二甲雙胍治療糖尿病腎病的研究進展

鄧煜璇，黃學君，江妍霞*

1.330006 江西省南昌市，南昌大學第一附屬醫院內分泌科

2.333000 江西省景德鎮市浮梁縣婦幼保健計劃生育服務中心

糖尿病是一種慢性代謝性疾病，其特點是糖代謝紊亂、蛋白質代謝紊亂和脂肪代謝紊亂，長期的代謝紊亂導致多系統器官的損害和衰竭，最終出現嚴重的致命性并發癥［1］。糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN）屬于難治性的糖尿病慢性并發癥之一，其死亡率較高，主要的病理機制是腎小管纖維化、系膜肥大和擴張、炎癥細胞浸潤、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）聚集、足細胞自噬［2］。研究表明糖尿病可以通過多種細胞和分子機制介導腎損傷，包括活性氧（ROS）誘導氧化應激反應、單磷酸腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactivated proteinkinase，AMPK）和哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）［3］。高濾過和高灌注是DN 的早期表現，疾病進展后出現尿蛋白和尿微量白蛋白/肌酐（urine microalbumin/creatinine，UACR）升高，以及腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）逐漸下降，后期出現腎小管萎縮和腎小球節段性硬化［4］。二甲雙胍作為2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）常用的降糖藥物，主要作用為抑制肝糖異生、提高脂肪組織與骨骼肌對葡萄糖的攝取，同時減少高糖對腎臟的影響［5］。目前，我國有30%～50%糖尿病患者出現腎臟損害，研究表明二甲雙胍可降低T2DM 合并慢性腎臟病的死亡率和心血管疾病［6］。然而，二甲雙胍腎保護作用的分子機制有待進一步探討。因此，本文對二甲雙胍的藥理作用及對DN的作用機制進行綜述，為進一步研究DN 的治療方案提供思路。

本文文獻檢索策略：計算機檢索PubMed、中國知網、萬方數據知識服務平臺等二甲雙胍治療DN 的相關文獻，以“二甲雙胍”“糖尿病腎病”“分子機制”“藥物作用”為中文關鍵詞，以“metformin”“molecular m e c h a n i s m”“m e d i c a t i o n”“d i a b e t i c nephropathy”“security”為英文關鍵詞。檢索年限為2012 年1 月—2023 年7 月。納入標準：可下載并閱讀的文獻，內容涉及DN 和二甲雙胍的文獻。排除標準：與本文主題無關的文獻。

1 二甲雙胍的藥理作用

1.1 二甲雙胍的降糖作用

二甲雙胍由于其強大的降糖效果、相對較低的成本和較高的安全性，成為治療T2DM 的主要藥物［7］。1997 年英國一項前瞻性研究結果表明，二甲雙胍的使用可減少低血糖的發生及糖尿病相關死亡［8］。隨后，二甲雙胍被列入WHO 的基本藥物清單，其主要的作用機制是抑制肝臟葡萄糖生成，二甲雙胍通過抑制肝細胞線粒體電子傳遞鏈復合物，導致腺嘌呤核苷酸磷酸化電位受損，AMPK 水平升高，通過AMPK 激活來抑制肝糖異生［9］。此外，二甲雙胍也可以通過非APMK 依賴性方式來抑制肝糖異生［10］。MA 等［11］研究發現低劑量二甲雙胍可以和早老素增強因子-2（Pen2）結合，進一步與溶酶體輔助蛋白1（ATP6AP1）形成復合物，通過與AMPK 激活的溶酶體感應通路相交，發揮其保護作用。

