高糖環境下腎小球內皮細胞損傷與糖尿病腎病的關系

張 蕾，梁立峰

(1.青海大學，青海 西寧 810000； 2.青海大學附屬醫院內分泌科，青海 西寧 810000)

根據相關流行病學調查，目前中國糖尿病患病人數已超過9000萬，且中國乃至世界范圍內的糖尿病患者在不斷增加[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病常見的慢性并發癥之一，也是終末腎病和糖尿病患者死亡的主要原因。中華醫學會糖尿病分會調查表明，我國DN的患病率約為33.6%[2]，近年來仍有上升趨勢，但DN的發生、發展機理尚無定論。相關研究[3]提示DN與高血糖有密切的關系，嚴格控制糖化血紅蛋白(HbA1c)低于7.0%可以延緩DN病變的發生、發展。腎小球內皮細胞作為腎小球濾過膜的第一道屏障，較易受到血糖等循環物質損傷。持續高糖環境下腎小球內皮細胞氧化應激損傷與DN的發生、發展有著密切關系。本文就高糖環境下腎小球內皮細胞損傷與DN的關系作一綜述，以期為DN的防治提供參考。

1 DN概述

DN是指在糖尿病病程中出現的以持續性蛋白尿為主要表現的腎臟相關慢性并發癥。DN初期表現為腎小球內壓力、灌注量及濾過能力的改變，此時患者可無任何癥狀，隨著病情的加重可出現腎小球毛細血管袢基底膜增厚等結構改變，出現微量白蛋白尿，若此時仍不積極干預，可進展至大量白蛋白尿和血肌酐水平上升，最終發生腎衰竭，需要透析或腎移植[4]。DN在所有需要透析治療腎病中的比例最高，占34.39%[5]。DN的主要病理改變是腎小球病變，因此，DN產生的蛋白尿多為腎小球源性，主要與基底膜腎小球內壓力升高、結構改變和負電荷丟失及高濃度血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)等多種因素相關。在病程初期主要為濾過膜負電荷屏障破壞引起帶負電荷的白蛋白濾過增多，表現為微量白蛋白尿和高度選擇性蛋白尿。隨病情進展，濾過膜結構亦可發生變化，表現為基底膜增厚和系膜基質增多，晚期則為硬化性改變[6]，此時的蛋白尿為非選擇性。

2 腎小球內皮細胞的結構及其功能

腎小球內皮細胞作為腎小球濾過膜的第一道屏障，與血液及血液中循環物質直接接觸，可以選擇性限制血液中的大分子物質濾過。此外，其還有抗凝、黏附細菌、修復基底膜等作用。

2.1 腎小球的內皮細胞的結構特點與濾過功能 腎小球內皮細胞作為高分化的細胞，被覆于腎小球毛細血管壁腔側，其覆蓋厚度約15 nm，呈連續排列并含有窗口，而且存在糖萼[7]。

2.1.1 窗口 窗口是一種跨孔膜，直徑約60～80 nm，分布在細胞質與足細胞突和基底膜過濾狹縫區域，占腎小球內皮細胞表面積30%～50%。窗口的直徑大小決定其雖然可以方便地形成高超濾液量，但也較容易丟失白蛋白等大分子物質，而內皮細胞的位置分布彌補了這種缺陷，可以有效避免大分子物質的漏出[8]。因此，蛋白尿的形成可能與窗口結構的改變有關。

2.1.2 糖萼 糖萼是由內皮細胞合成并分泌的多糖-蛋白質復合物，其中主要包括骨架蛋白——蛋白聚糖(PG)及含量最多的成分糖胺聚糖(GAG)鏈等。主要分布在小球內皮腔側面。其中硫酸乙酰肝素(HP)是GAG中含量最豐富的成分，其側鏈帶有的負電荷可以有效防止帶負電荷的大分子(如白蛋白)通過濾過膜。糖萼通過其特殊的分子和電荷特征成為維持腎小球濾過膜電荷選擇屏障的物質基礎[9]。此外，糖萼作為內皮細胞與血液循環物質的交界面，還具有3個功能：(1)限制白細胞、紅細胞等血液中細胞與內皮細胞直接接觸，以減低血管壁的黏附性；(2)通過PG的跨膜域傳遞力學信號而觸發細胞內分子級聯反應；(3)GAG鏈可形成非均相表面，為大量血液中相關分子提供停泊的可能，從而調節血管局部微循環穩定[10-11]。因此，糖萼在腎小球濾過、內皮細胞的信號傳導及細胞局部周圍環境穩定中起著重要作用。

