糖尿病腎病的發病機制研究進展

2019-02-25 04:14:07張秀華曹式麗

醫學綜述 2019年6期

張秀華，曹式麗

(1.天津中醫藥大學研究生院，天津 301617； 2.天津中醫藥大學第二附屬醫院科教部，天津 300250；3.天津中醫藥大學第一附屬醫院腎病科，天津 300193)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)作為糖尿病常見的微血管并發癥之一，早期臨床表現為微量白蛋白尿。在早期病理上，DN主要表現為腎小球濾過率增加，腎小球系膜區增寬和腎小球毛細血管基膜增厚；后期表現為腎小球濾過率下降，腎小球、腎小管間質纖維化。在糖尿病患者中，出現腎臟并發癥約占25%，其中糖尿病腎病已成為發達國家終末期腎臟病的首要病因[1-2]。故導致因腎衰竭而進行的血液凈化和腎移植治療日益增多。我國是糖尿病患者最多的國家之一，DN發病率也呈逐年上升趨勢[3]。據統計，到21世紀中葉，全世界糖尿病患者將達3.66億，而作為其常見并發癥的DN患者將超過1億[4]。DN發病機制十分復雜，迄今尚未完全明確。目前普遍認為，DN的發生和發展，與遺傳因素[微RNA(microRNA，miRNA)、DNA甲基化]、代謝機制紊亂(多元醇通路、蛋白激酶C等)、血流動力學改變、炎癥反應、氧化應激(活性氧類、內質網應激)等諸多因素有關。因此，研究DN的發病機制，對早期干預其發病及有效防治疾病進展具有十分重要的意義?，F就DN的發病機制研究進展予以綜述。

1 遺傳因素

1.1miRNA miRNA是一種非編碼RNA分子，其組成包括21～25個核苷酸，通過作用于腎臟多種細胞，參與了DN的發生。其中，miR-192通過活化轉化生長因子β信號途徑，導致DN患者出現蛋白尿，并向腎纖維化發展[5]。Wu等[6]研究發現，miR-27A在糖尿病大鼠腎小球系膜細胞中表達上調。其主要作用為通過抑制腎小球系膜細胞增殖，阻斷與細胞外基質相關的促纖維化基因上調來導致DN系膜增生。此外，miRNA具有保護腎小球濾過屏障的作用。核酸酶Dicer基因是調控足細胞miRNA生成關鍵酶的主要基因，Shi等[7]和Ho等[8]通過選擇性敲除小鼠模型的核酸酶Dicer基因發現，小鼠出現大量蛋白尿，并很快進展為終末期腎病，故認為其主要通過影響腎小球足細胞裂孔膜蛋白(nephrin)和裂隙膜蛋白(podocin)表達，致使突變小鼠出現腎小球足細胞數量減少、系膜區及毛細血管擴張、腎小球纖維化等病理變化。何鳳等[9]研究發現，高血糖刺激人腎小管上皮細胞HMC和人系膜細胞HK-2，均能上調miR-135b的表達。miR-135b不僅能靶向下調人源Smad5基因、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21的表達，還能上調增殖細胞核抗原、細胞周期蛋白D1、纖維連接蛋白和膠原成分Col I的表達，故認為其通過靶向調控基因表達促進系膜細胞增殖、細胞外基質增加及腎臟纖維化。以上研究表明，miRNA在DN中過度表達，進而導致DN的發生或發展。

1.2DNA甲基化 DNA甲基化是一種非常重要的表觀遺傳學標記，其不僅參與了基因表達調控、基因印跡等重要生物學過程，還參與了DN的發病機制[10]。DNA甲基化主要通過兩種方式抑制基因表達：①甲基化的二核苷酸直接阻止DNA與轉錄因子復合物結合；②通過形成抑制復合物，阻止轉錄因子與特定DNA序列結合而間接抑制基因表達[11]。易斌等[12]通過研究DN患者的DNA及結締組織生長因子啟動子甲基化在DN發病中的作用發現，DN組與糖尿病組和健康對照組的DNA甲基化水平差異無統計學意義；而與糖尿病組及健康對照組相比，DN組的結締組織生長因子基因啟動因子甲基化水平明顯降低，血清結締組織生長因子蛋白水平顯著升高，故認為結締組織生長因子基因啟動子的低甲基化可能參與了DN的發生發展。有學者通過研究DNA甲基化在纖維化模型中的作用發現，基因的過度甲基化可以增加腎素-血管緊張素系統激活成纖維細胞，導致細胞增殖和纖維化，故認為DN的發病機制與某些基因的DNA甲基化異常有關[13]。