1.2 二甲雙胍的其他作用

近年來二甲雙胍對多種疾病具有一定的療效，可降低T2DM 的微血管并發癥的發生，可用于腫瘤預防和復發，并且恢復多囊卵巢綜合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）的卵巢功能［12］。臨床研究發現，二甲雙胍的療效取決于腫瘤分期，可提高局部晚期腫瘤患者的生存期，對于遠處轉移的患者無明顯改善作用［13］。研究表明二甲雙胍可有效提高非排卵性月經周期的肥胖和非肥胖PCOS 患者的妊娠率和活產率［14］。二甲雙胍還具有降低尿蛋白排泄和保護腎功能的作用，一項動物實驗發現二甲雙胍減輕糖尿病大鼠腎小球表面積、足細胞間隙增大的病理學改變，還可以通過下調富亮氨酸蛋白a2 糖蛋白1（LRG1）和轉化生長因子β1（TGF-β1）/激活素受體樣激酶 1（ALK1）［15］。臨床研究發現二甲雙胍治療組腎臟疾病進展風險及低血糖的發生率較非二甲雙胍治療組低，因此需嚴格遵守指南標準使用二甲雙胍，對治療DN 具有更高的安全性［16］。

1.3 二甲雙胍的不良反應

二甲雙胍可通過多種機制保護腎臟功能，且不良反應較少。其最常見的不良反應為胃腸道反應，最嚴重的不良反應為二甲雙胍性乳酸酸中毒［17］。研究發現二甲雙胍的使用需根據腎臟功能來決定。在早期DN 患者中，二甲雙胍發揮重要作用，可減輕T2DM 患者的血糖和各種并發癥的嚴重程度。然而在晚期腎損害患者中，二甲雙胍可能具有增加乳酸酸中毒的風險［18］。臨床上，乳酸酸中毒是一種可導致急性死亡的疾病，以動脈血乳酸水平＞5.0 mmol/L（參考值為0.5～2.2 mmol/L），血漿pH 值＜7.35 為主要特征［19］。既往研究表明二甲雙胍在參考劑量范圍內可安全使用，但在估計腎小球濾過率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）＜30 mL·min-1·（1.73 m2）-1時，會出現急性腎損傷和血漿二甲雙胍累積的風險，這種情況需完善乳酸濃度試驗和動脈血氣分析［20］。其中一項觀察性研究納入了105例乳酸中毒患者，結果發現該病死亡率高，在入院6 h 內行早期透析治療可降低乳酸中毒的死亡率［21］。另一項研究結果表明二甲雙胍與DN 1～2 期患者乳酸水平升高無相關性，而與DN 3～4 期患者乳酸水平升高有顯著關系［22］。TRINKLEY 等［23］的回顧性研究共納入了132 780 例T2DM 患者，將患者分為二甲雙胍組、其他降糖藥物組和無降糖藥物組，結果顯示單用二甲雙胍的乳酸酸中毒風險較其他暴露組無明顯差異。二甲雙胍仍然是臨床上重要的治療藥物，并在多種疾病中體現了治療效果，乳酸酸中毒的風險仍是使用二甲雙胍需要考慮的重要參考因素。

2 DN 的病理特征

DN 以腎小球硬化和小管間質纖維化為特征，主要的發病機制與腎小球高濾過、氧化應激、自噬、脂質代謝有關［24］。此外，DN 的發生與腎臟的炎癥反應相關，如巨噬細胞募集、核轉錄因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信號轉導、細胞因子釋放，炎癥信號通路通過信號轉導促進腎小球硬化和腎小球基底膜增厚［25］。當糖尿病患者長期處于高血糖狀態，會導致ROS 激活，并且促進晚期糖基化終產物（AGEs）生成，導致腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）激活，進一步出現腎損傷［26］。自噬屬于保護腎臟功能的良性機制，但慢性高血糖的刺激會引起自噬的速率和通量出現顯著的變化，從而出現DN 損傷［27］。DN 損傷的關鍵特征還包括足細胞足突消失和突變，足細胞發生損傷會出現尿蛋白和eGFR降低［28］。尿蛋白和eGFR常作為診斷DN的標準，但eGFR 降低可能不出現尿蛋白排泄［29］。

