糖尿病腎小管病變的發病機制和診治進展*

陳雁，戴歡子

陸軍軍醫大學大坪醫院腎內科，重慶 400010

2007年美國腎臟病基金會指定的腎臟病預后質量倡議（KODQI）指南建議將糖尿病腎病定義為糖尿病腎臟疾病（DKD），美國糖尿病學會（ADA）2014年將DKD定義為糖尿病（DM）引起的慢性腎臟病，指標包括估測的腎小球濾過率（eGFR）降低［＜60 mL/(min·1.73m2)］和（或）尿白蛋白/肌酐比值（ACR）升高（＞30 mg/g），持續時間超過3個月。DKD是DM患者死亡的重要原因［1］，發病早期臨床表現往往不明顯，易被忽視，當臨床癥狀明顯時，腎功能的損害通常已難以逆轉［2］。以往認為DKD病變主要集中在腎小球，微量白蛋白尿是DKD的主要表現。然而，大約20.5%～63%的患者病程中并不出現微量白蛋白尿但會患有腎功能進行性損害，組織學上腎小管間質病變較腎小球結構損害更為突出和嚴重，被定義為糖尿病腎小管病變。腎小管間質損傷也是DKD發展的重要機制，嚴重程度與腎功能進展有關，可以預測DKD的預后［3］。

1 DKD的疾病進展過程經典模式和非經典模式

DKD的疾病進展過程很復雜，與患者種族、DM類型、其他合并癥、采取的治療方案均有關。經典的DKD進程有5個階段：腎小球高濾過期、正常白蛋白尿期、微量白蛋白尿期、臨床蛋白尿期、腎衰竭期，主要特征是不同程度的蛋白尿和腎功能進行性下降。微量白蛋白尿是腎小球起源的，是典型DKD發病和進展的重要檢測指標，與心血管死亡率和腎功能不全直接相關。DKD的典型病理改變是腎小球基底膜增厚、系膜增生、足細胞損傷等，典型病理表現是K-W結節。臨床上，蛋白尿與DM患者腎臟進行性功能障礙有密切關系，尿液中尿白蛋白與肌酐的比值（ACR）≥3 000 mg/g的受試者腎功能迅速下降，大量白蛋白尿比正常白蛋白DM患者的eGFR年度下降率增加了一倍。但ACR可能不精確，由于測量方式的不同（如尿液收集時間、運動狀態或存在發燒、尿路感染等情況）可能有很大的變化。此外，微量白蛋白尿是一種動態波動的狀態，對腎功能不全的預測價值較低，因為它可以向大量白蛋白尿進展或恢復至正常白蛋白尿［4］。在2型糖尿病（T2DM）的多因素干預的研究中，31%的患者從微量蛋白尿進展為大量蛋白尿，31%的患者從微量蛋白尿恢復正常，38%仍存在微量蛋白尿。這種恢復至正常白蛋白尿的情況可以改善心血管預后和全因死亡率，也有助于降低T2DM患者腎臟或心血管疾病的風險。

事實上，DKD的非經典模式中，微量白蛋白尿升高并非DKD的必要診斷標準，在一些研究中有無蛋白尿患者eGFR下降的報道［5］。有研究表明［6］，正常白蛋白尿、微量白蛋白尿和大量白蛋白尿患者進行性腎功能不全的患病率分別為10%、32%和50%。在正常白蛋白和微量白蛋白尿DM患者中分別出現了6%和18%的腎功能早期下降［7］。在T2DM患者的臨床試驗中，正常白蛋白尿的腎衰患者的患病率也并不低（20.5%～63.0%）［5］。DKD非經典模式的組織學改變提示嚴重的腎小管或間質損傷，或不同程度的動脈硬化。這表明，正常白蛋白尿患者和白蛋白尿患者腎功能不全的病理生物學機制不同。

