SDF-1α及其受體在糖尿病大鼠腎病中的作用*

劉芬芬，呂學(xué)愛

(1.泰山醫(yī)學(xué)院,山東 泰安 271000； 2. 泰山醫(yī)學(xué)院附屬泰山醫(yī)院腎內(nèi)科，山東 泰安 271000)

據(jù)世界流行病學(xué)報(bào)道，全球有1.8億糖尿病患者，至2030年總數(shù)將翻倍。而糖尿病發(fā)生腎臟病變?yōu)?0%～40%，我國大約有4千萬糖尿病患者，1/3的人最終會發(fā)展為糖尿病腎病(DN)。糖尿病腎病是糖尿病患者最主要的微血管病變之一，成為導(dǎo)致終末期腎病的主要原因之一。由于糖尿病腎病患者機(jī)體存在極其復(fù)雜的代謝紊亂，一旦發(fā)展到終末階段，往往比其他腎臟疾病更加棘手，因此進(jìn)一步探索其發(fā)病機(jī)制，以便制定更加有效的防治措施，對延緩糖尿病腎病的發(fā)展有重要意義。糖尿病腎病的早期改變?yōu)槟I小球肥大、基底膜增厚及細(xì)胞外基質(zhì)的積聚，晚期則表現(xiàn)為腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化?；|(zhì)細(xì)胞衍生因子-1α(stromalcell-derivedfac-tor-1α,SDF-1α)是新近發(fā)現(xiàn)的具有趨化活性的細(xì)胞因子，是趨化性細(xì)胞因子 (ehemotaxiseytokine，CXC)亞族(a亞族)的一員，SDF-1α的受體為CXCR4 (CD184)。SalcedoKelly等[1]發(fā)現(xiàn),VEGF和堿性成纖維細(xì)生長因子(bFGF)能上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞CXCR4的表達(dá)，而Kijowski[2]和Neuhaus[3]分別發(fā)現(xiàn)SDF-1α能誘導(dǎo)造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)VEGF?，F(xiàn)將SDF-1α及VEGF在糖尿病腎病中的意義做以下綜述。

1 SDF-1α/CXCR4軸的基本結(jié)構(gòu)和功能

SDF-1首先在小鼠骨髓基質(zhì)細(xì)胞分泌的細(xì)胞因子中被發(fā)現(xiàn)。其氨基酸序列含有4個(gè)保守的半胱氨酸及N端含有2個(gè)半胱氨酸,歸屬于趨化因子CXC家族,命名為CXCL12。它包括兩種同分異構(gòu)體,SDF-1α和SDF-1β,兩者的區(qū)別在于前者比后者少四個(gè)3′氨基酸。CXCR4是SDF-1α高度特異性受體,在分子結(jié)構(gòu)上是一個(gè)編碼352個(gè)氨基酸且高度保守的7次跨膜受體[4]。

SDF-1α和CXCR4廣泛地表達(dá)于多種細(xì)胞和組織中,包括視網(wǎng)膜色素上皮胞[5，6]、免疫細(xì)胞、腦、心、腎、肺和脾臟等。SDF-1α與CXCR4具有高度親和力。兩者特性結(jié)合后形成的SDF-1α/CXCR4軸是其生物學(xué)功能實(shí)現(xiàn)的分子基礎(chǔ)。SDF-1αCXCR4軸生物學(xué)功能包括介導(dǎo)免疫及炎癥修復(fù)反應(yīng)[6，7]、調(diào)控造血干細(xì)胞遷移歸巢[8，9]及血管發(fā)生[10]、參與胚胎發(fā)育過程、惡性腫瘤的浸潤轉(zhuǎn)移[5，11]、介導(dǎo)HIV感染,以及促進(jìn)RPE細(xì)胞遷移和分泌趨化因子等。其特性有:(1)SDF-1有高度的保守性,小鼠和人的SDF-1僅有1個(gè)氨基酸差異,有99%的同源性[12];(2)通常一種趨化因子可結(jié)合多種受體,一種受體也可結(jié)合不只一種趨化因子,但迄今發(fā)現(xiàn)只有SDF-1與CXCR4是一對一的結(jié)合關(guān)系[13];(3)趨化因子基因通常定位于4、17號染色體,但SDF-1基因卻定位于10號染色體長臂;(4)SDF-1主要由低氧誘導(dǎo)表達(dá)[14]。