3 DN 的診斷標準

DN 是T2DM 較常見的臨床并發癥之一，基于UACR 和eGFR 下降為主要診斷標準［30］。其主要的臨床特征為UACR 持續升高或eGFR 下降，尿沉渣異常（蛋白尿、管型尿或血尿）。其診斷金標準為腎臟病理活檢，但對于糖尿病患者而言不可行常規腎穿刺，可行UACR 檢測，在3～6 個月內連續檢測UACR，其中至少有2 次出現持續性蛋白尿（UACR ≥30 mg/g）。根據尿白蛋白排泄率進行分期：（1）DN 1 期為糖尿病初期，其特征為GFR 明顯增加；（2）DN 2 期為臨床前階段，其特征為尿蛋白正常，GFR 輕度升高；（3）DN 3 期為DN 初期，其特征為持續微量白蛋白尿（20～200 μg/min），輕度高血壓，GFR 正常或輕度升高；（4）DN 4 期為臨床DN 期，其特征為蛋白尿增多（＞200 μg/min），伴水腫、高血壓和腎功能受損；（5）DN 5期為尿毒癥期，其特征為蛋白尿進一步升高（＞300 mg/g），GFR 嚴重下降，血肌酐升高。

4 二甲雙胍治療DN 的分子機制

二甲雙胍治療DN 的分子機制見圖1，包括：提高Klotho 蛋白水平改善DN、通過促進AMPK 介導的通路保護腎臟功能、通過抑制NF-κB 介導的通路保護腎臟功能、通過抑制AGEs 形成保護腎臟功能、通過調控微小RNA（miRNA）表達保護腎臟功能。

4.1 提高Klotho 蛋白水平改善DN

Klotho 基因是一種抗衰老分子，參與延緩腎臟病理變化。Klotho 是由Klotho 基因表達的單跨膜蛋白，可分為可溶型和跨膜型［31］。Klotho 可通過多種途徑影響腎臟功能，Klotho 潛在的腎臟保護作用包括抗炎作用、激活自噬、抑制氧化應激和保持祖細胞干性。TYPIAK等［32］發現Klotho 可以維持腎小球濾過屏障，改善腎臟足細胞糖酵解和降低白蛋白通透性，Wnt/β-連環蛋白（Wnt/β-catenin）信號的激活促進腎小管上皮細胞向間充質細胞和衰老表型轉變，導致腎小管纖維化，Klotho 可作為內源性拮抗劑，參與Wnt/β-catenin 信號通路。CHEN 等［33］研究發現Klotho 衍生物KP6 可通過阻斷Wnt/β-catenin 減輕腎小球肥大、足細胞損傷和腎小球硬化，從而達到改善DN 的作用。WANG 等［34］發現Klotho 過表達會顯著抑制高糖刺激的Wnt/β-catenin通路激活，而在高糖刺激下Wnt/β-catenin 通路激活，說明Klotho 可通過抑制Wnt/β-catenin 表達改善DN。

ROS 主要產生于線粒體，其功能障礙會導致細胞衰老和凋亡。Klotho 水平升高會減少血管內皮細胞ROS生成及氧化損傷，由于在DN 患者中腎臟Klotho 含量降低，導致腎小管上皮細胞和腎小球毛細血管易受到外界損傷，長期的腎臟刺激出現GFR 進行性下降［35］。二甲雙胍作為主要治療藥物之一，通過調節Klotho 蛋白水平保護腎臟的功能，研究發現二甲雙胍可提高腎臟足細胞和Klotho 蛋白的存活率，雷帕霉素（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一種絲/蘇氨酸蛋白激酶，參與生物合成、自噬和免疫介導過程。高糖可下調klotho表達，激活mTOR 信號通路，加重糖尿病患者的腎臟損傷［36］。SUN 等［37］指出TGF-β1 可促進膠原蛋白分泌及誘導沉積，p38MAPK 可促進細胞增殖，進一步研究表明二甲雙胍可阻斷Klotho 依賴性TGF-β1/p38 絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路阻止腎臟纖維化，在Klotho 蛋白介導的信號通路作用下，從而延緩糖尿病患者腎臟功能障礙的加重。