也有研究表明［8］，急性腎損傷（AKI）是DM患者發生（CKD）的原因之一。臨床上急性和亞臨床的急性腎損傷（AKI）都損傷近端腎小管細胞、足細胞和內皮細胞，這種損傷會在腎臟內產生凋亡和炎癥環境，可導致正常白蛋白尿腎衰。所以我們考慮正常白蛋白尿腎衰與微血管病變無關，而是與腎小管間質損傷或大血管病變有關聯，腎小管損傷在DKD中發揮了重要作用。目前尚不清楚在DKD的發展中腎小球病變和腎小管病變誰更重要，但越來越多的證據表明腎小管病變在DKD中有著突出的作用。腎小管病變甚至早于腎小球病變［9］，與DKD患者預后密切相關。這為DKD的診斷和治療進展提供了新的方向。

2 糖尿病腎小管病變的發病機制

2.1 腎小管缺氧假說

在DKD中，近端小管容易受到缺氧損傷。在近端小管發生的鈉重吸收和糖異生過程需消耗氧氣。缺氧通過上調Fas表達誘導細胞凋亡。此外，轉化生長因子β（TGF-β）廣泛分布在腎小球、腎小管及腎間質中。DM早期，TGF-β能促進腎臟肥大，還可能促使腎間質纖維化發展。

葡萄糖通過鈉-葡萄糖共轉運體（SGLT）進入近端小管中的細胞。在高糖條件下，需要較高的Na、K-ATP酶活性和耗氧重新吸收葡萄糖。研究表明SGLT2抑制劑下調了Na、K-ATP酶的活性，并最終降低了耗氧需求［10］。高血糖誘導的氧化應激是DKD的主要驅動因素，細胞內基質金屬蛋白酶-2（MMP-2）通過誘導線粒體通透性轉變而加重氧化應激，從而導致腎小管上皮細胞調節的壞死［11］。細胞內MMP-2與氧化應激有關，近端腎小管細胞易受缺氧應激。結果可能導致腎小管間質缺氧，最終腎功能喪失，這可能也是DKD中的重要發病機制。

2.2 近端小管導致腎小球病變

與DKD相關的腎小管病理變化包括腎小管基底膜增厚、腎小管萎縮、間質纖維化和動脈硬化，這與蛋白尿多少和腎功能不全也密切相關。近端小管通過釋放煙酰胺單核苷酸（NMN）與足細胞關聯，近端小管特異性SIRT1通過維持腎小球NMN濃度和保持足細胞功能來保護腎功能。此外，損傷的近端小管上皮可引起炎癥反應，反復損傷導致不適應修復。這又導致腎小管間質纖維化，腎小管萎縮，以及潛在的繼發性腎小球硬化，這在病理上類似于經典的DKD［12］。近端小管損傷在早期DKD的發展中起重要作用。

2.3 間歇性和持續性損傷刺激導致近端小管病變和CKD

與健康人不同，DM患者近端小管特別容易受到導致AKI的缺血和毒素介導的損傷。在誘導近端小管損傷的小鼠模型中，腎小管上皮損傷一次后的腎小管再生是穩定和有效的，腎臟結構可完全恢復。然而，反復損傷將導致不適應修復，表現為腎小管間質纖維化和腎小管萎縮，并有可能發生繼發性腎小球硬化。因此，這些數據表明，由損傷性刺激引起的亞臨床AKI反復發作的累積效應導致進行性腎小管間質纖維化，這是CKD的特征，包括DKD。流行病學和臨床觀察支持DM患者間歇性AKI與CKD進展之間有關系［13］。AKI增加了DM患者晚期CKD的風險，每一次AKI表現出累積劑量與反應關聯，使CKD的風險增加。