2 SDF-1α/CXCR4軸和VEGF

Hitchon[15]等在對人類風(fēng)濕關(guān)節(jié)腔滑液的研究證實(shí):在缺氧因子的誘導(dǎo)下不僅可以出現(xiàn)VEGF的高表達(dá)，SDF-1α的表達(dá)也明顯升高，而且增高比例明顯高于VEGF，提示SDF-1/CXCR4軸與VEGF存在著某種相關(guān)性。NankiT等研究發(fā)現(xiàn)趨化因子可以提高B細(xì)胞在滑膜的積累。Salced[1]等發(fā)現(xiàn),VEGF和堿性成纖維細(xì)生長因子(bFGF)能上調(diào)內(nèi)皮細(xì)胞CXCR4的表達(dá)，而Kijowski[2]和Neuhaus[3]分別發(fā)現(xiàn)SDF-1能誘導(dǎo)造血細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)VEGF。SDF-1α能刺激VEGF在內(nèi)皮細(xì)胞中表達(dá)而VEGF能在培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞中上調(diào)CXCR4的濃度。SDF-1α促VEGF生成，VEGF通過上調(diào)CXCR4濃度加強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞對SDF-1α的應(yīng)答，從而形成協(xié)同作用。SDF-1α和VEGF一起促進(jìn)EPC從遠(yuǎn)處的集聚，如從骨髓移向缺血的視網(wǎng)膜，共同形成造血和生成內(nèi)皮的起源。在研究SDF-1α對人微血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用時(shí)發(fā)現(xiàn),SDF-1α能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移,并能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF),Salced[1]等研究發(fā)現(xiàn)VEGF能誘導(dǎo)人血管內(nèi)皮細(xì)CXCR-4表達(dá)增加。研究報(bào)道SDF-1基因轉(zhuǎn)染的內(nèi)皮祖細(xì)胞通過VEGF/e1Nos途徑增加缺血誘導(dǎo)的血管形成和血管新生。

VEGF可改善腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮功能,增加血管通透性,血漿中的蛋白、單核細(xì)胞、細(xì)胞因子和生長因子,如TGF-β、PDGF、FGF、EGF和TNF-α等就可從血漿中濾出,沉積于腎小球系膜區(qū),刺激腎臟肥大,產(chǎn)生毒性反應(yīng),最終導(dǎo)致腎小球硬化。

3 SDF-1/CXCR4軸與血管內(nèi)皮細(xì)胞

內(nèi)皮細(xì)胞可以分泌SDF-1[11,16]，Salvucci[16]等通過體外的研究發(fā)現(xiàn)，SDF-1可以在早期的內(nèi)皮細(xì)胞胞漿、細(xì)胞表面盒細(xì)胞培養(yǎng)后的上清液檢測到，說明早期的內(nèi)皮細(xì)胞持續(xù)分泌SDF-1。同時(shí)血管內(nèi)皮細(xì)胞也是SDF-1實(shí)現(xiàn)其生物學(xué)功能的平臺。通過研究SDF-1/CXCR4軸誘導(dǎo)的跨膜實(shí)驗(yàn)證實(shí)，內(nèi)皮細(xì)胞表面的蛋白聚糖(PGs)直接參與了骨髓基質(zhì)中SDF-1濃度梯度的形成并最終促進(jìn)了造血細(xì)胞的遷移與回髓。SDF-1/CXCR4軸在內(nèi)皮細(xì)胞形成血管的過程中起著重要作用。