4.2 通過促進AMPK 介導的通路保護腎臟功能

二甲雙胍對DN 有潛在保護作用，可以通過AMPK介導的信號通路緩解系膜細胞凋亡和足細胞損傷，保護腎臟免受氧化應激、炎癥凋亡和上皮間質轉化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）［38］。AMPK是由催化α-亞基和兩個調節β 和γ 亞基組成，屬于異源三聚體復合物，其介導生物能量代謝的調控，與糖脂代謝和蛋白質代謝有關。既往研究建立大鼠腎臟系膜細胞體外模型，采用基因沉默技術對AMPK/沉默調節蛋白1-叉頭狀轉錄因子O1（SIRT1-FoxO1）通路進行分析，發現AMPK 可能參與調控DN 的氧化應激和自噬［39-41］。SIRT1 參與調控細胞代謝、免疫應答和細胞衰老的過程，其與胰島素分泌和糖異生有關。FoxO1 是參與抗自噬應激、細胞凋亡和糖脂代謝過程的重要調控因子。高糖環境會增強腎臟的氧化應激和減弱自噬的作用，而去乙酰化SIRT1 上調FoxO1 表達，抑制腎臟系膜基質增生，也可以減少ROS 積累，減少腎臟的損傷，同時SIRT1 過表達可減輕ROS，減輕ECM 聚集，起到腎臟保護作用［42］。研究發現二甲雙胍通過AMPK/SIRT1-FoxO1 通路誘導腎臟自噬來減輕腎臟的損傷，改善氧化應激和糖代謝異常。

二甲雙胍還可以通過AMPK-mTOR 軸激活可負性調節mTOR 表達，體內高糖情況下，會抑制AMPK，從而使mTOR 高表達，二甲雙胍通過AMPK-mTOR 軸緩解DN 氧化應激，負調控mTOR，增強自噬［43］，從而緩解代謝紊亂、腎功能損傷，減緩細胞異常增殖。二甲雙胍還能調節腎臟足細胞的損傷，對維持GFR 穩定性有重要的作用，足細胞受損會導致尿白蛋白排泄增多，甚至出現GFR 下降。SZREJDER 等［44］證明瞬時受體點位通道過表達會促進細胞外鈣離子向細胞內流動，抑制腎素和突觸蛋白表達，最終出現腎臟損傷，而二甲雙胍通過足細胞的AMPK 活化降低瞬時受體點位通道（transient receptor potential canonical ，TRPCs）的表達，可通過這一條途徑減輕腎小管損傷，重塑細胞骨架動力學。

4.3 通過抑制NF-κB 介導的通路保護腎臟功能

NF-κB 在體內參與很多生物反應，如細胞生長發育、免疫應答和炎癥反應。DN 患者腎臟病理可見大量炎癥細胞浸潤，主要以單核-巨噬細胞為主，伴有大量的炎癥因子［45］，如腫瘤壞死因子α（TNF-α）、白介素1（IL-1）和TGF-1β，這些因子經過級聯放大反應加重腎臟損傷，形成蛋白尿，NF-κB 可參與轉錄巨噬細胞，研究表明抑制NF-κB 可減少炎癥細胞對腎臟的損傷在高糖條件下會激活NF-κB，促進炎癥因子損害腎臟［46］。LING 等［47］研究發現白介素33（IL-33）屬于IL-1 家族，可顯著抑制細胞生長發育，二甲雙胍可能通過NF-κB 通路降低血清IL-33 濃度，抑制腎臟細胞凋亡，促進腎臟細胞增殖。

高血糖是腎病進展的主要原因，DN 患者腎臟處于慢性炎癥狀態，二甲雙胍還可通過抑制AMPK 通路來抑制炎癥細胞釋放大量的炎癥因子［48］，減少腎間質纖維化。一項對照研究證明二甲雙胍通過抑制聚ADP-核糖聚合酶1（PAPR-1）活性來減少NF-κB 的表達［49］，PARP-1 主要參與DNA 修復和維持基因完整，糖尿病患者腎臟ROS 激活和活性氮自由基過剩，使細胞的DNA 出現斷裂，進一步激活PARP-1 的活性，最終導致腎臟的炎癥反應加重，PARP1 作為NF-κB 的輔助激活因子，二甲雙胍可以抑制PARP1 的表達，使NF-κB的表達下調，減輕腎臟的炎癥細胞浸潤。

