炎性細胞因子與糖尿病腎病

張國艷 張佳田 李玥 陳光 齊淑芳 趙曉蓮 王偉群 隋洪玉

(佳木斯大學 1附屬第一醫院，黑龍江 佳木斯 154002；2基礎醫學院)

糖尿病腎病(DN)是糖尿病患者最常見且最嚴重的并發癥之一。在糖尿病患者中，約三分之一可發展為DN，進而發展為終末期腎病(ESRD)，是導致糖尿病人群死亡率的主要原因〔1〕。有關DN病因和發病機制的闡述涉及諸多因素，普遍認為是由遺傳和環境因素共同引發的一系列復雜病理生理事件〔2〕。通過在細胞和分子水平上對DN病因學的深入探究發現，炎癥是其致病的一種重要病理生理機制，只是該炎癥區別于傳統意義上以紅、腫、熱、痛為主要特征的經典炎癥，因其具有慢性、輕微等特征，通常被稱為“微炎癥”〔3〕。

1 炎癥與DN

雖然DN的確切發病機制尚不完全清楚，但高血糖可以促進腎臟炎癥、氧化應激反應和纖維化的發生，而氧化應激反應、炎癥和纖維化為DN發生發展進程中的關鍵環節。其中，氧化應激反應可以激活腎臟細胞中的多條病理途徑，導致細胞外基質堆積，腎小球和腎小管基底膜增厚，并導致腎纖維化功能障礙等〔4〕；纖維化是DN最基本、最突出的特征；而炎癥是腎臟纖維化發生發展的主要原因，在DN的發生發展中發揮重要作用〔5,6〕。

研究顯示，免疫系統的激活和慢性炎癥均為DN的發病機制中〔7〕，在DN形成過程中不僅伴有巨噬細胞、T淋巴細胞等炎癥細胞的招募和激活〔8〕，還可出現大量與炎癥相關的炎性細胞因子(CK)在患者腎組織中的聚集，如趨化因子、細胞黏附因子、生長因子、炎性因子、核因子等〔9,10〕。此外，炎癥細胞和炎性細胞因子在腎臟中的聚集程度與DN發展進程密切相關，它們可直接破壞腎臟結構并促進上皮向間充質轉化的過程，導致細胞外基質積聚的發生，加重腎臟損害及炎癥反應；相反，若抑制二者在腎臟的募集則可延緩DN的發生，起到較好的保護作用〔11〕。綜合可見，炎癥是DN發生發展的主要致病因素。

2 炎性CK在DN病理生理中的作用

CK是指由免疫細胞及非免疫細胞經刺激而合成并分泌的一類具有廣泛生物活性的小分子多肽，具有多效性、重疊性、協同性、拮抗性、網絡性等多種生理特性，構成了一個復雜的細胞因子互作網絡，在炎癥應答、免疫調節、細胞增殖分化、損傷組織修復及腫瘤轉移等生理和病理過程中均發揮重要作用。DN主要表現為以巨噬細胞為主的炎癥細胞的激活及各種炎性CK表達增強，具有相對的隱匿性和持續性。目前，在DN形成中涉及的炎性CK主要有以下幾種。

2.1腫瘤壞死因子(TNF)-α 1991年，Hasegawa等〔12〕首次提出炎性CK在DN發病機制中的作用，闡明糖尿病大鼠腎小球巨噬細胞產生的TNF-α和白細胞介素(IL)-1明顯高于正常大鼠。后續研究表明，腎臟血細胞(主要是單核細胞和巨噬細胞)及多種內在腎臟細胞(內皮細胞、系膜細胞及小管上皮細胞等)均可產生炎性細胞因子，這些炎性CK水平伴隨DN進展程度而不斷增高，而且獨立于作為腎小球和腎小管間質損害臨床標志的尿白蛋白排泄(UAE)的出現，表明這些炎性CK在DN的發病機制中擔當重要角色。

DN患者血清和尿液中TNF-α濃度明顯升高，其升高程度亦與DN進展程度保持一致性，即隨著DN發展程度而不斷增加，表明糖尿病致腎臟損傷的程度與該炎性CK水平升高密切相關。此外，糖尿病動物模型的實驗〔13〕研究表明，腎小球和腎小管中TNF-α蛋白表達水平均明顯增加，TNF-α可直接對腎臟細胞造成細胞毒性，誘發腎損傷、凋亡和細胞壞死等；可通過擾亂促血管收縮與舒張因子之間的平衡而改變腎血流量、減少腎小球濾過率(GFR)。TNF-α還可以直接誘導腎臟細胞產生活性氧(ROS)，導致腎小球血管壁的改變，從而增加白蛋白的通透性。