2 代謝紊亂

長期高血糖所致的腎臟血流動力學紊亂、葡萄糖代謝異常是糖尿病患者腎臟病變發生發展的關鍵因素和基礎。

2.1多元醇通路多元醇通路是機體葡萄糖代謝途徑之一。研究表明，多元醇代謝異常與糖尿病慢性并發癥尤其是糖尿病微血管病變明確相關[14]。多元醇通路由醛糖還原酶和山梨醇脫氫酶共同構成，其中醛糖還原酶是多元醇代謝途徑的限速酶，在多元醇通路途徑中發揮重要作用，該酶廣泛存在于血管、腎臟、心臟、腦等組織中，促進DN的發生[15]。

在生理狀態下，由于醛糖還原酶對葡萄糖的親和力低，所以導致多元醇通路代謝率低下。當血糖高于正常水平則提高了醛糖還原酶活性，從而增強醛糖還原酶與葡萄糖的親和力、轉化能力，造成山梨醇在細胞內蓄積，還原過程中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸被大量消耗，細胞內滲透壓顯著升高，引起細胞水腫、缺氧，損壞細胞結構和影響細胞功能，進而干擾細胞的正常代謝。

有學者通過將糖尿病小鼠模型分為果糖激酶組和果糖激酶缺陷組進行觀察發現，果糖激酶組糖尿病小鼠模型出現蛋白尿排泄增加、腎小球濾過率降低和腎小管損傷等表現，而果糖激酶缺陷組糖尿病小鼠模型未出現上述腎臟病理損害現象[16]。研究認為，山梨糖醇在腎小球近端小管可以以果糖的形式進行代謝，其過量產生將會導致腺苷三磷酸耗竭，引起促炎細胞因子的表達，促進氧化應激反應的產生[16]。另一項研究通過比較2型糖尿病患者和健康對照者的醛糖還原酶基因第8內含子第95位點A-C多態性認為，醛糖還原酶第8內含子基因型AA可能是DN的危險因素，因為DN患者基因型AA的頻度明顯高于對照組[17]。

2.2蛋白激酶C通路蛋白激酶C廣泛分布于機體的器官、組織和細胞中，具有調節內皮細胞通透性、收縮性及生長的作用，參與了信號轉導途徑、細胞增殖、分化和凋亡。二酰甘油作為蛋白激酶C的內源性激活劑，具有促使蛋白激酶C移位至細胞膜而被激活的作用。DN患者存在高糖狀態，而由于葡萄糖代謝所產生的3-磷酸甘油醛生成增多，導致二酰甘油合成增加，所以促進了蛋白激酶C激活。

Menne等[18]研究發現，在DN大鼠模型中通過抑制蛋白激酶C途徑可顯著抑制腎小球肥大和細胞外基質的產生。故認為，DN的發病機制可能與激活蛋白激酶C通路，導致細胞內蛋白質的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，影響細胞部分功能，導致腎臟損害有關。另有研究顯示，高血糖可激活蛋白激酶C使血管內皮細胞的通透性增加，造成腎臟損害[19]。而應用蛋白激酶C抑制劑Ro-31-8425能降低血管內皮通透性及延緩腎臟損害的發生發展，所以認為其在DN發病中起作用。

2.3晚期糖基化終末產物(advanced glycation end products，AGEs)在DN中的作用 AGEs的來源分為兩種即內源性產生、外源性攝入，在生理情況下，AGEs的產生和清除處于平衡狀態。而DN患者體內的AGEs是在糖尿病高糖狀態下經過一系列反應產生的物質，其是體內蛋白質、脂類、核酸等大分子物質的非酶糖基化產物，體內大分子的游離氨基通過與葡萄糖或果糖等還原糖作用，產生一系列穩定的非酶糖基化終末產物。在長期的高血糖環境下，AGEs大量增多、堆積，通過多種方式參與DN的發生發展[20]。

腎小球表達AGEs受體(receptors of advanced glycosylation end products，RAGE)，AGEs通過與其受體結合激活一系列信號通路調節細胞功能，包括促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB等。AGEs損傷糖尿病患者腎臟主要是通過激活信號通路，從而導致炎癥反應增加，AGEs通過與其受體結合引起血漿內皮素1、血管內皮生長因子等表達和釋放，這些細胞因子參與血管內皮損傷、組織細胞凋亡等病理病變的發生發展，使腎小球濾過率增加并加速腎小球硬化[21]。Thallas-Bonke等[22]認為，AGEs通過與其受體相互作用在DN中發揮重要作用，實驗中應用富含AGEs的飼料飼養糖尿病小鼠，經過一段時間后實驗小鼠出現腎臟病理損害的進展加快，而敲除小鼠的RAGE基因后發現腎臟病理損害情況得到改善。有學者發現，AGEs參與腎臟病理損害可能與其上調腎小管上皮細胞轉化生長因子β和血管內皮生長因子表達有關，其最終導致腎小球硬化、腎小管間質纖維化等癥狀的發生[23]。研究表明，腎內腎素-血管緊張素系統持續激活可引起足細胞損傷及大量蛋白尿，而AGEs與其受體結合后可激活該系統，故認為AGEs是慢性腎臟病發展和足細胞損傷的影響因素之一[24]。有研究證實，腎臟富含RAGE，腎臟的系膜細胞、內皮細胞、巨噬細胞表面均有RAGE表達，而AGEs可以與相應靶細胞上的RAGE結合形成AGE-RAGE復合體，該復合體激活炎癥反應和細胞增殖等信號反應，從而導致腎小球基膜增厚、足細胞損傷，系膜細胞增生，引起腎小球硬化和腎間質纖維化，造成腎臟嚴重損傷[25]。以上研究表明，AGEs可以直接引起腎臟損傷及通過與RAGE結合引起腎臟病變。

