維生素D在糖尿病腎病中的腎臟保護作用

李格菲 毛玉熠 韓 睿

昆明醫科大學第一附屬醫院內分泌二科，云南昆明 650032

隨著糖尿病患病率的不斷增加，其已成為全球性的公共衛生問題，由糖尿病并發癥導致的醫療支出在全世界范圍內造成巨大的社會、衛生系統和家庭的負擔。2017年全世界有4.51億糖尿病患者，至2045年，這些數字預計將增加到6.93億，且估計有一半的人患有糖尿病，但未被確診[1]。對于糖尿病患者來說，除了控制血糖，更重要的是延緩糖尿病并發癥的發生和發展，以提高患者的生存質量和生存率。其中糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常見和最嚴重的微血管并發癥之一，也是全世界終末期腎病（end stage renal disease，ESRD）的主要原因。流行病學調查顯示，糖尿病患者中有1/3的人會發生DN，且目前DN是ESRD的首要病因[1]。我國隨著人口老齡化進程，生活方式的改變，糖尿病所導致的慢性腎衰竭比例正快速增長，有資料顯示糖尿病患者已成為透析的主要人群[2]。因此，DN的預防及治療意義重大。

DN 早期病變隱匿，易被忽視，進入臨床期后很難逆轉，最終將發展為ESRD。DN的致病機制復雜，高糖狀態下糖基化產物的堆積，多元醇途徑的激活，腎臟血流動力學的改變，氧化應激等導致的細胞因子活化，炎癥反應持續作用，使腎小球發生硬化，腎功能逐漸下降。近年來越來越多的研究表明維生素D在蛋白尿和腎小球硬化的消退中起關鍵作用，動物和細胞實驗的證據也顯示，維生素D能通過多種途徑減輕腎細胞的損傷和過度增殖，從而改善DN患者的預后。本綜述主要從維生素D及維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）基因多態性、DN的發病機制闡述維生素D對腎臟的保護作用。

1 維生素D及VDR基因多態性的概述

1.1 維生素D及VDR

維生素D是一種脂溶性維生素，也是一種類固醇激素，可通過紫外線照射皮膚中的7-脫氫膽固醇產生，也可通過從食物中攝取動物來源的D3和植物來源的D2，然后在肝臟和腎臟中進行2次羥化反應轉變為能發揮生物學效應的活性激素1,25 二羥基維生素D3[1,25-（OH）2D3][3]。

VDR是一種核受體，其與類視黃醇X 受體（retinol X receptor，RXR）家族的成員結合一起充當異源二聚體，它們之間的相互作用對于發揮高親和力的DNA結合作用至關重要，但維生素D必須與其受體結合才能發揮其生物學效應。1,25-（OH）2D3與VDR-RXR 復合物結合后，該復合物再與VDRE（用于維生素D反應元件）的特定順式DNA 序列結合，然后VDRE 通過啟動目標基因來調節轉錄，其性質可能是激活作用，也可能是抑制作用[4]。1,25-（OH）2D3的信號轉導具有廣泛的生理效應，除最經典的維持鈣磷穩態的作用外，還能調節免疫反應，參與炎癥反應，抑制細胞增殖，誘導細胞凋亡和分化。

1.2 VDR基因多態性

VDR基因位于12cen-q12 染色體上，包含11個外顯子。VDR基因的多態性與包括糖尿病在內的許多疾病的易感性相關，其中最常報道的VDR 單核苷酸多態性是VDR-FokI、VDR-BsmI、VDR-TaqI、VDRApaI[5]。個體的遺傳組成與DN 易感性之間有很強的聯系，因此，可以在具有高DN 風險的個體中檢測到某些基因的遺傳變異，作為DN的生物標志物。多項研究證據均表明維生素D-VDR-RXR 復合物在腎臟中通過調節細胞分化、抗增殖和免疫調節，在DN的發展中發揮重要保護作用。其中Zhang 等[6]研究已經發現，VDR基因的BsmI 多態性與2型糖尿病患者的DN 風險相關；另一篇關于TaqI（2777例和3522例對照）和ApaI（2440例和3279例對照）多態性與ESRD關聯的meta分析顯示VDR TaqI 和ApaI 多態性與ESRD 風險相關[7]。

2 DN的發病機制

DN的發病機制是多因素且復雜的，高血糖是導致DN 發生、發展的重要因素，即高血糖狀態是DN發生發展的關鍵環節，由高血糖引起的葡萄糖代謝異常及腎臟血流動力學改變是腎臟病變的基礎。在高糖環境下，晚期糖基化終產物（advanced glycation end products，AGEs）的堆積，氧化還原作用失衡及腎素-血管緊張素系統（renin-angiotensin system，RAS）的過度激活引發各種酶和細胞信號因子相互交叉作用，促進炎癥反應的發生，誘導腎細胞的損傷凋亡，加重腎纖維化，最終引起腎臟損傷。

