、過氧化物酶體增殖活化受體γ輔助活化因子(PGC-1α)和DNA損傷的關(guān)鍵調(diào)節(jié)子KU70等)，參與調(diào)節(jié)糖異生、抑制糖酵解、增加胰島素敏感性和促進(jìn)胰島素分泌等，在DNA損傷修復(fù)、細(xì)胞周期控制、抑制細(xì)胞凋亡、有機(jī)體的能量代謝、線粒體功能保護(hù)、炎癥反應(yīng)、抵抗氧化應(yīng)激和延長(zhǎng)細(xì)胞壽命方面起著重要作用[17-18]。SIRT1能夠通過抗氧化和抗炎作用抵抗棕櫚酸對(duì)腎臟造成的脂毒性，通過減少纖維化、抗凋亡、誘導(dǎo)自噬、減輕血管緊張素的反應(yīng)和調(diào)節(jié)血壓來發(fā)揮保護(hù)腎臟作用[19]。SIRT1與DN腎臟纖維化的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)，在細(xì)胞纖維化過程中，Smad3是TGF-β纖維路徑中的一個(gè)關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子，TGF-β1/Smad3信號(hào)通路在腎臟組織纖維化過程中起重要作用，SIRT1能夠通過去乙酰化作用修飾Smad3分子。增加腎臟組織細(xì)胞SIRT1表達(dá)，可以使Smad3 乙酰化程度降低，從而阻斷TGF-β/Smad3信號(hào)途徑，結(jié)果是無論在STZ所誘導(dǎo)的DN鼠模型，還是單側(cè)輸尿管梗阻(UUO)模型，其腎臟組織纖維化程度明顯減輕。說明SIRT1可能作為一個(gè)潛在的治療慢性DN的藥物[20]。在 GMCs細(xì)胞內(nèi)，SIRT1能夠通過激活核因子E2 p45相關(guān)因子2(Nrf2)/和細(xì)胞核內(nèi)的抗氧化反應(yīng)元件(ARE)，通過抗氧化途徑明顯減少由晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)引起的纖維連接蛋白(FN)和TGF-β1表達(dá)，從而阻止AGEs誘導(dǎo)的糖尿病腎纖維化[21]。

SIRT1廣泛參與NF-κB參與氧化應(yīng)激、低氧調(diào)節(jié)、自噬和炎癥反應(yīng)，研究表明，糖尿病大鼠腎臟SIRT1表達(dá)量明顯降低，乙酰化的 NF-κBp65和炎癥因子的水平明顯上升，在給予SIRT1激動(dòng)劑后，隨著SIRT1表達(dá)量的上升，炎癥因子表達(dá)逐漸降低[22]。在DN過程中，隨著炎癥的進(jìn)展，糖酵解和大量炎癥因子(如NO、ROS、TNF-α和TGF-β)參與，厭氧誘導(dǎo)因子-1(HIF-1)被激活，SIRT1進(jìn)一步受到抑制，此時(shí)SIRT1在細(xì)胞中無論在mRNA水平，還是在蛋白水平的表達(dá)均明顯下降，AMPK幾乎消失，系統(tǒng)性減少的SIRT1表達(dá)可以激活巨噬細(xì)胞的聚集，并在腎臟組織中浸潤(rùn)，最終導(dǎo)致機(jī)體對(duì)低氧所致的反應(yīng)性應(yīng)答能力降低，引起慢性腎臟損傷[23]。相反，過度地SIRT1的表達(dá)可以阻止巨噬細(xì)胞的招募和炎癥的發(fā)生，SIRT1基因沉默后，NF-κB 明顯被激活，而組織炎癥終止需要通過激活SIRT1抑制NF-κB信號(hào)途徑發(fā)揮作用。在急性炎癥過程中，NF-κB糖酵解產(chǎn)能激活巨噬細(xì)胞，而SIRT1則是終止這一氧化呼吸過程的開關(guān)[24]。結(jié)果清楚地反映出：NF-κB 信號(hào)途徑在機(jī)體的炎癥反應(yīng)中發(fā)揮主要作用，而SIRT1則是細(xì)胞能量代謝和細(xì)胞生存的關(guān)鍵分子，二者的相互制約是維持機(jī)體生理平衡的基礎(chǔ)，最近有一些藥物的設(shè)計(jì)就是以平衡NF-κB 和SIRT1信號(hào)分子的關(guān)系作為藥物的靶點(diǎn)[25]。

3 展 望

DN嚴(yán)重危害人類健康。然而，人們對(duì)DN腎臟纖維化的發(fā)病機(jī)制一直缺乏認(rèn)識(shí)，Nampt作為氧化性NAD+合成的關(guān)鍵酶，又在一定條件下發(fā)揮著前炎性因子的作用，其可能在DN的炎癥-纖維化過程中發(fā)揮重要作用。上述文獻(xiàn)表明：Nampt在分別調(diào)節(jié)機(jī)體內(nèi)NF-κB 和SIRT1兩大信號(hào)通路的過程中，可能決定著機(jī)體細(xì)胞生理和病理的發(fā)生和發(fā)展方面。因此，進(jìn)一步研究Nampt的表達(dá)規(guī)律、代謝途徑和生理功能，對(duì)于揭示DN纖維化的發(fā)病機(jī)制和其他因素引起的進(jìn)行性腎臟纖維化將大有裨益。

[1]Zhang W,Weimin YU,Ren X.Inflammation in diabetic nephropathy[J].Mediators Inflamm,2014,2012(5):146-154.

