糖尿病腎病足細胞損傷機制及中藥對其保護作用的研究進展

潘柳葉　楊發奮　龐君　農生斌　盧棉

【關鍵詞】 中藥;足細胞損傷;糖尿病腎病

中圖分類號：R587.2 文獻標志碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-1383.2019.11.016

隨著我國糖尿病（DM）發病率逐年攀升，預計到2025年，我國糖尿病增長率將接近發達國家2倍。糖尿病腎病（DN）繼發于DM，以蛋白尿為突出表現，最終發展至終末期腎病（ESRD）。足細胞（podocyte）是腎小球基底膜（GBM）外側的高分化細胞，有Nephrin、Podocin等多種裂隙膜蛋白構成腎小球濾過的屏障，膜蛋白的損傷或缺失可引起大量蛋白尿。近年研究發現，足細胞損傷是DN發生、發展的關鍵環節之一。

1 足細胞損傷機制

1.1 糖、脂質代謝異常及胰島素抵抗（IR）

高濃度葡萄糖引起的腎小球高壓力、高濾過狀態可直接使足細胞受損。高糖環境下，通過非酶糖化生成的糖基化終末產物（AGEs）增多，AGEs在腎臟中消除，通過細胞內吞噬及降解作用，AGEs被重吸收、降解或從尿中排出。隨著DN患者腎功能的減退，AGEs消除受到影響，產生大于消除，AGEs在體內的蓄積，繼續加重腎臟損害，形成一個惡性循環[1]。研究發現，足細胞凋亡部分是由于AGEs與抗糖基化終末產物受體（RAGE）結合激活腎素-血管緊張素系統（RAS），而RAGE高表達也可進一步激活RAS[2]。因此，我們認為當發生DN時，生成過多的AGEs與RAGE結合并持續激活RAS，是造成足細胞損傷和終末期腎病發生發展的主要原因。脂代謝紊亂或頑固的高脂血癥可能對腎臟造成直接損害。國外研究人員觀察150名肥胖兒童后發現，有22名兒童尿中出現了微量白蛋白，提示肥胖與微量白蛋白尿關系密切[3]。沈健等人[4]予高脂喂養小鼠4周，小鼠逐漸出現糖耐量受損和尿微量白蛋白，腎組織出現典型病理損害，進一步檢測發現小鼠足細胞骨架蛋白Synaptopodin轉為低表達，表明高脂環境可通過破壞細胞結構及功能的穩定，誘導足細胞凋亡。炎癥加高脂環境下，足細胞內膽固醇、脂質水平升高，通過C型1類尼曼-匹克蛋白（NPC1）向內質網轉運膽固醇增多，當內質網上的膽固醇過載時，內質網蛋白質加工運輸障礙及Ca跨膜運動異常，內質網應激（ERS）的誘發加重了足細胞損傷。而他汀類藥物不僅能減少足細胞內脂質沉積，降低NPC1表達，還能顯著降低尿蛋白[5]。IR是胰島素作用于組織細胞時，機體對其低應答，需過量的胰島素才能發揮正常的降糖功能的病理過程。大劑量胰島素可加劇慢性腎衰患者蛋白尿，還可刺激還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶表達增加，導致足細胞應激損傷。足細胞作為腎臟具有胰島素敏感性的主要細胞，若足細胞出現IR，大量糖脂沉積于胞內，足細胞受損，腎小球濾過膜通透性降低，糖尿病向DN進展。Welsh等[6]剔除小鼠胰島素受體后發現，即使小鼠外周血糖值正常時仍可出現蛋白尿，而腎組織活檢則出現足細胞凋亡等一些DN的特征。因此，IR在加速DN的發生、發展中所發揮的消極作用不容忽視。

