自噬與糖尿病腎病關(guān)系的研究進展

郭亞男，趙瑞紅，劉 青

（1.新疆維吾爾自治區(qū)巴音郭楞蒙古自治州人民醫(yī)院，新疆 庫爾勒 841000；2.吉林大學第一醫(yī)院胃腸內(nèi)科，吉林 長春 130021；3.吉林大學護理學院內(nèi)科教研室，吉林 長春 130021）

糖尿病腎病是糖尿病患者十分常見的嚴重并發(fā)癥，也是造成終末期腎病的主要原因之一［1］，其發(fā)病機制錯綜復雜，因此探索糖尿病腎病的有效治療方法成為一個備受關(guān)注的問題。自噬（autophagy）即自我吞噬作用，是存在于真核生物細胞中的一種高度保守的保護性機制，通過溶酶體蛋白降解途徑清除細胞內(nèi)的細胞毒性物質(zhì)及受損的細胞器，從而維持細胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)及細胞的完整性，在動物疾病的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用［2］。目前研究［3］發(fā)現(xiàn)：自噬在多種器官中都發(fā)揮著重要的作用，尤其是代謝性器官，例如自噬可以改善高脂飲食引起的胰島損傷，但自噬在糖尿病腎病中的作用機制尚不清楚。

2型糖尿病及其相關(guān)血管并發(fā)癥的發(fā)生與營養(yǎng)物質(zhì)信號通路的改變有著密切的關(guān)系。主要相關(guān)的營養(yǎng)物質(zhì)信號通路包括哺乳動物雷帕霉素受體（mammalian target of rapamycin，mTOR）［4］、AMP活化蛋白激酶（AMP－actived protein kinase，AMPK）［5］和氧化輔酶（NAD＋）依賴的組蛋白去乙?；福∟AD－dependent deacetylase sirtuin，Sirt1）［6］，而這些信號通路在營養(yǎng)條件改變時（例如高糖環(huán)境），對自噬也有著重要的調(diào)控作用。高糖血癥時，營養(yǎng)物質(zhì)信號通路發(fā)生改變使得細胞自噬功能受損，不能對細胞外各種應(yīng)激發(fā)揮正常反應(yīng)，進一步加重細胞器功能的紊亂繼而發(fā)生糖尿病腎病。如上所述，自噬在糖尿病腎病的發(fā)病機制中發(fā)揮著重要的作用。因此通過調(diào)控營養(yǎng)物質(zhì)敏感信號通路來改善腎臟的自噬功能有望成為糖尿病腎病治療的新的藥理靶點。

1 自噬在腎臟病理生理過程中的作用

自噬在細胞中主要有兩方面的作用，一方面是在營養(yǎng)物質(zhì)缺乏的條件下使細胞內(nèi)的能量物質(zhì)再循環(huán)，另一方面是在外界應(yīng)激時清除細胞內(nèi)毒性物質(zhì)及受損的細胞器。隨著對哺乳動物自噬作用研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)自噬在腎臟的各個部分也普遍存在并發(fā)揮著重要的作用。在GFP－LC3轉(zhuǎn)基因小鼠中發(fā)現(xiàn)：即使在正常環(huán)境下足細胞的自噬水平也非常高，而在自然衰老及腎小球受損時足細胞自噬功能受到抑制［7］。自噬在糖尿病腎病發(fā)病機制中的作用尚不清楚，已有研究［8］證明：在糖尿病腎病動物模型中發(fā)現(xiàn)腎臟的自噬功能受損，通過限食干預(yù)可以改善腎臟的自噬功能從而減輕糖尿病引起的腎臟損害，而這一過程是通過Stir1來調(diào)節(jié)的。在嘌呤霉素氨基核苷和阿霉素誘導的腎小球腎炎的動物模型中，發(fā)現(xiàn)自噬有腎臟保護及抗蛋白尿的作用［7］，特異性敲除足細胞中Atg5的老齡小鼠，會發(fā)生腎小球疾病，并伴隨著氧化應(yīng)激產(chǎn)物和泛素化蛋白、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激損傷的積累［7］。以上研究均表明：自噬作用在維持腎臟環(huán)境的穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用。

