血管內(nèi)皮生長因子與糖尿病腎病關(guān)系的研究進展

2019-02-25 22:59:15李思佳孫小蒙

醫(yī)學(xué)綜述 2019年3期

李思佳，孫小蒙

(1.首都醫(yī)科大學(xué)，北京 100069； 2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京朝陽醫(yī)院內(nèi)分泌科，北京 100020)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是一種十分嚴(yán)重的糖尿病微血管并發(fā)癥，發(fā)病非常隱匿，起初患者常無自覺癥狀，一旦出現(xiàn)臨床癥狀或?qū)嶒炇抑笜?biāo)異常，往往已發(fā)展為晚期DN或更為嚴(yán)重的終末期腎衰竭。晚期DN的治療十分困難，治療手段有限且治療效果不佳。了解DN的發(fā)病機制對于早期干預(yù)以及進行有針對性的治療非常重要。DN的發(fā)病機制錯綜復(fù)雜，與高糖所致的多種信號通路紊亂、胰島素抵抗、多種炎性介質(zhì)的釋放、腎臟血流改變以及表觀遺傳學(xué)相關(guān)的基因修飾(如DNA甲基化等)有關(guān)[1]。近年來研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在DN的發(fā)生、發(fā)展及轉(zhuǎn)歸中起著重要作用[2]，對于DN的早期診斷也有意義[3]，并可作為治療靶點對DN實施早期干預(yù)。現(xiàn)就VEGF在DN中的作用進行綜述，以探究VEGF與DN的關(guān)系，旨在為DN的治療和預(yù)防提供有益的幫助。

1 DN概述

DN是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥之一，也是終末期腎病的主要病因之一。近年來，糖尿病的發(fā)病率顯著升高，DN的發(fā)病率也隨之上升。遺傳易感性、炎癥、高血壓、高血糖、高血脂、腎血流動力學(xué)紊亂、年齡、病程等是導(dǎo)致DN發(fā)生的危險因素[4]。多種機制可導(dǎo)致DN，如表觀遺傳學(xué)改變(DNA甲基化、微RNA、組蛋白修飾)等。糖代謝紊亂可激活蛋白激酶C通路和多元醇通路，產(chǎn)生大量糖基化終末產(chǎn)物，這些產(chǎn)物可沉積在腎小球，破壞腎小球的濾過屏障，加重腎功能損害，影響DN發(fā)展進程。此外，腎血流動力學(xué)改變、胰島素抵抗、炎癥反應(yīng)及其相關(guān)因子也參與了DN的發(fā)生、發(fā)展[1]。DN前期主要病理變化使腎小球濾過率增加，并伴有腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化以及腎小球系膜增生等；后期隨著腎小球濾過率的下降、腎小球基膜彌漫性增厚以及基質(zhì)增生，可發(fā)現(xiàn)K-W結(jié)節(jié)、腎小管萎縮、腎功能逐漸喪失，導(dǎo)致慢性腎衰竭[1]。腎小球玻璃樣變、腎小球濾過屏障功能受損、微血管閉塞等造成腎小球通透性改變，這些改變可能是尿蛋白升高的原因，并最終導(dǎo)致慢性腎衰竭和尿毒癥[5]。DN的預(yù)后不佳，影響預(yù)后的因素有糖尿病類型、蛋白尿嚴(yán)重程度及腎功能受損情況等。

2 VEGF概述

VEGF是由2條相同的多肽鏈通過二硫鍵連接構(gòu)成的同源二聚體糖蛋白，屬于血小板衍生生長因子家族，也是內(nèi)皮細(xì)胞特異性絲裂原[3,6]。VEGF家族成員包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D以及胎盤生長因子，通常所說的VEGF是指VEGF-A[3]。

VEGF在心、腎、肺等臟器組織都有表達[7]，在腎臟表達于腎小球足細(xì)胞、遠端腎小管和集合管，在近端腎小管也有少量表達，對維持腎小球濾過屏障的完整性和足細(xì)胞活性有意義[8]。VEGF有3種酪氨酸激酶跨膜受體，血管內(nèi)皮生長因子受體(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)1、VEGFR2、VEGFR3[3]，VEGFR主要存在于腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、間質(zhì)細(xì)胞以及管旁毛細(xì)血管[9]。VEGF與相應(yīng)受體結(jié)合才能發(fā)揮作用。VEGF可特異性地作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞，具有促進內(nèi)皮細(xì)胞增殖和遷移、抑制內(nèi)皮細(xì)胞凋亡、提高毛細(xì)血管通透性、改變細(xì)胞外基質(zhì)、促進血管增生以及維持血管功能等作用[8]，在炎癥、創(chuàng)傷愈合、糖尿病視網(wǎng)膜病變、組織再生以及腫瘤形成等病理生理過程中發(fā)揮重要作用[10]。