3 氧化應激

3.1活性氧類氧化應激反應過程中所產生的活性氧類是氧離子、過氧化物和羥自由基等的總稱，其產生途徑主要包括激活多元醇通路、積累AGEs、葡萄糖的自動氧化等，在DN的發生、發展中起關鍵作用。研究發現，活性氧類可以增加血管通透性，破壞足細胞，減少細胞外基質降解，激活蛋白激酶C[26]。此外，活性氧類大量積聚，可激活一些重要信號因子，加重腎臟損害。多元醇通路的激活、AGEs的積累等多種途徑可促進氧化應激的增強和活性氧類的生成。

少量的活性氧類在調節機體的正常生理功能中發揮重要作用，但當活性氧類大量產生超過細胞的清除能力時，過多的活性氧類積聚激活蛋白激酶C、各種細胞因子及轉錄因子，導致腎小球細胞外基質沉積，降解減少，引起腎小球纖維化[26]。同時，激活多元醇通路會增加AGEs的生成，從而進一步加重腎臟的損害。

有研究表明，纖溶酶原激活物抑制物1會促使腎小球系膜基質和膠原堆積，而活性氧類能參與上調腎小球系膜細胞內纖溶酶原激活物抑制物1的表達過程，促使纖溶酶原激活物抑制物1生成增多，影響腎小球功能[27]。此外，纖溶酶原激活物抑制物1抑制劑能通過保護腎小球足細胞，減少蛋白尿排泄[28]。故認為，活性氧類通過參與調控纖溶酶原激活物抑制物1的表達，促使DN的發生發展。

3.2內質網應激內質網應激反應是指細胞受到內外因素的刺激時，內質網的形態、功能受到破壞后發生一系列生化結構改變，從而使細胞應激性地進入應答措施，以緩解內質網功能障礙的過程[29]。DN患者體內存在多種內質網應激的誘發因素，如高血糖、氧化應激、脂質代謝異常等。因此，內質網應激在糖尿病腎組織損害過程中扮演重要角色[30]。

有研究表明，高糖可誘導體外培養的人腎系膜細胞發生過度增殖及上調轉化生長因子β1、纖維連接蛋白等的表達，并發生內質網應激，而通過抑制內質網應激可相應地抑制細胞增殖及下調腎小球系膜增殖表達[31]。動物實驗表明，高糖刺激下DN患者體內的腎皮質和腎小球系膜細胞能夠激活內質網應激和氧化應激反應，且該反應程度隨時間進展逐漸增強，而通過4-苯基丁酸干預內質網應激可降低應激反應水平，減輕氧化應激及減少炎癥激活，延緩DN病情進展[32]。

4 炎癥反應

DN患者體內存在微炎癥，且炎癥水平隨病程進展而加重，并最終導致腎小球硬化。研究表明，腎小球硬化指數隨著巨噬細胞浸潤程度的加重而升高，但炎性因子表達的增多可促進炎性巨噬細胞的進一步浸潤，出現基膜增厚，從而加速腎小球硬化進程[33]。研究表明，血清脂蛋白相關磷脂酶A2、白細胞介素18、白細胞介素1β和腫瘤壞死因子α等炎癥指標水平可為評估DN的發病風險、病情進展及預后提供一定依據[34]。

另有研究表明，通過刺激炎性介質的產生，激發炎癥信號通路，可促進DN的發生和發展，如趨化因子[35-36]、血管內皮生長因子[37]等，經過一系列反應可導致血管內皮細胞損傷、基膜增厚、腎間質纖維化，最終引發腎臟功能進行性損害。有學者發現，血清抗衰老蛋白水平的下降在DN早期可被檢測到，這或許可用于診斷早期DN[38]。此外，中性粒細胞/淋巴細胞比值在糖尿病臨床蛋白尿期明顯升高，其可能預測DN的發生。

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