沉默信息調(diào)節(jié)蛋白4與糖尿病腎病的相關(guān)性

張瑜，張耀杰，朱成聰，曹翠平

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院老年醫(yī)學(xué)科，沈陽 110001）

糖尿病腎病是糖尿病最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一，隨著醫(yī)療水平的進(jìn)步，糖尿病患者患病時(shí)間延長，并發(fā)癥的發(fā)生率逐漸上升。嚴(yán)格控制血糖及腎素-血管緊張素系統(tǒng)抑制劑的使用被認(rèn)為是改善糖尿病患者腎臟功能的途徑之一，但效果并未在所有的糖尿病患者身上體現(xiàn)，糖尿病腎病在世界范圍內(nèi)的發(fā)病率仍呈上升趨勢。因此，尋找糖尿病腎病新的治療靶點(diǎn)尤為重要。

沉默信息調(diào)節(jié)蛋白 （silent information regulator protein，SIRT） 家族是酵母沉默信息調(diào)節(jié)因子2的同源類似物。SIRT家族在哺乳動物中共有7個成員，分別為SIRT1～SIRT7，它們擁有共同的保守催化結(jié)構(gòu)域。除此以外，每個成員的酶活性均不相同，它們分布于機(jī)體各個部位，參與調(diào)控機(jī)體的生物過程［1］。SIRT4是SIRT家族成員之一，主要定位于線粒體，同時(shí)具有去乙酰化酶活性、腺苷二磷酸 （adensine diphosphate，ADP）-核糖基轉(zhuǎn)移酶活性和脂酰胺酶活性，廣泛參與到細(xì)胞凋亡、能量代謝、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等生物過程中，在代謝性疾病中起到重要作用。

糖尿病腎病是遺傳及多因素作用的結(jié)果，目前已知足細(xì)胞凋亡、胰島素抵抗、脂肪酸氧化、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)、肥胖等均參與糖尿病腎病的發(fā)生與發(fā)展［2-4］，SIRT4在上述代謝過程中均起到一定作用。本文通過探究SIRT4與糖尿病腎病發(fā)病危險(xiǎn)因素之間的相互作用，推測SIRT4與糖尿病腎病的可能相關(guān)性。

1 糖尿病腎病、SIRT4與足細(xì)胞凋亡的關(guān)系

1.1 糖尿病腎病與足細(xì)胞凋亡

足細(xì)胞是腎小球?yàn)V過屏障中的重要組成部分。在糖尿病狀態(tài)下，足細(xì)胞發(fā)生凋亡，導(dǎo)致足細(xì)胞的形態(tài)、密度、數(shù)量改變，促進(jìn)蛋白尿的發(fā)生。而蛋白尿加重則會加速腎小管萎縮或腎小球間質(zhì)纖維化的發(fā)生，導(dǎo)致腎小球硬化，最終發(fā)展為慢性腎功能衰竭。

1.2 SIRT4與足細(xì)胞凋亡

研究［5］發(fā)現(xiàn)，SIRT4可以通過線粒體途徑抑制高糖作用下的足細(xì)胞凋亡。當(dāng)葡萄糖以時(shí)間及濃度依賴性方式抑制足細(xì)胞增殖時(shí)，葡萄糖誘導(dǎo)下的足細(xì)胞中SIRT4以濃度依賴性顯著降低。相反，當(dāng)足細(xì)胞中SIRT4過表達(dá)時(shí)，足細(xì)胞凋亡減少。SIRT4過表達(dá)時(shí)，線粒體膜電位增加，活性氧簇 （reactive oxygen species，ROS） 產(chǎn)生減少；因ROS的產(chǎn)生而積累的凋亡相關(guān)蛋白NADPH氧化酶1、Bcl-2相關(guān)X蛋白和磷酸化p38的表達(dá)下調(diào)，同時(shí)抗凋亡因子Bcl-2在葡萄糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞中表達(dá)升高，打破了高糖刺激時(shí)凋亡與抗凋亡之間失衡狀態(tài)，抑制了足細(xì)胞凋亡。此外，受葡萄糖刺激的足細(xì)胞中的炎癥因子腫瘤壞死因子-α、白細(xì)胞介素 （interleukin，IL）-1 β、IL-6在SIRT4過表達(dá)時(shí)表達(dá)水平均呈降低趨勢，從而抑制了足細(xì)胞凋亡。

