維生素D結合蛋白在糖尿病腎臟病中的作用機制探討

孫 妍，高玉葉，高 碩

(1.山東第一醫科大學附屬省立醫院 兒內科，山東 濟南 250098；2.山東第一醫科大學，山東 濟南 250062)

糖尿病是威脅人們生命質量的重要慢性疾病，三分之一的患者并發糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease, DKD)，出現蛋白尿增多和腎小球濾過率(glomerular filtration rate, GFR)下降，腎功能下降可獨立于蛋白尿作為DKD新的臨床表型[1]。約30%的1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)患者和40%的2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)患者發生DKD[2]，DKD可逐步進展為終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)，約40%患者需要腎移植[3]，是糖尿病患者的主要死因。作為代謝紊亂引起的炎性反應性疾病[4-6]，DKD發病機制尚不明確。巨噬細胞在DKD的腎小球和腎小管均有浸潤，是DKD特征性炎性反應，也是發病中心環節。尿維生素D結合蛋白(vitamin D binding protein，VDBP)是DKD早期診斷標志物，可轉化為強效巨噬細胞活化因子(macrophage activating factor，MAF)，又稱單核細胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)，激活并增強巨噬細胞功能。現就VDBP在DKD的相關機制進行綜述。

1 VDBP的結構

VDBP為Gc球蛋白，相對分子量為51 000～58 000的血漿球蛋白，屬于結合白蛋白超家族，此家族中還有白蛋白、甲胎蛋白等。人VDBP基因位于4號染色體(4q12-q13)，包含13個外顯子和12個內含子。目前已發現多種VDBP基因多態性，最常見的2個單核苷酸多態性位點位于11號外顯子rs7041和rs4588，其突變組合產生的3種最常見的等位基因表型為GclF、GclS和Gc2。單核苷酸多態性可影響蛋白質穩定性、柔韌性和聚集性，功能位置、反應動力學和對環境參數的依賴性。單核苷酸多態性是VDBP蛋白質轉運的影響因素，rs7041純合子基因型人群中，25羥維生素D濃度顯著較高[7]。VDBP主要由肝臟合成，腎臟可分泌少量VDBP，也在人體其他多種組織表達，如性腺、脂肪組織及中性粒細胞。VDBP由腎小球濾過，在近端腎小管上皮細胞重吸收，經尿液微量排泄[8]。血清VDBP表達水平相對恒定，肝臟疾病、腎病綜合征或嚴重營養不良狀態下表達水平降低。

2 VDBP生理作用

VDBP是血漿中維生素D及其代謝產物最主要的轉運蛋白，結合維生素D及其衍生物僅占VDBP總含量的5%，還具有其他重要作用。VDBP基因多態性與乳腺癌及前列腺癌的易感性相關，VDBP水平與肺病、多發性硬化癥嚴重程度及預后正相關，其炎性因子作用受到越來越多的重視。主要的生理作用包括以下幾個方面：

2.1維生素D轉運作用 25羥維生素D和1, 25(OH)2D3大部分都以VDBP結合形式轉運，少部分與白蛋白松散結合或自由流通。游離維生素D是生物活性部分，25羥維生素D是反映人體維生素D營養狀態的最佳指標。VDBP通過結合反應顯著延長25羥維生素D的半衰期，對于維持血清維生素D濃度穩定、調節生物活性具有重要作用。

2.2肌動蛋白結合作用 VDBP的氨基末端結構域與維生素D代謝物結合，另外的羧基末端結構域與肌動蛋白結合。通過結合并清除肌動蛋白，VDBP實現減輕全身血管閉塞和細胞損傷的作用，降低膿毒癥等炎性反應以及多臟器功能損害的風險。

2.3中性粒細胞趨化作用 通過增強補體相關肽的趨化作用，促進中性粒細胞聚集。中性粒細胞在機體抗感染中發揮著重要作用，在微生物病原體侵襲機體后快速趨化到炎癥部位，吞噬病原并防止擴散，具有重要的免疫防御功能。