2.4 腎小管對蛋白尿的貢獻

在包括DKD在內的各種腎臟疾病中，近端小管對蛋白尿的作用存在爭議。有報道［13］指出了白蛋白被過濾，并通過近端小管細胞的轉運進行了快速地恢復過程。如果近端小管功能正常，并能重新吸收從腎小球過濾的多余白蛋白，糖尿病早期腎小球損傷可能不會引起蛋白尿。也有其他臨床研究提示了蛋白尿與腎小球白蛋白滲漏增加之間的不匹配，腎小球白蛋白滲漏增加與腎病進展和腎小管重吸收受損可同時存在，兩者都是早期DKD中蛋白尿發生的原因［14］。

3 DKD的腎小管生物標志物

蛋白尿是腎臟損傷和心血管事件高風險的預后因素［15］。蛋白尿也可引起腎小管上皮細胞信號通路的異常調節，誘導炎癥因子的產生，導致小管間質的炎癥及纖維化［16］。在臨床實踐中，ACR和eGFR用于診斷DKD，但在應用的過程中存在敏感性和特異性不足，需研究其他的生物標志物提高DKD的診斷和預后準確性。因此，探索新型的腎小管生物標志物可能有助于早期發現DM患者的腎臟損害，見表1。

表1 腎小管生物標志物

3.1 中性粒細胞明膠酶-相關脂鈣素（NGAL）

NGAL由中性粒細胞和損傷的腎小管上皮細胞產生。由于缺血腎損傷，腎小管細胞中NGAL的合成上調，NGAL被釋放到血液和尿液中，可誘導腎小管中性粒細胞的凋亡。NGAL通過增加增殖狀態和減少凋亡，具有顯著的腎臟保護活性。與健康的非DM個體相比，DM患者的尿NGAL水平較高。可用于DKD發病及監測進展的指標。一些研究［17-18］認為，NGAL是AKI的特異性標志，也是DKD的早期診斷和進展的工具之一。與T2DM患者的eGFR呈負相關。有研究［19］證明T2DM患者中NGAL從健康對照組到正常白蛋白、微量白蛋白和大量白蛋白逐漸增加。在DKD早期微量白蛋白尿出現之前就出現了血清NGAL升高，可用作DKD的診斷、分期和檢測的非侵入性檢查。

3.2 腎損傷分子-1（KIM-1）

它通過清除損傷的腎小管間質的細胞碎片和凋亡小體來促進損傷的修復。在病程長的DM患者中，有微量白蛋白尿的患者腎小管功能障礙較突出，KIM-1表達水平更高。隨著腎小管萎縮和纖維化的進展，隨后觀察到了KIM-1的表達降低。同樣，在T2DM患者中，隨著CKD的進展，尿KIM-1逐漸降低。研究還表明KIM-1水平與蛋白尿有關［20］。KIM-1在腎功能正常的個體中是檢測不到的，它僅在腎損傷后的腎小管細胞中表達［21］。這表明尿KIM-1可以作為DKD早期腎小管損傷的理想指標。

3.3 視黃醇結合蛋白4（RBP-4）

RBP-4從腎小球濾過后幾乎被近端腎小管完全重吸收。尿RBP-4水平升高導致近端腎小管細胞損傷［22］。以往的研究表明，DM患者的血清和尿RBP-4水平不僅升高，而且在DM合并白蛋白尿患者中明顯增加，尿RBP-4與CKD的進展之間為正相關的關系。原因之一可能是尿RBP-4可能反映小管間質纖維化，因為它的排泄與近端腎小管細胞的功能直接相關。原因之二可能是尿RBP升高是間接影響近端腎小管細胞功能的機制之一［23］。因此，尿RBP-4已被確定為近端腎小管細胞功能障礙的非常敏感的生物標志物。可用于監測DKD進展的指標［22］。RBP-4和NGAL可作為蛋白尿的補充測量，用于DKD早期診斷。RBP-4和α1-微球蛋白排泄增加可預測1型DM早期腎病。