3 VEGF在DN中發(fā)生發(fā)展的作用

3.1VEGF在DN中的臨床研究結(jié)果研究發(fā)現(xiàn)，DN患者血清VEGF的水平隨DN的進展有不同程度的升高；此外，VEGF的水平也與尿微量白蛋白、血肌酐及腎小球濾過率密切相關(guān)，VEGF越高，血管內(nèi)皮損傷越嚴(yán)重，血管新生越多，DN病情越嚴(yán)重[11]。糖尿病患病時間越長的患者，隨著尿微量白蛋白的增長、血糖的升高，腎功能損害越嚴(yán)重、VEGF越高，VEGF的過量表達可能參與了DN進展[2,12]。此外，監(jiān)測VEGF的水平能有效評估DN患者腎損傷程度，利于及時治療，為早期診斷和藥物防治等提供策略[3,13]。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴正常蛋白尿時，尿VEGF的表達較健康對照組顯著升高，并隨糖尿病腎損害進程逐漸升高，且尿VEGF排泄增多早于尿微量白蛋白排泄率的變化，因此尿VEGF可作為早期評估糖尿病腎損害的指標(biāo)[8]。

研究表明，與正常對照組相比，正常蛋白尿組(尿白蛋白肌酐比值<30 mg/g)和微量蛋白尿組(30 mg/g≤尿白蛋白肌酐比值<300 mg/g)血清VEGF的水平逐漸升高，而大量蛋白尿組血清VEGF的水平卻有所降低[14]。DN初期，損傷的足細(xì)胞會釋放胞質(zhì)內(nèi)貯存的VEGF，從而提高腎小球濾過膜的通透性，由于腎小球長期處于高濾過狀態(tài)，VEGF的水平勢必會越來越高。隨著疾病的進一步發(fā)展，當(dāng)腎功能損傷至一定程度，腎間質(zhì)進一步纖維化，足細(xì)胞的功能喪失、數(shù)量漸漸減少，導(dǎo)致VEGF的表達下降[14-15]。因此，密切監(jiān)測患者VEGF水平的改變，對于判斷DN進展有重要意義，而特異性抑制或阻斷VEGF的表達可能成為治療DN的新靶點[14]。

DN患者VEGF的水平與尿白蛋白排泄率呈顯著正相關(guān)[9]，推測糖尿病患者尿蛋白的增多可能與VEGF提高腎小球濾過膜的通透性有關(guān)[9]。研究顯示，盡管VEGF與尿中微量白蛋白有一定的相關(guān)性，但相關(guān)系數(shù)小，這表明在微量蛋白尿形成過程中，不但有VEGF的作用，可能還與其他因素相關(guān)[7]。另有研究顯示，DN患者糖化血紅蛋白的水平和VEGF的水平不僅高于健康對照組和(或)2型糖尿病組，而且是尿白蛋白排泄的獨立危險因素[16]。提示糖代謝紊亂導(dǎo)致氧化應(yīng)激加重引起蛋白尿的產(chǎn)生。

3.2VEGF在DN動物及體外實驗研究的結(jié)果動物實驗發(fā)現(xiàn)，DN小鼠VEGF的表達強度較對照組(C57BL/6J小鼠)明顯增強，且VEGF在腎小球系膜區(qū)和足細(xì)胞呈陽性表達，提示腎小球系膜細(xì)胞可被誘導(dǎo)表達VEGF[6]。VEGF、VEGFR2基因及信使RNA在糖尿病大鼠的腎臟中表達，并隨糖尿病病程的延長而增加，且VEGF 信使RNA的表達與腎小球基膜的厚度呈正相關(guān)[17]。隨著糖尿病小鼠腎損害的加重VEGF的表達增高，提示VEGF可通過與特異性受體結(jié)合，參與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞損傷和功能紊亂的發(fā)生[18]。李琳[19]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠腎組織中VEGF的表達量隨病程的延長呈上升趨勢，而腎臟的病理損傷也逐漸加重。

小干擾RNA可使VEGF或激活蛋白1(activator protein 1，AP-1)沉默，并上調(diào)Bcl-2的表達，緩解高糖環(huán)境中足細(xì)胞的凋亡；加入貝伐珠單抗(VEGF抑制劑)和SP600125(AP-1抑制劑)可減弱高糖環(huán)境中足細(xì)胞的凋亡[20]。在鏈脲佐菌素小鼠模型中注射貝伐珠單抗和SP600125，VEGF和AP-1的表達水平下降，Bcl-2的表達水平升高[20]。以上研究說明，VEGF抑制劑可通過調(diào)節(jié)AP-1和Bcl-2信號通路減緩足細(xì)胞的凋亡，AP-1是VEGF的下游調(diào)節(jié)因子。