2.4巨噬細胞活化作用 VDBP在T淋巴細胞唾液酸酶和B淋巴細胞β半乳糖甘酶轉化酶的脫糖基化作用下，生成DBP maf(巨噬細胞活化因子)即MAF或MCP-1，對于巨噬細胞具有強大趨化作用，通過刺激巨噬細胞炎癥反應，參與宿主防御以及炎性損傷。巨噬細胞活化后分泌ROS、IL-1、TNF-α等炎性反應介質，進一步造成組織損傷。腎臟巨噬細胞浸潤與DKD血糖、糖化血紅蛋白水平、蛋白尿及血肌酐升高、腎臟纖維化密切相關，與預后密切相關。

3 DKD的發病機制

DKD除了經典的蛋白尿表型，出現了兩種新的表型，即“非白蛋白腎損害”和“進行性腎功能降低”，通過進行性蛋白尿增加和腎小球濾過率下降，DKD可逐步進展為ESRD。DKD發病機制尚未完全闡明，主要包括以下幾個方面：

3.1遺傳因素 家族聚集性證實了遺傳因素在DKD發病中的重要作用。許多基因如吞噬和細胞運動蛋白1、血管緊張素轉換酶、內皮型一氧化氮合酶、超氧化物歧化酶1等均是DKD的易感基因。全基因組關聯發現染色體3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q均與DKD顯著相關。

3.2高血糖毒性作用 高血糖涉及多種細胞和多種信號通路的激活，包括非酶糖化終產物增加、山梨醇產生增加、氧化應激增強、蛋白激酶C和TGF-β活性增強等。長期高血糖使腎小球處于高濾過狀態，腎小球內的高灌注和球內高壓加重，毛細血管通透性增加，蛋白尿不斷進展，腎小球逐步硬化。

3.3脂毒性作用 DKD常伴有血脂異常。腎組織局部腎素-血管緊張素系統在DKD過度激活，血管緊張素Ⅱ誘導腎臟系膜細胞LDL受體負反饋調節失衡，導致LDL受體表達上調，細胞內脂質攝入增加。游離脂肪酸(free fatty acids，FFA)通過促進胞漿內質網應激反應及活性氧的過量產生，導致細胞功能失常甚至死亡，稱為“脂毒性”，累及腎組織多種細胞功能。其中，足細胞脂質沉積是DKD的重要決定因素。DKD患者腎小球中連接黏附分子樣蛋白(junctional adhesion molecule-like protein，JAML)高表達，JAML通過SIRT1/SREBP1信號調節足細胞脂質代謝[9]，其水平與腎組織脂質積聚和腎小球濾過率密切相關。

3.4其他通路作用 多種炎癥細胞、信號通路在DKD發生發展中具有重要作用，非編碼RNA( non-coding RNA，ncRNA)、細胞焦亡、自噬、外泌體等在新近報道中證實參與DKD病程進展。非編碼RNA參與表觀遺傳修飾，可通過調節炎癥反應、細胞焦亡和自噬參與糖尿病腎損傷。細胞焦亡是一種細胞程序性死亡方式，炎癥小體通過激活Caspase-1等途徑，促使細胞腫脹、細胞破裂并釋放炎性物質。Gasdermin D(GSDMD)是細胞焦亡特征性蛋白，在DKD患者腎小管表達明顯增加。另外，足細胞自噬功能不全可通過激活DKD內皮損傷的內質網應激，導致足細胞損傷，產生大量蛋白尿[10]。外泌體miR-19b-3p介導腎小管上皮細胞和巨噬細胞之間交流，通過促進小管間質炎癥參與DKD發生發展。

4 VDBP在DKD的作用

新近研究表明，尿VDBP水平是DKD新的早期診斷標志物。DKD患者尿VDBP水平提高，呈現促炎性狀態下的反應[11-13]。隨著DKD病情進展，血清和尿VDBP表達增加[14]，尿VDBP表達與患者GFR、尿素氮、肌酐、尿蛋白有關，對評估DKD病情有一定價值，成為診斷和疾病評估的生物學指標[15-17]。VDBP通過以下機制參與糖尿病相關腎臟病的進展：

4.1VDBP基因多態性與糖尿病及并發癥密切相關 VDBP基因型gc1s-2在日本人群證實與T2DM相關[18]。VDBPrs7041GG/GT基因型的慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)發生率較低，25羥維生素D水平較高[19]。25羥維生素D水平在糖尿病患者與GFR下降速度呈負相關。由此證明，VDBP基因型不僅與糖尿病發病密切相關，也與糖尿病腎功能具有相關性。