自噬作用除了對足細胞起到保護作用外，在病理條件下對腎小管也起到保護作用。在順鉑引起的急性腎損傷模型中，通過電鏡、蛋白免疫印跡法等方法發(fā)現(xiàn)自噬吞噬體明顯增高［9］。此外在腎臟缺血再灌注損傷模型中，運用3－甲基腺嘌呤、氯喹抑制自噬作用會使腎臟損傷進一步加重［10］。在老年腎臟中低氧是引起腎小管損傷的的原因之一［11］，隨著年齡的增加，低氧引起自噬作用減弱，從而引起了腎臟中損傷線粒體及線粒體中活性氧物質(zhì)的積累。以上研究均表明：自噬在腎臟的病理生理過程中發(fā)揮著重要的作用。糖尿病腎病在眾多腎臟疾病中占有較大的比例，通過干預(yù)自噬可以達到保護腎臟、延緩腎臟疾病的進展的目的，這對找到糖尿病腎病治療的新靶點給予了新的提示。

2 糖尿病腎病的發(fā)病機制

糖尿病腎病是常見的糖尿病慢性微血管并發(fā)癥之一，35%～40%的糖尿病患者并發(fā)糖尿病腎?。?2］，通常指由于高糖血癥引起的腎小球基底膜增厚、系膜擴張及胞外基質(zhì)增生，導致腎小球的高濾過和蛋白尿［13］。早期表現(xiàn)為尿中排出微量白蛋白，繼之出現(xiàn)臨床蛋白尿，最后進展為慢性腎功能不全，終末期腎病是糖尿病腎病患者的主要死亡原因之一。目前認為：糖尿病腎病的發(fā)病機制十分復雜，高血糖癥引起腎臟細胞內(nèi)外的新陳代謝發(fā)生改變，晚期糖基化終末產(chǎn)物的積累［14］、多元醇的通路代謝增強［15］、蛋白激酶C途徑的激活［16］被認為是糖尿病腎病發(fā)生的主要原因。而近期研究證明：2型糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展與營養(yǎng)物質(zhì)敏感通路的變化有著密切的聯(lián)系。與其有關(guān)的主要營養(yǎng)物質(zhì)敏感信號蛋白包括mTOR［4，17－18］、AMPK［5，19］和Sirt1［6，20］，同時這些信號蛋白在營養(yǎng)條件改變時也是自噬功能的調(diào)控因子。高糖血癥引起生物體內(nèi)的內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變，導致這些營養(yǎng)物質(zhì)傳感通路上關(guān)鍵蛋白的表達發(fā)生改變，在正常內(nèi)環(huán)境中，這些蛋白可以通過對自噬功能的調(diào)節(jié)使細胞在受到外界刺激時仍能夠維持細胞內(nèi)的穩(wěn)態(tài)及細胞的完整性；在糖尿病內(nèi)環(huán)境下，由于這些關(guān)鍵蛋白表達的改變，腎臟各種細胞無法像在正常內(nèi)環(huán)境時通過對自噬的調(diào)控應(yīng)對外界的刺激，從而導致了細胞器的損傷及細胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)的破壞，進一步引起了糖尿病腎病的發(fā)生。

3 調(diào)控自噬與糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展的共同信號通路

腎臟在結(jié)構(gòu)上是一個非常復雜的器官，發(fā)揮著重要的生理作用，包括體內(nèi)代謝廢物的排泄、液體總量的調(diào)控、維持體內(nèi)的酸堿平衡及分泌激素等。足細胞對腎小球濾過率起著重要的作用，糖尿病腎病的典型特征是足細胞損傷引起的蛋白尿和腎小球硬化。體內(nèi)過多的液體通過腎小球進過濾進入腎小球囊，再被近端小管細胞重吸收，近端腎小管細胞在對重吸收的物質(zhì)進行分解。自噬作用對維持足細胞和近端小管細胞的內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)和功能均起到關(guān)鍵的作用，當高糖血癥發(fā)生時，足細胞和近端小管細胞的自噬功能會發(fā)生改變，而這一改變可能與糖尿病腎病的發(fā)病機制有密切關(guān)聯(lián)。自噬存在于足細胞及近端腎小管細胞中，受多種刺激的影響，在眾多調(diào)控自噬的因素中，限食是激活自噬的最有效的生理性手段之一。mTOR、AMPK及Sirt1對自噬起調(diào)控作用，同時這些信號通路上的關(guān)鍵蛋白的改變在糖尿病腎病的發(fā)病機制中也起到很重要的作用。