2.2 腎小球內皮細胞的分泌功能 (1)血管活性物質：腎小球內皮細胞可以表達如內皮素-1(ET-1)、一氧化氮(NO)、前列環素2(PGI2)等多種血管活性物質。NO和PGI2具有擴血管作用，還可降低血小板活性，有效防止血栓和動脈硬化的發生。(2)細胞因子/炎癥因子/趨化因子：通常在機體內環境穩定時，腎小球內皮細胞分泌的這些介質表達水平較低，但參與損傷應答時則會明顯升高。相關研究發現，內皮細胞分泌的血栓調節素表達下降，可抑制蛋白C活化，從而導致細胞色素C釋放，最終引起細胞凋亡[12]。

3 高糖環境致腎小球內皮細胞損傷與DN的關系

朱瑋瑋[13]研究證實腎小球內皮細胞相對密度和絕對數目的變化與蛋白尿水平存在相關性，而尿中白蛋白水平可直接衡量DN的嚴重程度。腎小球內皮在高糖環境下出現結構損傷及功能紊亂，這些改變會引起K-W結節、彌漫系膜病變，最終可形成腎小球硬化。Lee等[14]也通過相關實驗證明，腎小球系膜病變及腎小球硬化的始動因素是腎小球內皮細胞的損傷。

3.1 高糖環境下腎小球內皮細胞的氧化應激反應(oxidative stress，OS)及活性氧族(reactive oxygen species，ROS)產生 持續高血糖狀態是DN發病的始動因素，高糖環境可通過非酶促反應及酶促反應產生大量ROS，誘導腎小球內皮細胞發生OS。ROS是具有不配對電子的含氧產物，目前被認為是造成OS的主要原因。

3.1.1 腎素-血管緊張素系統(RAS) 血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)是RAS中生物活性最強的分子，與受體結合發揮強大的收縮血管功能，AngⅡ與受體的異常表達可損傷細胞。Jaimes等[15]研究發現，腎組織AngⅡ水平較循環系統明顯升高，且高糖環境可以激活RAS從而引起局部AngⅡ生成過多，并通過AngⅡ介導腎小球內皮發生OS，產生ROS。相關研究[16]發現，AngⅡ不僅通過促使機體內NADPH氧化酶活性增加，可造成細胞線粒體大量生成ROS，還可以刺激多種細胞合成內皮素(ET)，ET又可以增強血管緊張素轉換酶(ACE)的活性，導致AngⅡ生成過多，造成ET-AngⅡ惡性循環，進一步導致大量ROS生成。此外，AngⅡ可以使腎小球入球小動脈收縮，導致腎小球球內高壓而損傷腎臟濾過功能。臨床實踐也證明，使用ARB類藥物以阻斷AngⅡ與其受體結合或使用ACEI類藥物以減少AngⅡ生成，都能減少尿蛋白及延緩腎功能衰竭過程。

3.1.2 蛋白質非酶糖基化終末產物(AGEs) AGEs是非酶促條件下還原糖與血液中的氨基酸、蛋白質等物質反應并結合后形成的產物。相關實驗證實，DN 大鼠模型中腎皮質均有AGEs生成，因此提示AGEs在DN的發生、發展中有著重要意義[17]。在持續的高血糖情況下，多余葡萄糖與血液中游離氨基酸等發生非酶促反應，產生AGEs。AGEs可通過以下兩種途徑增加ROS產生：(1)大量的AGEs可促使細胞內蛋白質發生糖化，產生大量的 ROS；(2)AGEs與腎小球內皮細胞表達的AGEs受體(RAGE)相互作用以提高NADPH氧化酶活性，促進ROS產生[18]。過多的AGEs還可以集聚在腎小球直接破壞損傷腎小球濾過屏障，從而產生蛋白尿。

3.1.3 多元醇通路 多元醇通路是機體葡萄糖代謝途徑之一，可以將機體中多余的葡萄糖還原為山梨醇，隨后在相關酶的作用下，山梨醇最終將被氧化為果糖。機體血糖正常時，該途徑中關鍵酶——醛糖還原酶(AR)的活性很低，僅有很少部分的葡萄糖參與該途徑。然而，在高糖環境下，AR的活性則顯著增強，大量葡萄糖進入該途徑，不僅可以形成大量的山梨醇，引起山梨醇在細胞內大量堆積[19]，而且大量 AR的激活會導致ROS增多[20]。同時，谷胱甘肽過氧化物酶活性也會在該反應過程中降低，最終使細胞抗氧化物活性降低[21]，間接增加細胞質中ROS 生成。此外，山梨醇是極性極強的化合物，蓄積在腎小球內皮細胞時，不僅可對細胞發生滲透性損傷，還可使肌醇耗竭，造成肌Na+-K+-ATP 酶的活性降低，進而導致細胞功能受限[22]。相關研究證實，該損傷可被黃酮類物質所抑制[23]。