DN早期的病理變化主要表現為腎功能亢進和腎臟肥大，腎功能亢進主要體現為鈉潴留，發生在蛋白尿之前，是DN早期腎功能改變的一個重要指標。DN形成中出現的鈉潴留和腎臟肥大均與TNF-α明顯相關。體內實驗發現，TNF-α可通過激活鈉依賴轉運體而促進近端小管對鈉的大量攝取；體外實驗發現，糖尿病大鼠尿TNF-α含量顯著增加，其可通過激活遠端小管頂端膜鈉通道(ENaC)而增加鈉的大量重吸收，進而導致鈉潴留和腎臟肥大的發生，該效應均可被TNF-α受體融合蛋白或鈉通道抑制劑或細胞外信號相關蛋白激酶(ERK)抑制劑所阻斷〔14〕。

2.2IL ILs是一群可由多種細胞產生的炎性細胞因子，分為抗炎CK和促炎CK，其中 IL-1、IL-6和IL-18在DN患者中表達增加，作為促炎細胞因子參與DN的發病過程〔7〕。

IL-1在DN動物模型腎臟中表達升高，它能夠通過刺激前列腺素(PG)E2的合成而改變腎小球血流動力學，還可通過增加趨化因子和黏附因子的表達而增強腎小球血管內皮細胞的通透性，刺激系膜細胞和纖維細胞的增殖和細胞外基質(ECM)的生成而導致腎臟損傷〔15〕。研究發現，在韓國2型糖尿病患者中IL-1β和IL-1受體基因的多態性與ESRD風險增加有相關性，但在高加索1型糖尿病患者中卻無此關系〔16〕。

與TNF-α相似，IL-6水平亦被認為是DN進展的重要標志，其與DN出現的許多功能和結構異常密切相關，在DN大鼠腎皮質中IL-6的mRNA基因表達及尿中IL-6水平均顯著增加，且其增加的程度與腎損傷程度呈正相關，可造成腎小球濾過膜通透性異常、系膜細胞腫脹、纖維連接蛋白表達增強等〔13，17〕。

IL-18水平在DN患者的血清和尿液中均顯著增高，并與UAE水平上升相關聯，此外，它還可誘發干擾素(IFN)-γ、IL-1和TNF-α的釋放，上調細胞間黏附因子-1的表達，造成內皮細胞的凋亡等，最終促成DN的發生與發展〔18〕。

2.3黏附分子(AM) AM是指介導細胞間或細胞與基質間相互接觸和結合的一類分子，以配體-受體相對應的形式發揮作用，參與細胞的信號轉導與活化、細胞的伸展和移動及細胞的生長及分化，是免疫應答、炎癥發生、血栓形成、腫瘤轉移、創傷愈合等一系列重要生理和病理過程的分子基礎。其中，炎癥發生時的兩個關鍵步驟為：白細胞與內皮細胞分子黏附；白細胞從血管腔到炎癥部位的跨膜遷移。黏附分子可以促進白細胞與血管內皮細胞的黏附，細胞間黏附分子(ICAM)-1和血管細胞黏附分子(VCAM)-1參與其中，是介導炎癥的重要介質。DN患者黏附分子表達增強，高血糖、晚期糖基化終末產物(AGEs)、氧化應激、高脂血癥及促炎細胞因子等因素可上調ICAM-1的表達，而敲除ICAM-1可對糖尿病小鼠起到保護作用，有效防止腎組織損傷和炎癥的發生。VCAM-1在DN患者腎組織及糖尿病動物模型內皮細胞和腎間質浸潤細胞中表達均增加，而且血漿可溶性VCAM(sVCAM)-1水平升高與1型和2型糖尿病患者白蛋白尿的進展呈正相關，提示sVCAM-1可能是糖尿病腎臟損傷的一個有效生物標志物〔19〕。

