TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的調控機制研究進展〔1〕

韓雪鴻，劉晶，武鴻儒，高曉芳，李興*

(1.山西醫科大學，山西 太原 030001；2.山西醫科大學第二醫院，山西 太原 030001)

TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的調控機制研究進展〔1〕

韓雪鴻1，劉晶2，武鴻儒1，高曉芳1，李興2*

(1.山西醫科大學，山西 太原 030001；2.山西醫科大學第二醫院，山西 太原 030001)

近年來，糖尿病患病率迅速增高，已成為全球主要的健康問題[1]。據國際糖尿病聯盟預測，預計全球糖尿病患者數將從2013年的3.82 億增加到2035年的5.92 億。在中國，大約1.14億的成年人患有糖尿病[2]，其中2型糖尿病患者占95%以上。糖尿病腎病(DN)是糖尿病最嚴重的并發癥和導致終末期腎臟疾病的主要原因之一[1]。轉化生長因子β1(TGF-β1)一直被認為是腎纖維化的關鍵介質，Smad依賴性信號通路是TGF-β1誘導纖維化的最經典的信號通路之一[3]，TGF-β1/Smad通路與DN的發生、發展密切相關。控制DN的進展不僅要控制血糖，同時要延緩腎纖維化過程。現就TGF-β1/Smad通路對DN形成、發展的影響關系予以綜述。

1 糖尿病腎病

DN是糖尿病最嚴重的并發癥和導致終末期腎臟疾病的主要原因之一[4]，是一種最常見的慢性腎臟病[5]。DN是1型糖尿病(T1DM)的主要死因；在2型糖尿病(T2DM)，其嚴重性僅次于心、腦血管并發癥，常見于病史超過10年的患者。在糖尿病早期階段，出現腎小球濾過率(GFR)增高和微量白蛋白尿[6]。隨著糖尿病進展，出現腎小球損傷、蛋白尿，隨后糖尿病引起腎小管間質病變，最終導致終末期腎臟疾病[1]。DN的病理變化主要表現為腎小球基質增生、腎小球基底膜增厚、腎小球硬化、腎小管萎縮以及間質纖維化[7]。腎纖維化，特別是腎小管間質纖維化幾乎是所有慢性進展性腎臟疾病的共同結局，包括糖尿病腎病。腎纖維化是一個可靠的預測預后和腎功能不全的主要決定因素[8]。纖維化是DN的主要特點之一，表現為腎小球系膜細胞增生肥大，細胞外基質(ECM)過度沉積，間質纖維化等，導致瘢痕組織的形成和蛋白尿的產生[9]。近年來，TGF-β1、Smad在糖尿病腎病腎纖維化中所起的作用日益受到人們的關注，對其深入的研究，有望進一步揭示糖尿病腎病腎纖維化的發生機制。

2 TGFβ1/Smad通路

TGF-β共6 種亞型，在人類組織細胞中存在3種：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3[10]。TGF-β1為其中最重要的亞型，可由內皮細胞、上皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞及大多數免疫系統細胞等分泌，具有廣泛的生物學功能[11]。在腎組織中，TGF-β1主要分布在腎小球、腎小管以及間質中。TGF-β受體已知有三種：Ⅰ型受體(TβRⅠ)、Ⅱ型受體(TβRⅡ)、Ⅲ型受體(TβRⅢ)。TβRⅠ和TβRⅡ結構相似，均由富含絲氨酸(Ser)/蘇氨酸(Thr)蛋白激酶的細胞內區、富含半胱氨酸的細胞外區和跨膜區組成。Ⅱ型受體不能單獨轉導信號，而激活的Ⅰ型受體可以單獨轉導信號。Ⅱ型受體可以自動磷酸化，即在未與受體結合時就已經發生磷酸化。Ⅲ型受體又稱附屬受體，為β聚多糖，一般在轉導中促進活性的TGF-β。Smad是TGF-β家族下游信號轉導蛋白，迄今共發現8 種，分別為Smad1到Smad8。根據它們的結構和功能，又分為3類[12]，即特異受體調節型(RSmad)，包括Smad1，Smad2，Smad3，Smad5和Smad8，Rsmad蛋白是TβR激酶的直接底物，主動參與特異性信號傳遞；公共調節型(co-Smad)，包括Smad4，是TGF-β家族共同需要的下游信號分子；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7，通過競爭性結合TβRⅠ在TGF-β信號傳導過程中發揮抑制作用。在胞外活化的TGF-β1通過和TβRⅡ結合，引起該受體胞內段絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活化，TβRⅠ與TβRⅡ形成受體異聚體，進一步激活TβRⅠ的胞內段激酶，進而磷酸化Smad2和Smad3(pSmad2和pSmad3)，pSmad2、pSmad3可與Smad4結合，轉移至細胞核后，完成信號的跨膜轉導，影響相關基因的轉錄。