4.4 通過抑制AGEs 形成保護腎臟功能

AGEs 是慢性高血糖引起的病理性糖基化增加的結果，在高糖條件下AGEs 累積會誘導足細胞損傷、TGF-β 和系膜細胞凋亡的表達，促進腎臟衰老［50］。AGEs 會激活AGEs 受體（AGEs receptor，RAGE），通過不同的信號轉導通路促進氧化應激、內質網應激和纖維化，加速腎臟的結構和功能破壞［51］。ISHIBASHI 等［52］報道AGEs 上調腎近端小管RAGE mRNA 水平，促進腎小管細胞損傷。細胞培養和動物培養觀察到二甲雙胍可能通過AMPK 活化蛋白激酶抑制RAGE 表達，從而抑制AGEs 的形成和ROS 的產生，出現抑制腎小管炎癥反應和纖維化。PANG 等［53］指出二甲雙胍顯著抑制AGEs誘導的腎臟細胞凋亡，研究過程發現二甲雙胍處理后的細胞中caspase-3 和Bax 蛋白表達顯著降低，Bcl-2 蛋白表達顯著升高，Bcl-2/Bax 比值升高。

4.5 通過調控miRNA 表達保護腎臟功能

miRNA 是小分子、非編碼的RNA 分子，已有多項研究證明miRNA 通過多種信號通路參與DN 的進展，ZHU等［54］表明miR-195通過靶向Toll 樣受體 4（Toll-like receptor 4，TLR4）、阻斷NF-κB 通路，抑制腎臟炎癥因子分泌和巨噬細胞增殖。二甲雙胍通過miRNA 對腎臟起保護作用。XU 等［55］研究報告高糖處理后的腎小球上皮細胞中H19 高表達，二甲雙胍可抑制H19 表達，其機制是通過H19/miR-143-3p/TGF-β1 抑制腎小球系膜細胞的ECM 累積、炎癥和增殖。此外，二甲雙胍直接作用于miR-21 靶點并調節基質金屬蛋白酶（matrix metalloproteinase 9，MMP9）表達實現腎臟保護作用，MMP9 以酶原的形式存在，其作用是降解膠原纖維、抑制ECM 聚集、維持細胞膜的穩定性、清除自由基，并參與組織正常生長和受損部位愈合的過程，糖尿病患者由于長期處于高血糖水平，MMP9 的表達受抑制，加重高血糖對腎臟的損害，二甲雙胍作用于miR-21 靶點，促進miR-21 的表達，上調MMP9 的水平，達到減少腎臟ECM 聚集，減輕腎臟足細胞的消失［56］。

5 結論

T2DM 及其各種并發癥已經嚴重危害人類健康。我國糖尿病患病率與日俱增，由于人們對T2DM 的認識不足，對疾病引起的健康狀況未引起重視。DN 是糖尿病的慢性并發癥之一，最終會導致腎衰竭和尿毒癥，二甲雙胍是治療糖尿病較常見的藥物之一，有延緩腎臟組織損傷的作用，目前多數臨床試驗研究和動物實驗均證實二甲雙胍可通過各種信號通路治療DN。然而，二甲雙胍的具體不良反應仍需進一步研究，其是否同樣適用于非DN 還需進行探索。經過研究可以確定二甲雙胍在DN 治療中起著至關重要的作用，為T2DM 患者緩解腎臟病變提供了良好的方案。

作者貢獻：鄧煜璇負責論文的構思與設計、論文撰寫；黃學君負責資料收集和數據整理；江妍霞負責論文質量控制和審校，對文章整體負責。

本文無利益沖突。