2.1 AGEs 堆積

AGE 形成是指美拉德反應中蛋白質和葡萄糖之間的非酶促反應，形成可逆的早期糖基化產物，隨著時間的流逝，其通過緩慢而復雜的重排而變成AGEs。過多的葡萄糖為糖化反應提供羰基的主要來源，糖尿病患者腎臟AGEs的過度積累通過蛋白質交聯使蛋白質結構和功能發生改變，直接造成細胞損傷。同時，AGE 與其受體RAGE 結合，發揮細胞外的調控作用，激活炎癥反應和氧化應激。如AGEs 通過激活NADPH氧化酶觸發活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產生[8]，而ROS 又引起AGEs的進一步形成。AGE-RAGE軸通過激活幾種細胞內信號傳導途徑，包括JAK-STAT、MAPK/ERK、PI3K/AKT/mTOR 和NF-κB，促進有促炎作用的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）以及有促纖維化作用的轉化生長因子-β（TGF-β）的釋放，在腎組織中形成惡性循環[9]。AGEs 刺激誘導足細胞中RAGE 及其下游途徑p38/MAPK，導致足細胞損傷和凋亡，增加蛋白尿排泄[10]。

2.2 RAS的激活

RAS是血壓、水和鈉穩態的調節劑，主要通過激活血管緊張素Ⅱ（Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ）調節動脈張力，維持腎血流動力學穩定。高血糖下RAS的激活是DN的關鍵因素，當RAS 過度激活，Ang Ⅱ發揮調節血流動力學作用，在近端小管處刺激鈉的重吸收，誘導出球小動脈血管收縮，并增加腎小球毛細血管的壓力和通透性，使腎小球超濾[11]。同時，Ang Ⅱ發揮非血液動力學作用包括：腎臟中TNF-α 產生增加，并上調其他炎癥介質的釋放，加速腎臟損傷；通過增加鈣流入和促進ROS的產生而間接造成足細胞損傷[12]；促進腎小球和腎小管細胞增殖，加快DN 進展。

2.3 氧化還原作用失衡

高糖環境下，葡萄糖的自氧化、晚期糖基化、多元醇途徑、線粒體呼吸鏈缺陷等途徑產生過多的ROS，超過了局部抗氧化能力，則會發生氧化應激。當高糖使腎臟發生氧化應激時，腎細胞膜脂質過氧化，蛋白質氧化，腎血管收縮和DNA 損傷促進DN的發展[13]。ROS 除了直接造成大分子損害外，還可充當信號分子激活多條信號傳導途徑，誘導蛋白激酶C、TGF-β、NADPH 和Ang Ⅱ的進一步活化，導致ROS的進一步產生，產生惡性信號放大循環，從而加劇腎實質損傷[14]。

盡管DN的病因及明確的發病機制尚不完全清楚，但在DN 發生發展的過程中，如以上所述維生素D/VDR 對糖尿病腎臟具有一定的保護作用。

3 維生素D/VDR的腎臟保護作用

3.1 維生素D/VDR 減輕炎癥反應

單核巨噬細胞浸潤在腎臟中發揮至關重要的作用，巨噬細胞是腎小球和腎小管間質炎癥和纖維化的關鍵介質，因為它們產生促炎性和促纖維化細胞因子。然而，巨噬細胞是異質細胞群，可響應各種信號進行經典M1 激活或替代M2 激活。M1 表型被認為會加重炎癥和組織損傷，M2 巨噬細胞在抑制炎癥和促進組織修復中發揮作用。一項體外實驗表明，1,25-（OH）2D3可以在體外將高糖誘導的M1 巨噬細胞轉換為M2[15]。NF-κB信號通路在維生素D及其受體的腎臟保護中起重要作用。高糖狀態下細胞內NF-κB 釋放，以轉錄調節方式參與免疫和炎癥的多種基因表達，使多種細胞因子活化，侵潤腎細胞[16]。來自文獻的數據表明1,25-（OH）2D3可能通過多種機制調節NF-κB，如關于維生素D的抗炎作用研究發現，維生素D可通過抑制NF-κB的活化，減少足細胞中單核細胞趨化蛋白1（MCP-1）和IL-6的表達，以及巨噬細胞對腎小球的浸潤和細胞外基質沉積，以減輕炎癥反應，延緩DN 發展[17]。JAK/STAT信號通路與炎癥的進展關系密切，能與多種炎性信號通路相互作用，如NF-κB 和TGF-β。研究發現維生素D可通過VDR 介導，調控JAK/STAT信號通路，從而減輕炎癥反應，改善腎臟病理損傷[18]。