3 TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的作用

3.1 TGFβ1在糖尿病腎病中的作用

糖尿病腎病是糖尿病的并發癥，主要是由TGF-β1通過Smad依賴和非依賴的信號轉導通路介導的[13]。大量的研究表明，TGF-β是慢性腎臟病(CKD)進展腎臟纖維化相關的關鍵因子，TGF-β1具有多種生物學特性，包括細胞增殖、分化、凋亡、自噬、細胞外基質的生產加工等[14]。TGF-β對腎臟纖維化的影響，通過幾種可能的機制：TGF-β1誘導直接加工生產，包括Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白，通過Smad3的依賴或獨立的機制[15]；TGF-β1抑制ECM的降解抑制基質金屬蛋白酶(MMPs)可誘導基質金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)和MMPs的天然抑制劑[16]；TGF-β1被認為在轉向多種細胞肌成纖維細胞起著至關重要的作用，包括上皮細胞、內皮細胞和周細胞，肌成纖維細胞的起源，雖然仍然是不確定的[16]；TGF-β1直接作用于不同類型的腎臟固有細胞，例如：它可以促進腎小球系膜細胞的增殖，增加基質生產，或誘導腎小管上皮細胞和足細胞可能導致惡化的腎功能損傷和腎間質纖維化招致更嚴重的消除[17]。TGF-β1促進上皮細胞、內皮細胞向肌成纖維細胞轉化，而抑制劑或拮抗劑阻斷TGF-β/Smad信號減輕或逆轉上皮-間質轉化(EMT)或內皮-間質轉化(EndMT)過程[18]。此外，TGF-β1可以促進腎臟纖維化通過細胞間相互作用機制，比如TGF-β1從受傷的上皮細胞釋放能夠激活周細胞-肌成纖維細胞轉化[15]。

3.2 Smad在糖尿病腎病中的作用

研究表明，Smad2和Smad3在CKD患者和動物模型腎纖維化中廣泛激活[14]。在腎纖維化中，Smad3基因是致病的，而Smad2起保護作用。Smad3抑制的缺失，而Smad2上調受阻，使結締組織生長因子和血管內皮生長因子表達，且促進上皮細胞和內皮細胞轉化[13]。Fujimoto等[19]發現，Smad3是引起糖尿病腎病纖維化的致病因子，在敲除Smad3的糖尿病腎病模型中，腎臟纖維化進展被阻止。Smad3通過直接結合促進腎間質纖維化的膠原基因啟動子區觸發生產，抑制ECM降解誘導TIMP-1降低成纖維細胞的MMP-1活性[20]。既往的研究表明Smad2和Smad3蛋白的作用在纖維化疾病中可能不同[21]。在體內和體外研究的結果發現，在腎小管上皮細胞Smad2基因敲除增強Smad3介導的腎纖維化，這與Smad3磷酸化和核易位的增加相關[22]。Smad7在DN中起到了保護作用，Smad7表達刪除時，Smad3介導的腎纖維化和核因子-κB會引發腎臟炎癥[14]。在TGF-β1/Smad信號通路的抑制調節，Smad7可通過誘導Smad3基因的機制，通過負反饋從而阻斷信號轉導TGF-β1[23]。TGF-β1不僅誘導Smad7基因的轉錄，而且促進Smad7的降解活化，通過激活Smad3依賴的Smurfs/arkadia泛素介導的蛋白酶體降解途徑[24]。在CKD中，Smad7蛋白的水平顯著降低，同時活性TGF-β1處于高水平。Smad7可競爭性與TβRⅠ結合，降解活化的TβRⅠ，反饋性抑制Smad2、Smad3磷酸化，從而抑制TGF-β信號的傳導[25]。在CKD中，Smad7蛋白的水平顯著降低，同時活性TGF-β1處于高水平。最重要的是，在梗阻性腎病、糖尿病腎病和高血壓腎病中Smad7的缺失加速腎纖維化，提示Smad7可以治療CKD[26]。一個平衡的轉變TGF-β1/Smad信號由于減少Smad3但Smad7過度激活可能是一個關鍵的病理機制導致腎纖維化。因此，平衡TGF-β1/Smad信號通過下調Smad3活性，上調Smad7，以及專門調制Smad3基因的miRNA相關的纖維化，可能是防治CKD進展纖維化相關的有效療法。

4 展 望

綜上所述，TGF-β1/Smad信號通路在糖尿病腎病的發生發展中發揮重要作用。各類型Smad蛋白之間相輔相成，共同協調完成TGF-β1正常的生理狀態表達和紊亂的病理狀態表達。對TGF-β1/Smad信號通路的進一步深入研究不僅有助于闡明DN的發病機制，也將為DN的防治提供重要的途徑。

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(本文編輯：張榮梅)

丹妮(1990— )，女，河南省濟源市人，碩士學位，主要從事糖尿病的診療工作。

〔1〕本課題為山西省國際科技合作項目(項目編號：2015081031)；山西省衛生計生委科研課題(項目編號：2014040)

2016-12-28

*本文通訊作者：李興