3.1 mTOR信號通路 mTOR是雷帕霉素的靶分子，是一種絲氨酸／蘇氨酸激酶，在感受營養(yǎng)信號、調(diào)節(jié)細胞生長與增殖中起著關(guān)鍵性的作用。在哺乳動物中，mTOR與其他不同的蛋白結(jié)合，形成了2種功能不相同的復合體（mTORC1和mTORC2），其中mTORC1對免疫抑制劑雷帕霉素敏感。糖尿病腎病發(fā)生時，腎小球和腎小管細胞肥大，足細胞受損，同時伴有腎小球濾過率的進行性下降，許多研究［4］證明mTOR信號通路在這一過程中發(fā)揮著樞紐的作用。在1型糖尿病腎?。?8］和2型糖尿病腎病［17］模型中，通過雷帕霉素抑制mTORC1信號通路可以起到保護腎臟的作用。近期研究［21］報道：mTORC1雖然在維持足細胞穩(wěn)態(tài)中起著重要的作用，但在1型及2型糖尿病腎病模型中發(fā)現(xiàn)過度激活mTORC1是引起腎小球損傷的原因之一。在足細胞特異性敲除mTOR上游抑制因子TSC1的小鼠中發(fā)現(xiàn)：mTORC1過度激活造成了腎小球的損傷，這一過程與在糖尿病腎病模型中發(fā)現(xiàn)的一致。在糖尿病小鼠模型中通過部分抑制足細胞中mTORC1的活性可以減緩糖尿病腎病的發(fā)展［21］。

mTOR信號通路除了上述在糖尿病腎損傷中的重要作用外，其另外的一個主要作用是自噬功能的負性調(diào)控作用。在營養(yǎng)過剩的環(huán)境下由于mTOR被激活，自噬功能受到抑制，mTORC1蛋白質(zhì)復合物通過抑制自噬吞噬體結(jié)構(gòu)的始動子ULK1的活性達到對自噬功能的抑制作用［22］。雖然沒有證據(jù)證明在高血糖癥時足細胞和腎小管細胞中mTOR信號通路對自噬的直接抑制作用，但研究［18］發(fā)現(xiàn)雷帕霉素對糖尿病腎病模型的腎臟有保護作用。

3.2 AMPK信號通路 AMPK即腺苷酸活化激酶，是一種異源三聚體蛋白，由α、β和γ3個亞單位組成，對分解代謝起到關(guān)鍵的作用，是機體能量代謝平衡的總開關(guān)，在真核生物中，AMPK是一種保守的能量感受器，當AMP／ATP比率升高時被激活，被認為是糖尿病治療的有效新靶點之一。白藜蘆醇及二甲雙胍均可激活A(yù)MPK，有報道［5］證明：白藜蘆醇可以通過對AMPK的激活減輕糖尿病腎病早期的腎臟損害。在1型及2型糖尿病腎病動物模型的腎小球和腎小管中，AMPK的活性受到抑制，而人為干預(yù)激活A(yù)MPK可以減輕腎小球和腎小管的損傷［23］。上述研究表明：AMPK在糖尿病腎病的發(fā)病機制中起著重要的作用。