3.4 肝脂肪酸蛋白（L-FABP）

L-FABP與游離脂肪酸過度重吸收引起的腎小管間質損害有關。患有白蛋白尿的DM患者的尿L-FABP水平顯著高于正常對照組；在沒有蛋白尿時，尿L-FABP優于ACR來檢測腎功能不全，表明在DKD的監測中，尿L-FABP比ACR更早［24］。在對1 549例1型DM患者的回顧性隊列研究中，L-FABP是DKD進展的一個有價值的預測因子［25］。尿L-FABP的水平與eGFR呈負相關，并隨蛋白尿的嚴重性而升高［24］。與ACR相比，尿L-FABP水平可以更好地監測DKD。這表明使用尿L-FABP作為早期檢測DKD的有效指標，可以延緩腎功能損害進展。

3.5 誘騙受體2（DcR2）

最近的發現表明［26-27］，應激誘導的早衰是腎纖維化和腎功能損害發生的關鍵機制之一，我們在早期DKD的患者中發現，腎小管細胞衰老表型是DKD進展的特征性病變［28-30］，腎小管上皮細胞出現衰老細胞表型與腎小管間質病變（腎小管萎縮與間質纖維化、腎間質炎癥）和腎功能損害呈顯著正相關關系，在DKD的發展中發揮重要作用［31］。DcR2是腫瘤壞死因子超家族的跨膜受體［32］，被認為是細胞衰老的標志［33］，在介導糖毒性腎損傷中扮演了重要角色，是DM患者腎小管間質損傷的一種新的生物標志物。我們的研究證實DcR2在成人正常腎組織中幾乎不表達，然而，DcR2的表達在DKD中顯著升高，并與腎纖維化評分呈正相關，與eGFR呈負相關［34］。DcR2特異性表達于近端腎小管，與衰老標志物（p16，p21，SA-β-gal）和纖維化標志物（平滑肌肌蛋白α，Ⅰ型膠原和Ⅳ型膠原）共表達［31,35-36］。值得一提的是DcR2胞外段可被剪切，因此在血清和尿液中能被檢測［34］。近期我們的研究證明了DcR2通過與過氧化物還原蛋白1（PRDX1）相互作用來介導腎小管細胞的衰老表型，最終導致腎纖維化［37］。我們進一步證實尿DcR2水平可反映DKD患者腎小管間質損傷的嚴重程度，DM患者腎小管中尿DcR-2的表達遠高于非DM患者，尿DcR2/Ucr在診斷DKD患者腎小管間質病變時的cut-off值為215.9 ng/gCr，敏感性為88.9%，特異性為80.6%，DcR2/Ucr在診斷CKD患者腎小管間質病變時曲線下面積（AUC=0.909）最大，敏感性和特異性優于傳統指標eGFR、ACR、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶［31］。腎活檢時腎小管DcR2表達水平是腎小管間質病變進展的獨立和強預測因子。因此，衰老生物學標志物DcR2是評價DKD患者腎小管病變嚴重程度和預后理想的生物標志物，并且尿DcR2作為無創性實時動態監測DKD進展的評價指標，具有較好的臨床推廣應用前景，對指導DKD精準醫療具有重要的臨床價值。