2 糖尿病腎病、SIRT4與胰島素抵抗的關(guān)系

2.1 糖尿病腎病與胰島素抵抗

胰島素抵抗時(shí)，內(nèi)皮素及胰島素類樣生長因子表達(dá)增加，導(dǎo)致系膜細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì)增殖。胰島素抵抗發(fā)生時(shí)，胰島素對腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的抑制作用減弱，間接導(dǎo)致腎小球高灌注及高濾過狀態(tài)，加重腎臟負(fù)擔(dān)。此時(shí)內(nèi)皮細(xì)胞受損，纖溶系統(tǒng)被抑制，促進(jìn)腎血管粥樣硬化；同時(shí)抑制炎癥反應(yīng)的相關(guān)介質(zhì)分泌減少，加速腎臟損傷。

2.2 SIRT4與胰島素抵抗

SIRT4有調(diào)控血糖和胰島素分泌的作用。在沒有SIRT4低表達(dá)的情況下，葡萄糖和氨基酸刺激的胰島素分泌增加［6］，并且發(fā)展為加速的年齡誘導(dǎo)的胰島素抵抗。

谷氨酸脫氫酶是一種線粒體基質(zhì)酶，在胰島細(xì)胞中把谷氨酸轉(zhuǎn)換成α酮戊二酸，后者通過三羧酸循環(huán)中腺苷三磷酸的產(chǎn)生，促進(jìn)胰島素分泌［7］。SIRT4可通過發(fā)揮ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性改變谷氨酸脫氫酶活性，下調(diào)三羧酸循環(huán)，進(jìn)而抑制胰島素分泌，改善胰島素抵抗［8］。HAIGIS等［9］的研究證實(shí)SIRT4通過上述途徑調(diào)節(jié)胰島素分泌，在SIRT4缺陷小鼠的胰腺β細(xì)胞中觀察到SIRT4缺失激活谷氨酸脫氫酶，氨基酸刺激胰島素分泌上調(diào)。

近年來研究［10］發(fā)現(xiàn)支鏈氨基酸 （亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸） 與胰島素抵抗密切相關(guān)。3種氨基酸在不同組織中發(fā)揮不同作用。其中亮氨酸在組織中主要呈現(xiàn)較強(qiáng)的促胰島素分泌及促進(jìn)糖原合成作用。研究［11］顯示，SIRT4通過從賴氨酸殘基中除去3個酰基部分 （甲基戊二酰基、羥甲基戊二酰基和3-甲基戊二酰基） 來間接影響亮氨酸代謝。由于上述3個堿基是亮氨酸氧化過程中的非酶類中間產(chǎn)物，可負(fù)反饋調(diào)節(jié)亮氨酸代謝過程中的甲基巴豆酰輔酶A羧化酶A和B［12］，SIRT4去除上述3個殘基后，可促進(jìn)亮氨酸的分解代謝，從而抑制胰島β細(xì)胞分泌胰島素。此外，SIRT4 缺失的小鼠表現(xiàn)出亮氨酸代謝失調(diào)，基礎(chǔ)和刺激的胰島素分泌增加，并逐漸發(fā)展成葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗［13］。

3 糖尿病腎病、SIRT4與脂肪酸氧化的關(guān)系

3.1 糖尿病腎病與脂肪酸氧化

自1982年“脂質(zhì)腎毒性”假說的提出，研究［4］表明脂代謝異常可促進(jìn)糖尿病腎病的進(jìn)展。游離脂肪酸又稱非脂化脂肪酸，與血清中的清蛋白結(jié)合進(jìn)行運(yùn)輸。糖尿病狀態(tài)下，游離脂肪酸聚集，與清蛋白結(jié)合形成脂蛋白。脂蛋白形成后通過與腎小球系膜細(xì)胞上的受體結(jié)合，可直接對腎臟產(chǎn)生毒性；同時(shí)促進(jìn)血管粥樣硬化，造成腎小球硬化，影響腎小球微循環(huán)；并抑制纖溶酶活性，促進(jìn)血栓形成，影響腎臟血流動力學(xué)。脂蛋白本身以及被腎臟上的巨噬細(xì)胞攝取后，均可促進(jìn)炎性介質(zhì)的釋放及炎癥反應(yīng)的發(fā)生，促進(jìn)糖尿病腎病的進(jìn)展。