[2]Kanasaki K,Taduri G,Koya D.Diabetic nephropathy:the role of inflammation in fibroblast activation and kidney fibrosis[J].Front Endocrinol,2013,4(1):1-15.[3]Imai SI.Nicotinamide phosphoribosyltransferase (Nampt):a link between NAD biology,metabolism,and diseases[J].Curr Pharm Des,2009,15(1):20-28.

[4]Luk T,Malam Z,Marshall JC.Pre-B cell colony-enhancing factor (PBEF)/visfatin:a novel mediator of innate immunity[J].J Leukoc Biol,2008,83(4):804-816.

[5]Kauppinen A,Suuronen T,Ojala J,et al.Antagonistic crosstalk between NF-κB and SIRT1 in the regulation of inflammation and metabolic disorders[J].Cell Signal,2013,25(10):1939-1948.

[6]Sun Z,Lei H,Zhang Z.Pre-B cell colony enhancing factor (PBEF),a cytokine with multiple physiological functions[J].Cytokine Growth Factor Rev,2013,24(5):433-442.

[7]Romacho T,Azcutia V,Vázquez-Bella M,et al.Extracellular PBEF/NAMPT/visfatin activates pro-inflammatory signalling in human vascular smooth muscle cells through nicotinamide phosphoribosyltransferase activity[J].Diabetologia,2009,52(11):2455-2463.

[8]Wang Y,Harris DC.Macrophages in renal disease[J].J Am Soc Nephrol,2011,22(1):21-27.

[9]Yun MR,Seo JM,Park HY.Visfatin contributes to the differentiation of monocytes into macrophages through the differential regulation of inflammatory cytokines in THP-1 cells[J].Cell Signal,2014,26(4):705-715.

[10]Meng XM,Chung AC,Lan HY.Role of the TGF-beta/BMP-7/Smad pathways in renal diseases[J].Clin.Sci(Lond),2013,124(4):243-254.

[11]Song HK,Lee MH,Kim BK,et al.Visfatin:a new player in mesangial cell physiology and diabetic nephropathy[J].Am J Physiol Renal Physiol,2008,295(5):F1485-1494.

[12]Busso N,Karababa M,Nobile M,et al.Pharmacological inhibition of nicotinamide phosphoribosyltransferase/visfatin enzymatic activity identifies a new inflammatory pathway linked to NAD[J].PLoS One,2008,3(5):e2267.

[13]Benito-Martin A,Ucero AC,Izquierdo MC,et al.Endogenous NAMPT dampens chemokine expression and apoptotic responses in stressed tubular cells[J].Biochim Biophys Acta,2014,1842(2):293-303.

[14]Heilig CW,Deb DK,Abdul A,et al.GLUT1 Regulation of the pro-sclerotic mediators of diabetic nephropathy[J].Am J Nephrol,2013,38(1):39-49.

[15]Bae YH,Bae MK,Kim SR,et al.Upregulation of fibroblast growth factor-2 by visfatin that promotes endothelial angiogenesis[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,379(2):206-211.

[16]Oita RC,Ferdinando D,Wilson S,et al.Visfatin induces oxidative stress in differentiated C2C12 myotubes in an Akt-and MAPK-independent,NFkB-dependent manner[J].Pflugers Arch,2010,459(4):619-630.

[17]Ramsey KM,Yoshino J,Brace CS,et al.Circadian clock feedback cycle through NAMPT-mediated NAD+biosynthesis[J].Science,2009,324(5927):651-654.

[18]Kitada M,Koya D.SIRT1 in type 2 diabetes:mechanisms and therapeutic potential[J].Diabetes Metab J,2013,37(5):315-325.

[19]Kitada M,Kume S,Koya D.Role of sirtuins in kidney disease[J].Curr Opin Nephrol Hypertens,2014,23(1):75-79.

[20]Huang X,Wen D,Zhang M,et al.Sirt1 Activation ameliorates renal fibrosis by inhibiting the TGF-β/Smad3 pathway[J].J Cell Biochem,2013,115(5):996-1005.

[21]Huang K,Huang J,Xie X,et al.Sirt1 resists advanced glycation end products-induced expressions of fibronectin and TGF-β1 by activating the Nrf2/ARE pathway in glomerular mesangial cells[J].Free Radic Biol Med,2013,65(3):528-540.

[22]Kitada M,Takeda A,Nagai T,et al.Dietary restriction ameliorates diabetic nephropathy through anti-inflammatory effects and regulation of the autophagy via restoration of Sirt1 in diabetic Wistar fatty (fa/fa) rats:a model of type 2 diabetes[J].Exp Diabetes Res,2011,2011(1):59-61.

[23]Lim JH,Lee YM,Chun YS,et al.Sirtuin 1 modulates cellular responses to hypoxia by deacetylating hypoxia-inducible factor 1alpha[J].Mol Cell,2010,38(6):864-878.

[24]Cyr AR,Domann FE.The redox basis of epigenetic modifications:from mechanisms to functional consequences[J].Antioxid Redox Signal,2011,15(2):551-589.

[25]Baur JA,Ungvari Z,Minor RK,et al.Are sirtuins viable targets for improving healthspan and lifespan? [J].Nat Rev Drug Discov,2012,11(6):443-461.

10.3969/j.issn.1671-8348.2016.05.043

國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(81460164)。 作者簡(jiǎn)介：陳葉(1987-)，在讀碩士研究生，主要從事糖尿病腎病炎癥方面的研究。△

，Tel：(0773)5835125；E-mail:lpfeng1226@sina.com。

R363.2+1

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1671-8348(2016)05-0699-03

2015-08-17

2015-10-10)