也有動物實驗結(jié)果與上述的研究結(jié)果不一致。Sivaskandarajah等[21]發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞缺乏VEGF表達的糖尿病小鼠與糖尿病小鼠以及VEGF敲除小鼠相比，蛋白尿更顯著，并伴有腎小球硬化。1型糖尿病小鼠若腎小球細(xì)胞缺乏VEGF的表達會導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞損傷，加速腎小球損傷[15]。以上研究表明，糖尿病狀態(tài)下上調(diào)VEGF的表達將保護微血管免受損傷，下調(diào)VEGF的表達可能是有害的。上調(diào)小鼠足細(xì)胞中VEGF-A(165)b的表達將防止DN中腎組織功能和形態(tài)的異常。研究發(fā)現(xiàn)，在DN的早期或進展期，每2周系統(tǒng)注射人重組VEGF-A(165)b會改善DN的諸多表現(xiàn)，VEGF-A(165)b通過磷酸化腎小球內(nèi)皮細(xì)胞上的VEGFR2改善了腎小球的通透性，并逆轉(zhuǎn)糖尿病引起的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞損傷[22]。草莓葉提取物可通過提高VEGF的表達水平，發(fā)揮治療DN的作用[23]，間接說明提高VEGF將延緩微血管并發(fā)癥的發(fā)生。

4 VEGF導(dǎo)致DN的相關(guān)機制

4.1miR-93通過調(diào)控VEGF參與DN 與健康對照組相比，DN組患者血清中miR-93呈低表達[24]。VEGF是miR-93的靶基因，miR-93可通過調(diào)控自身下游的靶基因在DN發(fā)展中起重要作用[25]。轉(zhuǎn)染miR-93能抑制VEGF 3′非翻譯區(qū)的轉(zhuǎn)錄，并使高糖環(huán)境誘導(dǎo)的VEGF蛋白分泌降低；使用miR-93抑制劑可迅速提高VEGF的表達[26]。在DN動物模型的腎臟中VEGF高表達，干擾VEGF的表達后，腎功能明顯改善[27]。綜上，miR-93可作為一種新的靶點用于DN的治療。

4.2VEGF與色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)失衡導(dǎo)致DN 用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病大鼠其腎小管間質(zhì)VEGF的表達升高，而PEDF表達下降，兩者呈負(fù)相關(guān)[28]。研究發(fā)現(xiàn)，血糖濃度的升高以及作用時間的延長，腎成纖維細(xì)胞VEGF 信使RNA的表達明顯增加，而PFDF 信使RNA的表達明顯減少，并呈劑量和時間依賴性，且兩者呈明顯負(fù)相關(guān)[28]。該研究表明，VEGF和PEDF的表達失衡可能源于高糖的直接作用，其失衡參與了DN的進展。腎間質(zhì)纖維化的發(fā)生不僅是因為VEGF表達的增多，也與PEDF表達的下降有關(guān)。PEDF表達下降不但不能抑制轉(zhuǎn)化生長因子β1、結(jié)締組織生長因子以及纖維結(jié)合素等導(dǎo)致的腎間質(zhì)纖維化，還促進了細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，并抑制細(xì)胞外基質(zhì)降解。推測VEGF和PEDF共同作用導(dǎo)致腎間質(zhì)纖維化形成[28]。

研究發(fā)現(xiàn)，DN患者VEGF和PEDF的表達水平不僅較健康對照組高，也較未伴有腎損傷的2型糖尿病患者高，且血清中VEGF、PEDF的水平隨DN病情的進展逐漸升高[16]。這與體外和動物實驗結(jié)果不同。肝組織和脂肪組織是產(chǎn)生PEDF的主要部位，DN患者因抵抗炎癥以及與VEGF對抗過程中消耗大量的PEDF，PEDF的水平下降，肝、脂肪組織作為代償合成更多的PEDF，導(dǎo)致血清水平上升，且上升的水平與VEGF的水平呈正相關(guān)，這種代償利于延緩DN進展[16]。

4.3VEGF與內(nèi)抑素失衡導(dǎo)致DN 研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病的分期不同，血漿VEGF和內(nèi)抑素的表達水平不同，VEGF和內(nèi)抑素的表達水平與DN相關(guān)，與患者的白蛋白和腎小球濾過率呈負(fù)相關(guān)，與24 h尿微量白蛋白量和視網(wǎng)膜病變呈正相關(guān)[29]。