3.2 SIRT4與脂肪酸氧化

SIRT4可參與調(diào)控脂肪酸氧化過程［14］。丙二酰輔酶A是合成脂肪酸的原料，它在丙二酰輔酶A脫羧酶作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，促進(jìn)脂肪酸氧化過程。SIRT4通過其ADP-核糖轉(zhuǎn)移酶活性抑制丙二酰輔酶A脫羧酶活性，進(jìn)而抑制脂肪酸氧化過程［15］。SIRT4有抑制脂肪酸氧化作用，僅認(rèn)為是丙二酰輔酶A脫羧酶在其中發(fā)揮作用。LAUREN等［16］的研究提出了一條SIRT4與脂肪酸氧化之間的新路徑。過氧化物酶體增殖物激活受體-α （peroxisome proliferators-activated receptor α，PPAR α） 是一種促進(jìn)脂肪酸分解代謝相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄的配體激活的轉(zhuǎn)錄因子。SIRT4缺失時(shí)，細(xì)胞中NAD+水平升高，隨后激活SIRT1活性，緊接著SIRT1與PPAR α相互作用并激活PPAR α，PPAR α的激活可以增加脂肪酸氧化基因如Ctp1a、Pdk4和Acox1的表達(dá)，脂肪酸氧化速率加快，同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)SIRT4過表達(dá)時(shí)脂肪酸氧化速率下降。

4 糖尿病腎病、SIRT4與氧化應(yīng)激的關(guān)系

4.1 糖尿病腎病與氧化應(yīng)激

糖尿病腎病患者體內(nèi)高水平ROS是造成糖尿病腎病進(jìn)展的主要因素之一。ROS可通過改變足細(xì)胞結(jié)構(gòu)促進(jìn)其凋亡，并可直接作用于腎小球基底膜對其造成傷害，以此破壞腎小球?yàn)V過膜的完整性；通過促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生及炎性介質(zhì)的釋放，加速腎臟纖維化。糖尿病腎病的多種病理情況導(dǎo)致ROS大量產(chǎn)生，大量產(chǎn)生的ROS反過來促進(jìn)糖尿病腎病的進(jìn)展。

4.2 SIRT4與氧化應(yīng)激

線粒體是產(chǎn)生ROS的主要部位，SIRT4作為SIRT家族中的線粒體酶之一，具有誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生的作用，同時(shí)具有抗氧化作用。SIRT家族中SIRT3、SIRT4、SIRT5主要定位于線粒體內(nèi)，3個成員共同參與氧化應(yīng)激過程的調(diào)控。SIRT3在受到刺激時(shí)去乙酰化錳-超氧化物歧化酶的122位賴氨酸基團(tuán)使其活性提高，抑制線粒體內(nèi)ROS的產(chǎn)生，而SIRT4可與錳-超氧化物歧化酶競爭性的結(jié)合SIRT3，抑制錳-超氧化物歧化酶的去乙酰化，進(jìn)而下調(diào)其活性［17］，促進(jìn)ROS的產(chǎn)生。

線粒體分裂和融合的動態(tài)平衡對維持線粒體功能至關(guān)重要。SIRT4具有誘導(dǎo)ROS產(chǎn)生的作用，ROS作用下線粒體分裂增加，融合減少。但一項(xiàng)研究［18］發(fā)現(xiàn)SIRT4作用下線粒體的數(shù)量反而增加，這是由于SIRT4在促進(jìn)ROS產(chǎn)生的同時(shí)，與視神經(jīng)萎縮相關(guān)蛋白1相互作用，增加了線粒體的融合。線粒體是產(chǎn)生ROS的主要細(xì)胞器，其損傷后可激活多種ROS產(chǎn)生途徑，促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞和足細(xì)胞的凋亡，在糖尿病小鼠模型中也發(fā)現(xiàn)高糖作用下足細(xì)胞內(nèi)SIRT4表達(dá)減少［4］，同時(shí)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激較未受刺激組重，加速了足細(xì)胞凋亡，相反在SIRT4過表達(dá)時(shí)足細(xì)胞的凋亡減少。因此有理由推測，SIRT4可以通過調(diào)控線粒體內(nèi)的氧化應(yīng)激減輕腎臟損傷。