AMPK對自噬作用的調(diào)節(jié)也起到關(guān)鍵作用。在研究過程中發(fā)現(xiàn)：營養(yǎng)缺乏時，自噬與AMPK同時被激活，AMPK不僅可以通過對mTORC1的抑制達到對自噬作用的調(diào)控，且可以通過對ULK1的磷酸化作用實現(xiàn)對自噬的直接調(diào)控作用［24］。在糖尿病時，AMPK的活性受到抑制，腎臟的自噬功能減弱，因此推論AMPK對腎臟的保護作用可能是通過對自噬作用的激活實現(xiàn)的。

3.3 Sirt1信號通路 沉默信息調(diào)節(jié)因子2（silent information regulator 2，Sir2）是在研究酵母菌轉(zhuǎn)錄沉默時發(fā)現(xiàn)的一個廣泛存在于各種物種的基因，在DNA損傷的修復、交配型基因的沉默、染色質(zhì)穩(wěn)定及延長壽命中起重要作用。目前在哺乳動物中已發(fā)現(xiàn)7個Sir2同源基因，也稱為Sirtuins，分別命名為Sirt 1～7。其中Sirt1和酵母Sir2同源性最高，對其研究也最為深入。Sirt1在哺乳動物衰老的調(diào)控及2型糖尿病等衰老相關(guān)代謝性疾病的發(fā)病機制起著重要的作用［6，20］。由于Sirt1的作用依賴于NAD＋水平的變化，其作用與機體對氧化和脂類及糖類的代謝反應(yīng)有關(guān)［25］。

研究［6，26－27］發(fā)現(xiàn)：在糖尿病腎病動物模型中Sirt1表達下降。糖尿病會引起腎小球細胞的明顯凋亡，Sirt1可以抵抗糖尿病引起的系膜細胞的凋亡，起到腎臟保護作用。NADH是體內(nèi)糖類和脂肪酸的代謝產(chǎn)物，當體內(nèi)營養(yǎng)過剩時（例如糖尿?。?，NAD＋／NADH的比率就會下降。而由高糖血癥引起的血管內(nèi)皮細胞衰老與Sirt1的下調(diào)有明顯的關(guān)系，Sirt1在糖尿病血管病變的發(fā)病機制中起到保護作用［20］。Sirt1通過抑制氧化應(yīng)激和TGF－β引起的系膜細胞的凋亡，從而延緩糖尿病腎病的進程［6］。

在熱量限制時，細胞內(nèi)的NAD＋水平增加，激活Sirt1從而使抗氧化物質(zhì)釋放，DNA損傷修復，維持端粒穩(wěn)定的同時增強自噬功能。過表達Sirt1的轉(zhuǎn)基因小鼠，體質(zhì)量較野生型輕，代謝率旺盛，體內(nèi)脂類和糖類的水平較低，這些表型特征與熱量限制組的小鼠一致［28］。相反，高脂飲食所引起的胰島素抵抗及高糖血癥均與Sirt1的表達和活性降低有關(guān)［25］。雖然Sirt1對糖尿病腎病的腎臟保護作用是否是通過激活自噬達到的仍需要進一步研究，但其仍為研究糖尿病腎病的治療提出了新方向。

4 展 望

營養(yǎng)物質(zhì)敏感信號通路與自噬在維持腎臟內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定上均起著十分重要的作用，而糖尿病時兩者均受到影響。上述研究證明：在許多代謝性疾病和衰老相關(guān)疾病中，自噬受到營養(yǎng)條件的調(diào)控。高糖血癥對腎臟來說可以看做是一個“營養(yǎng)過剩”的環(huán)境，因此糖尿病時，腎臟中營養(yǎng)感受信號通路的改變，引起自噬功能的減弱，導致晚期糖基化終末產(chǎn)物的積累、線粒體中活性氧物質(zhì)的積累等，可能是造成早期糖尿病腎病原因。通過人為干預(yù)逆轉(zhuǎn)營養(yǎng)信號通路的改變，可以起到保護腎臟、增強自噬的作用。目前營養(yǎng)信號通路及自噬作用在糖尿病腎病的發(fā)病機制中的作用尚不完全清楚，在未來的研究中，自噬在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中的作用機制尚有待進一步證明，而這些研究將為尋找糖尿病腎病有效治療的新靶點提供依據(jù)。

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