2.4單核細胞趨化蛋白(MCP)-1 MCP-1是趨化因子家族的重要成員之一，可促進單核細胞和巨噬細胞的遷移和激活，參與炎性反應的調節過程〔20〕。研究證實，MCP-1水平在DN患者及DN動物模型腎組織中明顯升高，其可介導單核-巨噬細胞遷移并進入腎組織中，聚集于腎組織中的單核-巨噬細胞被激活后可釋放多種損害腎功能的物質，如IL-8、ROS、一氧化氮(NO)和轉化生長因子(TGF)等，造成血管內皮細胞損傷，促進腎小球纖維化和腎小管間質瘢痕化，導致 DN 形成〔21〕。MCP-1還可通過激活血管緊張素轉換酶(ACE)或核因子(NF)-κB途徑而促進DN的發生發展，反之，抑制ACE或阻斷NF-κB 信號轉導途徑，則可下調 MCP-1表達水平，從而明顯延緩 DN的形成過程〔10〕。

2.5TGF-β TGF-β是一種具有多重生物學效應的CK，在免疫調節、炎性反應、細胞生長與分化、組織修復和胚胎發育等方面發揮重要功能。近年發現，TGF-β在DN形成過程中擔當著非常重要的作用，是糖尿病腎臟細胞外基質生成的主調節因子〔22〕。DN形成中腎臟TGF-β及其受體的基因和蛋白表達水平均明顯上調〔23〕，上調后的TGF-β可通過多條途徑來發揮其生物學作用。TGF-β可通過激活其下游的經典信號通路(TGF-β/Smads)誘導腎小球細胞肥大，增加腎小球系膜細胞ECM積聚，逐步發展為腎小球硬化〔24,25〕；TGF-β可通過激活p38和Smad7介導腎足細胞凋亡，破壞濾過屏障而使腎功能惡化〔26〕；TGF-β還可通過TGF-β/Smads通路誘導腎小管細胞肥大，促進腎小球和腎小管上皮細胞向間充質細胞轉化，導致腎臟纖維化的發生〔27〕。

2.6其他 近年來，隨著人們對細胞因子與DN關系探究的深入，不斷發現在DN形成過程中還有其他炎性CK的參與。其中，被稱為炎癥中心因子的NF-κB可由體內高血糖和氧化應激反應所激發，激活的NF-κB從細胞質轉移到細胞核中，繼而促進其目標基因的表達，最具代表意義的即為MCP-1和TGF-β1，二者均為DN進展中重要的炎性CK；NF-κB還可通過增加其他炎性CK(如IL-6)的表達，參與DN的形成過程〔28〕。

廣泛參與糖脂代謝調節的脂肪細胞因子亦與DN的發生發展相關聯，脂肪細胞因子是由脂肪組織分泌的細胞因子家族，主要包括脂聯素、瘦素和抵抗素。脂聯素不僅可以增加胰島素的敏感性，同時還具有抗炎和抗氧化的作用，它可以通過抑制TNF-α的生成與釋放而延緩DN的發展，還可以通過干擾血小板生成生長因子(PDGF)纖維細胞生長因子(FGF)和表皮生長因子(EGF)的受體激活而阻止DN所帶來的腎臟損傷〔29〕，敲除脂聯素的糖尿病小鼠則表現出白蛋白尿增加和足突融合〔30〕。與脂聯素相反，瘦素具有促炎作用，可通過刺激炎癥信號通路而損傷血管內皮功能，造成血管平滑肌細胞的肥大和增生。實驗顯示，2型糖尿病患者血清瘦素水平與白蛋白尿的發生和進展相關，伴有白蛋白尿的DN患者血清瘦素水平明顯升高〔31〕。抵抗素作為一種促炎CK，能夠促進平滑肌細胞增殖遷移、巨噬細胞脂質沉積，引起脂質代謝紊亂。人群調查發現，2型糖尿病患者血清抵抗素水平顯著升高，而且與GFR呈負相關，即抵抗素可增加糖尿病患者腎損傷的風險〔32〕。

綜上，對DN的主要防治方案仍然通過嚴格控制高血壓、血糖水平及血脂水平異常等危險因素的發生，從而延緩DN的發生發展，但最終仍然無法阻止DN形成對腎臟的損傷。因此，特別針對DN主要發病機制而鑒別的治療方法可能會更有效且非常必要。既然炎癥過程是DN發生發展的基礎，那么抗炎方案則為糖尿病患者提供了一個非常有意義的防治思路和治療手段。但目前正在使用的針對DN防治的抗炎方案十分少見，可借鑒的經驗仍很有限，故這一課題仍然是腎科醫生所面臨的一項挑戰，在今后的基礎與臨床研究中可著眼于抗炎性CK產生及抗炎性反應過程來預防或延緩DN的發生與發展。