5 糖尿病腎病、SIRT4與炎癥的關(guān)系

5.1 糖尿病腎病與炎癥

糖尿病狀態(tài)下炎性介質(zhì)表達(dá)增加，從而激發(fā)炎癥信號通路，促進(jìn)腎小球肥大、基底膜增厚、系膜細(xì)胞增生、細(xì)胞外基質(zhì)積聚，導(dǎo)致腎小球纖維化，損傷腎臟。

5.2 SIRT4與炎癥

SHI等［10］的研究發(fā)現(xiàn)，高糖作用下足細(xì)胞中腫瘤壞死因子-α、IL-1 β和IL-6等炎性細(xì)胞因子表達(dá)增加，同時(shí)足細(xì)胞內(nèi)SIRT4處于低表達(dá)狀態(tài)，相反在SIRT4過表達(dá)的狀態(tài)下上述炎性細(xì)胞因子表達(dá)減少，其具體機(jī)制尚不明確。此項(xiàng)研究結(jié)果與TAO等［19］的研究結(jié)果一致，SIRT4的缺失促進(jìn)了促炎性細(xì)胞因子 （IL-1 β、IL-6和IL-8） 的表達(dá)，當(dāng)SIRT4過表達(dá)時(shí)上述促炎性細(xì)胞因子表達(dá)減少，認(rèn)為SIRT4通過抑制了核因子-κ B的活性，從而產(chǎn)生抗炎作用。另一項(xiàng)研究［20］發(fā)現(xiàn)，SIRT4通過調(diào)節(jié)代謝可以抑制炎癥反應(yīng)。炎癥發(fā)生時(shí)需要能量支持，不同的能量需要驅(qū)動不同的免疫細(xì)胞功能：葡萄糖及氨基酸代謝主要支持合成代謝，為抵抗外界刺激的免疫細(xì)胞提供能量；而脂肪酸氧化支持分解代謝，當(dāng)分解代謝超過合成代謝，機(jī)體抵抗感染需要的物質(zhì)則缺少。該研究發(fā)現(xiàn)SIRT4可通過將脂肪酸氧化轉(zhuǎn)變?yōu)槠咸烟谴x，抑制炎癥反應(yīng)。

6 糖尿病腎病、SIRT4與肥胖的關(guān)系

6.1 糖尿病腎病與肥胖

肥胖時(shí)脂肪細(xì)胞增加，胰島素受體于腎臟分布相對減少，導(dǎo)致胰島素作用減弱。同時(shí)，由于肥胖患者體內(nèi)游離脂肪酸水平增加，抑制外周組織對葡萄糖的攝取和利用，兩者作用相加，加重胰島素抵抗，促進(jìn)腎臟損傷。

6.2 SIRT4與肥胖

既往研究［21］發(fā)現(xiàn)，過度營養(yǎng)條件下線粒體功能改變，ROS產(chǎn)生增多，促進(jìn)糖尿病發(fā)展，近端腎小管細(xì)胞含有大量線粒體，糖尿病時(shí)腎小管損傷可能與肥胖導(dǎo)致的線粒體功能改變及隨后產(chǎn)生的ROS有關(guān)。其他研究［22］也發(fā)現(xiàn)，腹型肥胖患者白蛋白尿的發(fā)生增加。而肥胖患者體內(nèi)SIRT4呈低表達(dá)。SIRT4作為一種線粒體酶，具有抑制脂肪酸氧化及調(diào)控線粒體活性的作用，有理由推測SIRT4通過影響肥胖間接影響腎臟功能。

綜上所述，SIRT4與糖尿病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。SIRT4擁有多種酶活性，在參與生物過程中的每種酶活性強(qiáng)弱仍不清楚，關(guān)于SIRT4與糖尿病腎病關(guān)系的動物和臨床研究較少。根據(jù)目前的研究結(jié)果，有理由推測SIRT4通過參與糖尿病腎病進(jìn)展的生物過程間接調(diào)控糖尿病腎病，延緩腎臟疾病的進(jìn)展。未來可以進(jìn)一步深入探究SIRT4與糖尿病腎病之間的關(guān)系，為明確SIRT4能否成為糖尿病腎病的新的治療靶點(diǎn)提供更多的科學(xué)證據(jù)。