1.2 氧化應激

氧化應激是機體氧化物質的產生大于清除，從而造成組織細胞氧化損傷的一種應激狀態。研究認為，由于高程度的氧化應激，高血糖可能是足細胞損傷的關鍵。足細胞對氧化應激反應高敏感，是由于其需要消耗大量的ATP以維持多級足突結構能正常附著于GBM上。在高糖環境中，糖氧化激增，產生過多的不穩定的活性氧簇（ROS）結合體內的蛋白質、脂類等，激活多條氧化途徑，導致腎臟損害。Susztak等[7]研究發現ROS具有多種作用，①直接損傷足細胞;②激活足細胞NADPH氧化酶、p38MAPK和caspase-3途徑，生成大量ROS，誘導足細胞的凋亡;③影響足細胞的信號傳遞致足細胞凋亡。Zhou等[8]通過體內和體外實驗發現終末氧化蛋白產物（AOPPs）的積累也可通過NADPH氧化酶導致體內ROS增多，激活caspase-3，最終尿蛋白增多、足細胞凋亡。ERS是另一種氧化應激，內質網腔中折疊錯誤及未折疊蛋白積聚等均可損傷內質網功能，繼而促發ERS。持續高強度的ERS將激活PERK/ATF6/IRE1通路，CHOP蛋白高表達，足細胞應激損傷。GRP78是內質網蛋白之一，能反映細胞內是否發生ERS。我國學者用低劑量的AGEs孵育足細胞24 h，觀察到GRP78表達上調，觸發ERS，最終足細胞凋亡;用高劑量的AOPPs孵育足細胞24 h后，足細胞CHOP蛋白高表達，使用ERS抑制劑預處理可使部分CHOP的mRNA低表達，而使用ERS激活劑預處理則可產生同AOPPs孵育后的結果;證實了AGEs和AOPPs介導了氧化應激和ERS誘導的足細胞凋亡[9]。因此，我們認為，氧化應激與ERS相互作用，最終引起足細胞損害與凋亡。

1.3 炎癥因子

DN早期足細胞脫落、數量減少，細胞骨架、細胞表面屏障分子表型改變及功能失衡都有炎癥信號通路參與。如TNF-α、MCP-1等炎癥因子可引起足細胞Nephrin蛋白表達下降，細胞外向細胞內骨架蛋白傳遞信號受阻，骨架蛋白排列紊亂，足細胞的正常結構遭到破壞，與GMB的黏附作用減弱從而剝離、脫落，腎小球濾過率下降，最終產生大量蛋白尿[10]。MCP-1是對單核細胞最強的趨化因子，研究發現人足細胞通過促進MCP-1與CCR2結合使單核細胞浸潤增多，下調Nephrin的表達。MCP-1及CCR2在DM模型的小鼠腎小球中高表達，MCP-1的表達與Nephrin、Synaptopodin骨架蛋白表達呈負相關[11]。AGEs與RAGE結合后，激活的RAGE作為信號傳導受體激活腎臟細胞中的第二信使，如核轉錄調控因子NF-κB等，其被激活后，在細胞核內與多種基因啟動子特異性序列結合，引起IL-6、IL-8、TNF-α等促炎因子、生長因子、黏附分子等表達和釋放，從而導致炎癥反應增強，纖維化相關的細胞因子及表達因子的增多等。這些細胞因子可使ROS生成增多，與血管內皮細胞的損傷、各種組織細胞的凋亡等多個病理生理過程相關。一項關于腫瘤壞死因子受體TNFR與糖尿病腎病關系的研究發現，腎小球足細胞上存在著TNFR1/2表達，且表達程度與尿蛋白水平具有正相關性，提示TNF-α可以通過與TNFR1/2結合活化NF-κB，激活的NF-κB進入細胞核內與凋亡相關基因（c-myc）共同操控足細胞Nephrin基因表達[12]。因此，越來越多學者認為，在足細胞凋亡的進程中，炎癥因子和免疫損傷起著主導的作用。

1.4 自噬功能失調

自噬是真核生物內一種保守的控制細胞蛋白或細胞器降解過程的細胞途徑。隨著自噬研究的深入，學者們發現正常的足細胞內也保持著較高的自噬水平，以維持足細胞結構、功能的穩定性，在DN病理條件下，足細胞的自噬水平受到抑制，足細胞穩態被破壞。Tagawa等[13]特異性敲除小鼠足細胞自噬相關基因ATG5/ATG7基因后以高脂飲食喂養，發現2個月內小鼠表現出輕度腎小球損傷，6個月后出現腎衰竭;超微結構發現足細胞中有異常形態的溶酶體大量累積。此外，用患有糖尿病和大量蛋白尿患者的血清刺激培養的足細胞會損害自噬，溶酶體功能障礙，導致足細胞凋亡。這些結果首次表明自噬參與了DN的發病機制，其在維持糖尿病狀態下足細胞的溶酶體穩態中起著關鍵作用，自噬功能的損傷導致足細胞的丟失。目前已知細胞主要通過雷帕霉素靶蛋白（mTOR）信號通路和AMPK信號通路調控自噬。Cinà等[14]在人體外足細胞使用mTOR抑制劑后，發現自噬體標記蛋白LC3、自噬體、自噬細胞及受損線粒體大量沉積在細胞漿內，表明mTOR活性過度降低可損傷足細胞。然而，在人和小鼠DN模型中均發現，mTOR活性過度激活也伴有足細胞損傷[15]。在STZ誘導的DN小鼠中，AMPK磷酸化的活性降低，從而抑制自噬啟動蛋白ULK1復合物的形成與活性;而給予STZ小鼠注射AMPK信號通路的激活劑后，激活的細胞自噬功能可減輕足細胞損傷，降低蛋白尿，保護腎功能。可見，mTOR及AMPK保持一定活性，自噬水平保持平衡，對保護足細胞，延緩DN患者病情進展尤為關鍵。