4.2影響糖代謝和增加胰島素抵抗 糖尿病患者VDBP水平增加，維生素D生物利用度降低。維生素D通過其受體作用于免疫、血液多種組織系統。胰島β細胞上存在維生素D3受體，1, 25(OH)2D3是正常胰島素分泌所必需。維生素D低水平與肥胖個體糖代謝損傷有關[20]，與糖尿病控制不良高度相關[21]，對β細胞功能和胰島素敏感性(insulin sensitivity，IS)有負影響。尿VDBP升高可通過調節胰腺β細胞的活性維生素D含量，促進高胰島素血癥和胰島素抵抗[22]。此外，VDBP轉化為MAF，激活TNF-α等細胞因子和免疫反應，在胰島素分泌中亦發揮重要影響。

4.3VDBP的脂毒性作用 胰島β細胞VDBP可結合血液中游離脂肪酸，誘導β細胞功能異常，損傷正常自噬功能，誘導細胞凋亡，最終減少β細胞絕對數量，加重胰島素的分泌功能受損。同時，游離脂肪酸具有脂毒性，介導氧化應激，提高系膜細胞炎性因子的分泌，對腎小管和腎小球造成脂質腎損害。細胞實驗中，棕櫚酸通過增加肌醇酶1水平與激活c-Jun氨基端激酶途徑產生內質網應激。內質網應激激活IκB激酶β/核因子κB等途徑促進炎癥效應，并活化氧化應激途徑。

4.4VDBP介導炎癥反應 VDBP在脫糖基化作用下轉化為強效MAF，其是已知最強的趨化和激活單核細胞的因子。糖尿病腎組織的巨噬細胞浸潤是DKD進展的重要組織學特征[23]。MAF通過刺激活性氧促使氧化應激反應和蛋白酶產生而不斷激活巨噬細胞，釋放趨化因子CCL18等各種炎性介質，促進細胞外基質增多，加速腎小球硬化和腎纖維化[24]。腎間質纖維化是慢性腎臟病的共同轉歸。氧化應激又進一步引起糖醛還原酶及多元醇途徑、己糖胺途徑等激活，最終形成糖基化終產物(advanced glycation end products，AGEs)，使腎臟纖維化相關基因表達上調，產生腎臟慢性炎性反應，加劇纖維化[25]。糖尿病的高血糖狀態、AGEs共同誘導腎組織細胞產生一系列趨化因子，促進炎癥不斷進展。此外，DKD患者腎小管上皮細胞富含亮氨酸的α-2-糖蛋白1通過TGFβR1途徑激活巨噬細胞，細胞之間存在通訊機制[26]。炎癥反應推動DKD不斷進展，黃芩苷可通過減輕氧化應激和炎癥反應對DKD有一定的治療作用[27]。

5 展望

尿VDBP水平升高，為我們臨床上早期診斷DKD開辟一條新的思路[28]。糖尿病慢性炎癥增加尿VDBP濃度，并降低維生素D生物可利用度，腎功能損害亦會加重維生素D的缺乏。尿VDBP增加預示著腎內和腎外維生素D的缺乏[29]，而維生素D缺乏與DKD發展密切相關[30]。研究發現，腎病患者適當補充維生素D類似物，一方面通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統減輕DKD炎癥反應，另外還具有抗增殖、抗轉移作用并改善內皮功能，從而顯著降低尿蛋白排泄率[31]。有研究報道，1, 25(OH)2D3通過對多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶的抑制，發揮抗炎作用，減少高糖對足細胞的損傷，降低蛋白尿[32]。隨著VDBP作用機制的進一步明確，為DKD的治療提供了新的方向。

綜上所述，尿VDBP與DKD密切相關，通過基因多態性、胰島素抵抗、脂毒性作用及氧化還原等炎癥反應，在DKD的發生發展中具有重要作用。VDBP水平增加，維生素D生物利用度下降，補充維生素D可以降低蛋白尿，對于DKD的防治具有良好的應用前景。