Akimoto[17]等在應(yīng)用酶聯(lián)免疫及RT-PCR法研究SDF-1/CXCR4在胃潰瘍不同時(shí)期的表達(dá)水平時(shí)發(fā)現(xiàn)，在潰瘍活動期，CXCR4在胃粘膜表達(dá)水平較低，而在愈合期及瘢痕中形成期，CXCR4表達(dá)明顯上調(diào)，同時(shí)SDF-1出現(xiàn)明顯的降低，這表明SDF-1/CXCR4軸可能參與了潰瘍修復(fù)期血管的形成及粘膜上皮細(xì)胞的再生。

4 SDF-1α在糖尿病腎病中的作用

4.1 SDF-1α與炎癥因子

4.1.1最近許多研究證實(shí)，糖尿病處于一種慢性低水平的炎癥狀態(tài)。廣義的炎癥標(biāo)志物囊括了各種免疫細(xì)胞、細(xì)胞因子等。其中單核巨噬細(xì)胞浸潤腎組織被認(rèn)為是糖尿病腎病的重要病理特征，體外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，SDF-1α對淋巴細(xì)胞、單核細(xì)胞有趨化作用，體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，其對單核細(xì)胞的趨化作用更強(qiáng)大。近年來的研究報(bào)告顯示SDF-1/CXCR-4軸在多種狀態(tài)下發(fā)揮獨(dú)特作用:具有強(qiáng)烈的趨化作用,并能促進(jìn)MCP-1和IL-8的表達(dá),介導(dǎo)炎癥細(xì)胞跨膜遷移、對T淋巴細(xì)胞增殖起共刺激作用，并能促進(jìn)T細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞的粘附參與慢性炎癥發(fā)生。SDF-1α作為較強(qiáng)的趨化因子能夠趨化各種炎癥因子可能在糖尿病腎病中發(fā)揮重要作用。

4.1.2有文獻(xiàn)研究表明因與IL-8具有較高的同源性,SDF-1α也被稱為IL-8樣因子,與IL-8存在很多功能上的相似之處。最近有研究發(fā)現(xiàn)IL-8對新鮮、游離的外周血單核細(xì)胞有趨化作用,并且促使單核細(xì)胞在內(nèi)皮細(xì)胞上的滾動變?yōu)閺?qiáng)有力的粘附。同時(shí),SDF-1α與Fractalkine亦有高的同源性,而Fractalkine對細(xì)胞粘附作用是不依賴于整合素的新途徑,這提示著我們SDF-1α可能具有粘附分子的活性,可能通過依賴于整合素和不依賴于整合素的兩條途徑起作用,促進(jìn)單核細(xì)胞在活化的內(nèi)皮細(xì)胞上的粘附,為單核細(xì)胞進(jìn)一步遷移到內(nèi)皮下激活為巨噬細(xì)胞創(chuàng)造了條件，進(jìn)而促進(jìn)糖尿病腎病的發(fā)展。

4.2 SDF-1α與缺血缺氧

Ceradini[18]等進(jìn)而發(fā)現(xiàn),缺氧活化的轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子-1(hypoxia-induciblefactor1,HIF-1)可增加缺氧組織內(nèi)皮細(xì)胞SDF-1的表達(dá),促進(jìn)CXCR4陽性的EPC在缺氧組織聚集。Butler[19]等則在缺血缺氧動物模型上發(fā)現(xiàn),血管內(nèi)皮細(xì)胞SDF-1的表達(dá)量與血管細(xì)胞黏附分子-1(VCAM-1)呈正相關(guān),而與密封蛋白(occludin)呈負(fù)相關(guān)。糖尿病腎病的發(fā)展過程中，血管內(nèi)皮細(xì)胞受損，內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，導(dǎo)致內(nèi)皮素表達(dá)過多引起腎小管—間質(zhì)引起血供不足，導(dǎo)致低氧損害。SDF-1α主要由低氧誘導(dǎo)表達(dá)，糖尿病腎病的持續(xù)缺血缺氧導(dǎo)致SDF-1α生成過多。