3.2 維生素D/VDR 延緩腎臟病理改變

足細胞是腎小球濾過的最外層，是腎小球基底膜中高度分化的上皮細胞，形成腎小球主要的過濾屏障，其凋亡和損傷將導致蛋白尿，并加速DN 發展。一項大鼠腎小球分離并體外培養的研究表明[19]，在高糖環境下，大鼠的足細胞標志蛋白nephrin表達下降。nephrin是相鄰交叉足突之間形成縫隙隔膜的關鍵成分，可作為足細胞胞內信號傳導的調節劑，具有腎臟保護作用。而1,25-（OH）2D3能促進nephrin的表達，減輕足細胞損傷。高糖下RAS的激活可促進足細胞的凋亡，而1,25-（OH）2D3-VDR 信號可通過抑制腎素的表達來減少釋放到細胞外的Ang Ⅱ的水平，從而抑制高糖誘導的足細胞凋亡[20]。一項用高糖和AGEs造模的體外實驗表明[21]，高糖和AGEs 對β-catenin 和P-鈣黏蛋白的重新分布以及足細胞β-catenin的表達有影響，從而引起高通透性，維生素D可以逆轉該反應，降低腎小球的超濾。

腎小球系膜細胞參與腎小球系膜基質和基底膜的修復和更新，調節腎小球濾過率，對腎小球的生理功能和病理反應起重要作用。在高糖環境下腎小球系膜細胞的過度增殖，系膜區域中細胞外基質的擴展造成腎小球結節性硬化。Wang 等[22]的研究發現，維生素D3能抑制mTOR，使其下游標靶的磷酸化作用減弱，從而抑制高糖誘導的大鼠系膜細胞的增殖。維生素D3還可抑制高糖血癥引起的系膜細胞中RAS的激活和TGF-β的產生，通過阻斷TGF-β，減輕系膜細胞的過度增殖，延緩腎小球硬化的發展[23]。

DN 過去被認為是腎小球疾病，這種觀念近些年已經受到置疑。據報道，僅有1/3的2型糖尿病患者和微量白蛋白尿患者中存在典型的腎小球病變，很多患者在糖尿病性蛋白尿發作之前，已經明顯出現了腎小管肥大，有機離子運輸減少和其他腎小管改變[22]。最近一項研究表明，活性維生素D能夠通過上調AKT/UCP2信號通路保護腎小管細胞免受高糖的侵害，減少腎小管細胞的凋亡[24]。Liu 等[25]研究表明，高糖誘導的細胞色素P450（CYP）2J5 下調加重腎小管上皮細胞的損傷，VDR的激活通過上調CYP2J5 在腎小管上皮細胞中的表達，減輕高糖誘導的腎小管萎縮及間質纖維化。此外，活性維生素D可直接阻斷培養的腎小管上皮細胞中由TGF-β1 誘導的腎小管上皮-間充質轉化，從而在腎間質纖維化過程中發揮有益作用[26]。VDR 還可以與β-catenin 形成復合物，而后者是一種重要的信號傳遞介質，可以整合來自多種途徑的信號，并在上皮-間質轉化過程中起關鍵作用。糖尿病導致Wnt1/β-catenin 信號傳導的過度活化，促進足細胞損傷，誘導足細胞EMT 以及腎損傷和纖維化，VDR激活可以通過調節Wnt信號通路的關鍵分子來減少高糖誘導的足細胞損傷和腎臟纖維化[27]。另有研究提示，1,25-（OH）2D3可以通過減少膠原蛋白及其他關鍵促纖維化因子的表達，增加抗纖維化因子（如BMP7和MMP8）的表達來改善間質纖維化[28]。

3.3 維生素D在DN患者中的作用

維生素D在腎臟中合成的核心作用已得到了充分證明：腎臟疾病患者中普遍存在的維生素D代謝功能障礙。一項meta分析顯示，維生素D缺乏型糖尿病患者患腎病的風險更高[29]。Esfandiari 等[30]一項為期8 周的隨機雙盲試驗發現，補充維生素D可以降低炎癥標志物如TNF-α 和IL-6 來延緩DN的進展。有研究發現，如果用血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI）或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑（ARB）的同時加入骨化三醇可以安全地使白蛋白尿顯著減少[31]，這一發現增加了證據支持維生素D在腎臟保護中的作用。同時，Liyanage 等[32]的隨機雙盲試驗發現，每月給予維生素D50 000 IU 持續6個月，可降低DN患者的尿白蛋白、血清肌酐和腎素水平。維生素D除了改善腎功能，也可改善其他生化指標，如有研究表明早期DN患者接受高劑量維生素D治療6個月后，血清高密度脂蛋白（HDL）水平顯著改善[33]；另一項隨機對照試驗顯示，阿法骨化醇能改善動脈僵硬度和血壓[34]。

4 小結與展望

近年來，糖尿病相關的腎臟疾病越來越普遍，DN成為ESRD的主要病因。因此，研究DN的發病機制，探索新的治療方法意義重大。維生素D通過不同信號

通路減輕AGEs 堆積、RAS 過度激活、氧化還原作用失衡造成的腎實質損傷，從而延緩腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質纖維化，表現出出色的治療潛力。因此，對于維生素D及其受體基因與DN的研究，將有利于進一步探索其調控與發生機制，為DN 干預治療提供新的思路，也為臨床內分泌及腎臟科醫師提供新的臨床證據，從而為DN患者提供價廉物美的治療藥物。