研究發(fā)現(xiàn)，VEGF在DN大鼠血漿及腎組織中的表達顯著升高，并與DN損傷的嚴(yán)重程度密切相關(guān)[30]。另外，VEGF在DN大鼠血漿中的水平與腎組織的K-W結(jié)節(jié)及內(nèi)皮細(xì)胞增生程度也顯著相關(guān)[30]。DN大鼠的血液以及腎組織中都存在內(nèi)抑素的表達，并與DN的嚴(yán)重程度密切相關(guān)，DN大鼠血漿中內(nèi)抑素的水平與K-W結(jié)節(jié)、腎小球硬化也顯著相關(guān)，且血漿中內(nèi)抑素的水平也與VEGF的水平顯著相關(guān)[30]。VEGF是促血管增生的重要因子，而內(nèi)抑素是抑制血管增生的重要因子，VEGF與內(nèi)抑素的表達失衡是導(dǎo)致新生血管生成的主要原因。當(dāng)促血管生成因子VEGF表達升高的同時，抑制血管生成的因子內(nèi)抑素也呈高水平表達，但內(nèi)抑素上升幅度較VEGF小，VEGF發(fā)揮主要作用，有利于血管新生。提示DN的血管新生與多種細(xì)胞因子的相互作用密切相關(guān)，特別是促血管生成因子和抑制血管生成因子的動態(tài)平衡，不僅是單一因子或個別因素作用的結(jié)果。

4.4血管生成素(angiogenesis，Ang)/Tie-2、Ang/VEGF失衡導(dǎo)致DN 研究表明，血清中Ang-1、Ang-2及Ang受體Tie-2與VEGF的相互作用共同參與了DN的發(fā)生、發(fā)展[31-32]。2型糖尿病患者中血清VEGF、Ang-2以及Ang-1的水平與尿白蛋白的排泄率密切相關(guān)，是DN發(fā)生、發(fā)展的獨立相關(guān)因子，可反映糖尿病腎損傷的嚴(yán)重程度，影響DN的發(fā)展進程[31]。在大量白蛋白尿患者中，血清Ang-1、Tie-2的表達下降，而Ang-2、VEGF的表達升高，提示Ang/Tie-2和Ang/VEGF的比值失衡[31]。DN患者Ang-2與VEGF的水平下降將減少新生血管形成，血管滲透脆性下降，升高Ang-1會使血管結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定，發(fā)育更成熟。因此，恢復(fù)血清Ang/Tie-2、Ang/VEGF的平衡才能發(fā)揮腎保護作用[31]。

在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的1型糖尿病小鼠模型中發(fā)現(xiàn)，Ang-1的表達下降，VEGF的表達上調(diào)；而VEGFR1的水平下降，VEGFR2的磷酸化水平上升[33]。糖尿病足細(xì)胞特異性誘導(dǎo)Ang-1的水平增高會使蛋白尿下降至原來的70%，并阻止糖尿病導(dǎo)致的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞增殖，但對腎小球高濾過狀態(tài)和腎形態(tài)學(xué)無顯著影響[33]。Ang-1升高還可使糖尿病小鼠中Tie-2的磷酸化水平和VEGFR1的水平升高，并伴有VEGFR2磷酸化水平的下降[33]。因此，提高Ang-1和Tie-2的水平，降低VEGF的表達以及升高VEGFR1/VEGFR2的比值可發(fā)揮治療DN的作用。

4.5VEGF一氧化氮軸功能紊亂參與DN 在內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙和低一氧化氮的情況下，VEGF的效應(yīng)會增強。一氧化氮缺乏會增強VEGF的效應(yīng)，引起炎癥反應(yīng)，并導(dǎo)致血管調(diào)節(jié)異常，加重DN[34]。研究發(fā)現(xiàn)，在Akita/+[autosomal dominant mutation in the insulinⅡgene (Ins2)]小鼠中敲除內(nèi)皮型一氧化氮合酶會使內(nèi)皮細(xì)胞VEGF的表達增加，加重內(nèi)皮細(xì)胞遷移，并導(dǎo)致毛細(xì)血管形態(tài)改變[35]。

研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠模型建立8周之后腎組織中腺苷A(2B)受體和VEGF的表達增加，腎組織和胞質(zhì)中一氧化氮水平降低[36]。體內(nèi)注射腺苷A(2B)受體拮抗劑(MRS1754)可阻止腎組織VEGF的過度表達，并逆轉(zhuǎn)腎功能參數(shù)，提高腎組織一氧化氮水平[36]。因此推測，腺苷通路可通過調(diào)節(jié)VEGF的表達而導(dǎo)致VEGF一氧化氮軸功能紊亂，引起DN。

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