4.3 SDF-1/CXCR4軸與腎臟損傷修復(fù)

Hoffmann[20]等發(fā)現(xiàn),SDF-1的表達(dá)與腎臟疾病的活檢Banff病理分級有關(guān)。在正常腎移植病人(Banff1級)的腎活檢中,SDF-1主要表達(dá)在腎小球系膜細(xì)胞、近端小管上皮和集合管上皮,而在其他部位表達(dá)很少或不表達(dá);而SDF-1在急性間質(zhì)排斥反應(yīng)病人(Banff4級)表達(dá)顯著增加,在慢性移植腎病病人(Banff5級)的腎活檢中,發(fā)現(xiàn)大量的SDF-1陽性細(xì)胞,但部分急性腎功能衰竭病人(Banff6級)的SDF-1活檢結(jié)果卻與正常腎移植的活檢結(jié)果沒有顯著性差異,其原因不明。Togel[21],LotanD,SheinbergN[22]等證實(shí)缺血性急性腎衰(Acuterenalfailure,ARF)的腎臟表達(dá)SDF-1增加,同時(shí)骨髓細(xì)胞產(chǎn)生SDF-1減少。ARF伴有嚴(yán)重的內(nèi)皮細(xì)胞損傷,SDF-1既可以誘導(dǎo)粒細(xì)胞大量募集到損傷處,進(jìn)一步加重細(xì)胞損傷,又可誘導(dǎo)內(nèi)皮祖細(xì)胞(Endothelialprogenitorcells,EPCs)參與血管再生,促進(jìn)損傷腎臟修復(fù),但Togel[21]認(rèn)為腎臟SDF-1的濃度增加達(dá)到骨髓中的濃度,可以抑制T細(xì)胞趨化,有抗炎作用。

4.4 SDF-1α與糖尿病腎病中的血管新生

血管生成和退化是許多疾病重要病理生理過程,與這些疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后密切相關(guān)。sterby等提出糖尿病患者可能有新生血管形成。形態(tài)學(xué)證實(shí)糖尿病早期腎小球高濾過和肥大與腎小球毛細(xì)血管增多有關(guān),DN患者72%～87%的腎小球血管極處有新生血管生成[23,24]。研究表明腎臟血管結(jié)構(gòu)的異常常與局部促血管生成因子和血管生成抑制因子平衡失調(diào)有關(guān)[25]。研究表明,SDF-1α與血管生成密切相關(guān),通過與其特異性受體CXCR-4結(jié)合而發(fā)揮趨化作用,促進(jìn)造血干/祖細(xì)胞逆SDF-1濃度梯度移行和增殖,誘導(dǎo)新生血管形成。在研究SDF-1α對人微血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用時(shí)發(fā)現(xiàn),SDF-1α能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖遷移,并能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)血管內(nèi)皮生長因子(VEGF),從而促進(jìn)血管發(fā)生,表明SDF-1α參與了微血管內(nèi)皮細(xì)胞形成新生血管的過程。另外FloegeJ,SmeetsB等研究證實(shí)SDF-1/CXCR4軸是腎小球血管發(fā)展新的驅(qū)動程序[26]。TakabatakeY,SugiyamaT等研究發(fā)現(xiàn)SDF-1/CXCR4軸在腎臟血管發(fā)展中是不可或缺的[27]。

5 SDF-1/CXCR4軸在糖尿病腎病防治中的應(yīng)用前景

研究表明SDF-1α在糖尿病大鼠心肌病變、糖尿病視網(wǎng)膜病變中發(fā)揮了重要作用，那么在糖尿病腎病中SDF-1α應(yīng)該也發(fā)揮了重要作用，其在糖尿病腎病中的作用可能與其較強(qiáng)的趨化特性及血管新生有關(guān)，尤其是在糖尿病腎病的損傷修復(fù)及血管新生中有重大意義，目前機(jī)制還未完全明確。阻斷SDF-1/CXCR4軸能夠延緩糖尿病腎病的發(fā)展。因此,特異性SDF-1抗體,或修飾改造SDF-1重組高度特異性CXCR4無活性配體,將可能成為防治糖尿病腎病發(fā)展的重要手段。

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