4 DKD治療近端小管作為治療靶點

目前沒有能夠逆轉DKD進展的有效藥物，盡管藥物干預取得了一定的進展，但DKD的患病率繼續上升，表明我們還應尋求其他的治療方式［38］。DKD的預防和治療需要考慮腎小管所起作用的療法，如葡萄糖協同轉運蛋白2（SGLT2）抑制劑。SGLT1和SGLT2是鈉-葡萄糖協同轉運蛋白，SGLT2占葡萄糖再吸收的90%，而SGLT1占剩余10%。DM患者腎糖異生和葡萄糖重吸收均增加［39］，如果濾過的葡萄糖負荷超過近端小管的閾值，葡萄糖尿以線性方式增加。這些變化與上調的SGLT2表達同時發生［40］。近端小管肥大是早期DM的一個關鍵特征，這可能解釋了腎小管葡萄糖重吸收能力的增加［14］。由于SGLT2負責超過90%的葡萄糖重吸收，它的抑制將導致尿糖丟失接近閾值。這種藥物阻斷腎小管葡萄糖的重吸收，從而誘導尿葡萄糖排泄，降低血糖水平。它的作用機制與胰島素和β細胞功能無關，是控制血糖的重要突破［41］。根據研究，SGLT2抑制劑治療3個月內可使患者糖化血紅蛋白（HbA1C）降低1.5%。隨機對照試驗的Meta分析表明，SGLT2抑制劑還降低了T2DM患者的收縮壓3～6 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）［41］。SGLT2抑制劑的降壓作用部分與伴隨的滲透利尿有關，使尿量增加200～600 mL/d。在T2DM患者中使用SGLT2抑制劑的臨床試驗顯示，與安慰劑相比，體重明顯減少1.7 kg或2.4%［42］。在肥胖大鼠中，SGLT2抑制劑通過增加脂肪分解和脂肪酸氧化來減少脂肪質量，減少熱量損失，脂肪丟失也與使用脂肪酸代替葡萄糖作為能源有關［43］。同時SGLT2抑制劑誘導促進細胞內尿酸在近端小管交換，從而促進尿酸的排泄［44］。SGLT2抑制劑的降尿酸作用可能與改善腎臟和心血管結局有關。

高血糖引起的結構和血流動力學改變的復雜的相互作用導致腎小球高濾過，增加了腎小球內壓力，加劇蛋白尿，并可能有助于CKD進展。SGLT2抑制劑增加鈉在黃斑部的傳遞，隨后激活管-球反饋，從而誘導入球小動脈收縮，降低腎小球內壓力，從而減少腎小球高濾過［38］。短期內，SGLT2抑制劑可降低T2DM患者的eGFR［45］。從長遠來看，SGLT2抑制劑對DKD腎小球高濾過的改善對剩余的腎單位是有益的。這也用于血管緊張素轉化酶抑制劑（ACEI）。事實上，SGLT2和ACEI對基礎eGFR＞30 mL/（min·1.73m2）的T2DM患者具有額外的腎臟保護作用［46］。

2018年ADA發布的指南提出［47］，針對DM合并CKD患者，在雙胍類降糖藥物基礎上，盡早聯合SGLT2抑制劑，可減少白蛋白尿，延緩DKD進展。有研究指出［46］，恩格列凈在血肌酐加倍和腎臟替代治療的啟動中分別與44%和55%的風險降低有關。在心血管死亡、心力衰竭住院和全因死亡中，恩格列凈的相對風險分別降低了38%、35%和32%。然而，在非致命性心肌梗死或非致命性腦卒中沒有降低風險。而在CANVAS試驗中，卡格列凈與白蛋白尿進展和腎臟結局（eGFR降低40%，需要腎臟替代治療，或因腎臟原因死亡）的相對風險分別降低27%和40%［48］。卡格列凈還與心血管結局（心血管死亡、非致命性心肌梗死或非致命性卒中）的相對風險降低14%有關［48］。還有研究分析發現達格列凈可將患者腎臟終點事件風險降低47%，可將有高危心血管因素患者的腎臟事件發生風險降低45%和49%［49］。DELIGHT研究顯示，達格列凈在RAS阻斷基礎治療上可進一步將尿ACR降低28.3%，并延緩eGFR下降［50］，提示SGLT2抑制劑可有效減少白蛋白尿，保護腎臟功能。

5 展望

DKD可能將成為我國CKD和ESRD的首要原因，探索DKD發病的新機制、尋找有效干預靶點是DKD診治的關鍵。糖尿病腎小管病變的研究為DKD提供了新的治療策略，雖然研究人員正在試圖確定DKD的病理生理學，但認識仍然不完整，還需更多的研究。其中對糖尿病腎小管病變的研究可能會導致DKD的診斷和治療方面的重大進展。