1.5 轉化生長因子（TGP-β1）

各項研究均證實，TGP-β1是介導足細胞凋亡的重要因子，其作用機制包括直接損傷、誘導凋亡及上皮-間質轉分化（EMT）。有學者發現TGF-β1和Smad7在促使足細胞發生凋亡時相互間具有協同效應，TGF-β1通過激活p38MAPK、caspase-3誘導細胞凋亡，而Smad7則通過抑制核轉錄因子、NF-κB來達到協同效應;p38MAPK還可上調caspase-3表達，共同誘導足細胞凋亡，而使用p38MAPK抑制劑可減輕上述效應[16]。α3β1整合素使足細胞能黏附在GBM上，α3β1整聯蛋白介導細胞黏附和整合素信號傳導以維持腎小球濾過屏障。研究者證實TGF-β1抑制足細胞α3β1整合素的表達，從而減弱足細胞在GBM的黏附，最終直接損傷足細胞[17]。目前已知誘導足細胞發生EMT重要的介質之一是TGF-β。足細胞EMT是由于上皮細胞分子Nephrin、Podocin等表達丟失，轉而表達間充質細胞分子Desmin、Snail等，腎臟逐漸纖維化。已知足細胞EMT的信號調控途徑主要包括TGF-β/Smads通路、Wnt/β-catenin通路、ILK通路、絲裂原激活蛋白酶（MAPKs）通路、Jagged/Notch通路以及核因子NF-κB通路等。近年來許多學者試圖運用中藥調控足細胞EMT的信號通路或其關鍵因子，從而減輕蛋白尿，維持足細胞生理結構的完整性。

2 中藥治療DN研究進展

DN歸于中醫“消渴病”中的“下消”，中藥在防治DN方面有豐富的理論和實踐經驗，且中藥不同于西藥的靶點單一，副作用明顯，具有多環節、多靶點、毒副作用小等優勢。近年研究的代表性中藥有效成分包括三七總皂苷（PNS）、雷公藤多苷（TW）、黃芪多糖（APS）、白芍總苷（TGP）等。

2.1 三七總皂苷

PNS提取于三七，具有抗炎、抗氧化應激等作用。研究表明，DM小鼠足細胞病變表現為WT-1標記的足細胞數目減少和Nephrin蛋白表達降低。此外，與正常小鼠相比，KK-Ay小鼠中α3整合素和β1整合素的表達較低。α3β1整合素的低表達導致足突脫落，足細胞和GBM錨定喪失。進一步的研究觀察到PNS通過調節Nephrin和α3β1整合素，起到降低糖尿病小鼠的血糖、腎臟重量和蛋白尿的作用，通過恢復足細胞標志物WT-1和增加Kph-Ay小鼠中的Nephrin的表達，可改善腎小球濾過屏障和減輕足細胞病變[18]。李敬華等[19]分別用PNS、ACEI對DN大鼠進行干預，實驗結果發現，PNS組和ACEI組大鼠血清甘油三酯（TG）、總膽固醇（TC）、肌酐（SCr）、尿素氮（BUN）及24 h尿蛋白水平較模型組明顯降低，腎臟AGEs水平明顯下調，PNS組與ACEI組上述指標比較差異均無統計學意義，證實PNS可對抗高糖環境下高氧化應激狀態、抑制AGEs過度生成，以保護足細胞、減輕腎損害。