3.1.4 蛋白激酶C(PKC)通路 PKC是一類重要的蛋白激酶，廣泛存在于人體各種細胞中，參與細胞增殖、分化及凋亡[24]。體內持續高血糖狀態可導致多余葡萄糖經代謝生成過多二酰甘油(DAG)，DAG作為PKC內源性激活劑之一，可直接激活PKC。此外，高血糖還可通過多元醇通路等多種途徑間接激活PKC通路[25]。該通路一旦被激活，可進一步使NADPH氧化酶激活，但NADPH氧化酶作為內皮細胞內ROS最主要的來源[26]，最終導致ROS過量產生，造成腎臟內皮細胞功能障礙。有實驗結果顯示，高血糖可激活PKC通路，促使內皮細胞的通透性增加，該損傷能被PKC抑制劑Ro-31-8425所抑制[27]。

3.2 腎小球內皮細胞氧化應激產物對DN的影響 高血糖環境誘導腎小球內皮細胞產生的大量ROS可通過多種途徑損傷腎小球內皮細胞，促進DN的發生、發展。

3.2.1 ROS對腎小球血流動力學的改變 腎小球血流動力學改變在DN的發生、發展中有著重要意義，甚至有人認為血流動力學改變是DN發生的始動因素。腎小球內皮細胞可分泌相關分子調節血管舒張功能，其中，NO是調節內皮功能和血管舒張最重要的分子之一，其是由前體物質L-精氨酸在四氫生物嘌呤(BH4)等輔酶的參與下通過一氧化氮合酶(NOS)的作用生成的。NOS可分為神經型(nNOS)、內皮型(eNOS)及誘生型(iNOS)3種類型，其中eNOS在正常生理條件下，通過偶聯方式作用于內皮細胞的質膜上，從而發揮其生理活性，其表達減少會直接影響NO舒張血管的生理功能。大量ROS可通過阻斷輔酶因子活性，導致eNOS解偶聯，使NO的產生受阻，引起氧離子和NO之間的失衡，從而導致血管張力的增加，促使腎小球灌注壓升高。此外，ROS還可介導縮血管因子(血栓素A2、內皮素等)減少其他舒血管因子(如前列腺素I2等)的合成，這些活性物質異?？芍苯佑绊懷苁鎻埞δ?，從而打亂腎臟血管的自身調節能力，引起腎小球內壓增高，出現高壓、高灌注、高濾過的血流動力學改變。研究表明，腎小球的灌注壓、濾過率增加是DN發病的主要機理，與之伴隨的腎小球囊內壓升高不僅損傷腎小球內皮細胞，而且可導致系膜細胞及上皮細胞結構、功能受損，造成腎小球濾過膜損害，導致DN的發生及病程的進展[28-29]。

3.2.2 ROS對腎小球內皮細胞濾過膜電荷屏障的影響 ROS通過直接作用于腎小球內皮細胞，使NF-κB的活性升高，硫酸乙酰肝素蛋白聚糖(HSPG)的合成減少，從而影響HP生成，進而減弱腎小球內皮細胞電荷屏障作用，使帶負電的蛋白較易通過濾過膜，促進DN發生、發展[18]。

3.2.3 ROS對腎小球內皮細胞通透性的改變 ROS通過促進基底膜中的脂質過氧化，攻擊透明質酸等物質進而增加腎小球的通透性，使蛋白質等大分子易于通過腎小球濾過膜，促進DN發生、發展[30]。

4 小結和展望

目前，DN作為糖尿病慢性并發癥之一，已成為糖尿病患者死亡的主要原因。DN的發生、發展是個長期而不可逆的過程，且目前尚無明確的機理。諸多研究表明，高血糖是DN發病的始動因素，高血糖可通過誘導腎小球內皮細胞發生氧化應激反應，產生大量ROS，進而損傷腎小球內皮結構及功能，影響腎小球血流動力學，破壞腎小球濾過屏障，導致蛋白尿的產生及GFR降低。這些研究也提示，除了嚴格控制血糖外，積極預防和減輕腎小球內皮細胞氧化應激反應會成為防治DN的主要方法。

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