2.2 雷公藤多苷

TW提取于雷公藤，具有抗炎、調節免疫等作用。體內外實驗證實，TW具有以下功能：①減少炎性因子釋放以減輕DN患者蛋白尿，保護受損足細胞;②恢復足細胞骨架結構以及分子表達，抑制足細胞凋亡;③阻斷TGP-β通路，抑制腎組織纖維化。凌厲等人[20]使用TW干預DN大鼠模型12周后，觀察到TW治療能明顯減輕大鼠腎臟足細胞病變，Nephrin蛋白表達上調，推測TW可能通過上調Nephrin蛋白的表達來減輕DN足細胞損害。葛永純等[21]選取了65例符合DN診斷的患者進行前瞻性隨機對照臨床試驗，將患者隨機分為TW組和ARB組，觀察到達治療終點6個月后兩組尿蛋白水平及腎功能改善情況，結果顯示TW組尿蛋白較基線明顯下降，且起效迅速;ARB組血SCr較TW組明顯升高，而GFR下降明顯，不良反應發生率兩組間差異不顯著。證實TW能夠有效減少DN患者蛋白尿，改善腎功能，療效優于ARB，且安全性好。

2.3 黃芪多糖

APS提取于黃芪，具有降糖、抗炎、調節免疫等作用。有研究者利用司氏歸納法統計分析多個治療糖尿病的方劑，發現藥物應用次數最多是黃芪。李志杰等[22]對DN大鼠應用APS干預后，大鼠BUN、 SCr和血糖值均得到改善，Nephrin、Podocin表達部分恢復，推測APS通過維持Nephrin和Podocin蛋白的穩定表達，保護足細胞，減輕DN腎臟病理改變。我國學者觀察高糖聯合APS培養足細胞，發現APS可能通過上調α3β1整合素表達水平，達到改善足細胞黏附能力，具有保護因高糖受損的足細胞，防治DN蛋白尿的作用[23]。臨床試驗表明，對老年早期DN患者應用APS注射液干預治療3周后，早期活化T淋巴細胞、炎癥因子TNF-α及IL-6均顯著低于治療前及對照組，提示APS有可能通過調節免疫功能、減少炎癥反應以改善患者腎功能[24]。

2.4 白芍總苷

TGP提取于白芍，具有抗炎、抗氧化應激、調節免疫等作用。研究發現DN患者腎小球足細胞中Nephrin、Podocin蛋白表達與尿蛋白呈負相關[25]。張培等人[26]予DM大鼠TGP治療8周后，大鼠24 h尿白蛋白排泄率明顯下降，Nephrin的表達部分恢復，TNF-α與NF-κB蛋白的表達呈劑量依賴性的降低，因此推測TGP減輕蛋白尿的機制可能與其抑制NF-κB活性，下調TNF-α表達，上調足細胞Nephrin表達有關。臨床試驗表明，予確診DN患者在綜合治療的基礎上口服TGP，3個月、6個月時患者24 h尿蛋白定量較治療前及僅采用綜合治療的患者明顯降低[27]。Zhu等[28]選取了76例DN患者進行前瞻性隨機對照臨床試驗，將患者隨機分為TGP組及ARB組，觀察兩組到達治療終點6個月后尿白蛋白排泄率及炎性標志物下降情況，結果顯示TGP組尿白蛋白排泄率的下降率明顯高于ARB組，且血清hs-CRP、MCP-1和TNF-α下降幅度大于ARB組，表明TGP可以降低DN患者的蛋白尿和炎癥標志物。可見，TGP在DN治療中取得了與上述中藥相似的治療效果，由此推測，TGP可能也具有作用于DN足細胞的保護作用，但鮮有文獻報道，值得進一步研究。

3 小結

近年來，糖尿病腎病足細胞損傷機制的研究側重于自噬功能失調及炎癥因子損傷。許多研究均表明中藥有效成分能有效減輕DN患者蛋白尿，延緩腎衰竭，但其主要作用通路及機制尚未明確。以白芍總苷為例，目前僅能觀察到TGP能有效降低蛋白尿、減輕DN炎癥反應、改善腎功能，但尚無確切證據說明TGP是否通過抑制足細胞MCP-1、TNF-α表達，進而上調Nephrin、Podocin表達來抑制炎癥反應、改善蛋白尿、延緩腎功能惡化，因此進一步研究TGP在機體內作用于DN的機制有重要意義。

參 考 文 獻

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（收稿日期：2019-06-03 修回日期：2019-07-04）

（編輯：潘明志）

基金項目：廣西高校中青年教師基礎能力提升項目（2018KY0446）

作者簡介：潘柳葉，女，醫師，醫學學士，在讀碩士研究生，研究方向：腎臟病學。E-mail： 785002560@qq.com

通信作者：楊發奮。E-mail：1149088074@qq.com

[本文引用格式]潘柳葉，楊發奮，龐君，等.糖尿病腎病足細胞損傷機制及中藥對其保護作用的研究進展[J].右江醫學，2019，47（11）：871-875.