高糖高脂對腎小球細胞影響的研究進展

周素嫻

糖尿病腎病(DN)是導致慢性腎衰竭的常見原因，是糖尿病的微血管并發(fā)癥之一。高血糖是DN發(fā)生的危險因素。糖、脂代謝紊亂可引起DN的發(fā)生、發(fā)展，這與高糖、高脂對腎臟固有細胞的影響有關，腎臟固有細胞主要由腎小球毛細血管內(nèi)皮細胞(GEnC)、腎小球系膜細胞、足細胞、腎小管上皮細胞和間質成纖維細胞組成。本文就高血糖及其代謝產(chǎn)物的特點以及糖、脂代謝紊亂對腎臟固有細胞的影響的研究進展進行闡述。

一、高血糖及其代謝產(chǎn)物的特點

高血糖能致蛋白質分子交聯(lián)為糖基化終末產(chǎn)物(AGE)，AGE會造成組織細胞和蛋白質功能的損傷。多元醇代謝通路(PP)活化也是高血糖損害組織結構的重要原因，會造成細胞腫脹和壞死。另外，高血糖會導致腎小球細胞蛋白激酶C(PKC)以及葡萄糖轉運蛋白(GLUT)表達升高，從而引發(fā)DN。

1.AGE

晚期AGE是一大類結構非常復雜的物質，是非酶糖基化反應(Mailland反應)的終末產(chǎn)物，可通過多種途徑造成組織細胞的損傷。血糖增高時，蛋白質分子中的還原性氨基可與葡萄糖等還原糖分子中的醛基結合形成醛亞胺，反應迅速且高度可逆，其形成的數(shù)量取決于葡萄糖的濃度。數(shù)日后醛亞胺再發(fā)生Amadori重排反應，形成性質較為穩(wěn)定的醛胺類產(chǎn)物。此后醛胺類產(chǎn)物再經(jīng)過脫水和重排反應形成羰基化合物。糖化蛋白質分子與未糖化蛋白質分子，及糖化蛋白分子之間可通過酮胺化合物以共價鍵結合，導致蛋白質分子逐漸交聯(lián)、變大，最終成為結構復雜的AGE，AGE及其蛋白加成產(chǎn)物穩(wěn)定且不可逆。長期的高血糖可促進AGE的形成，AGE在體內(nèi)積聚，可與體內(nèi)的各種細胞、蛋白質結合，并造成組織細胞和蛋白質功能的損傷，而以往的大量研究發(fā)現(xiàn)，AGE可在腎臟中檢出。體內(nèi)細胞的表面可表達晚期糖化終產(chǎn)物受體(RAGE)，研究發(fā)現(xiàn)，AGE可與Jurkat細胞表面的RAGE結合，通過P38絲裂素活化蛋白激酶(MAPK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)信號通路等途徑，促進細胞分泌TNF-α等細胞因子[1]。在高血糖下，血管內(nèi)皮細胞可大量表達RAGE抗原[2]。

2.PP

山梨醇脫氫酶 (SDH) 和醛糖還原酶(AR)在PP中扮演了重要角色。人體內(nèi)包括腎臟在內(nèi)的多種組織細胞均富含AR，且高糖情況下，AR活性增強。在AR作用下，葡萄糖還原為山梨醇，再經(jīng)SDH作用，氧化成果糖。此途徑需消耗還原型輔酶Ⅰ及氧化型輔酶Ⅰ。葡萄糖主要由磷酸戊糖途徑和糖酵解分解代謝。在某些組織如血管、腎臟、神經(jīng)組織中，僅有約少于3%的葡萄糖可經(jīng)山梨醇途徑代謝，而高血糖可加速該代謝過程，致PP活化，高血糖損害組織結構的各種因素中，PP活化占據(jù)重要地位，其結果為山梨醇、果糖積聚在組織，進而造成細胞腫脹和壞死。同時，細胞內(nèi)山梨醇積聚，組織對肌醇攝取減少，細胞膜鈉-鉀-三磷酸腺苷酶活性降低，能量供應下降，導致細胞變性、壞死。高血糖情況下,葡萄糖不需要依賴胰島素即可進入細胞，醛糖合成增加，大量實驗證實，使用醛糖還原酶抑制劑可延緩DN的發(fā)生發(fā)展[3]。

3.PKC

經(jīng)典型和新型PKC的內(nèi)源性激活物包括二?；视?DAG)。高糖情況下，PP的激活可增強DAG-PKC通路的活性，而研究發(fā)現(xiàn)，高糖可通過升高細胞內(nèi)磷脂酶C活性、激活磷脂酶D、及通過從頭合成途徑等路徑使細胞和組織內(nèi)DAG水平明顯升高[4-5]。高糖情況下，內(nèi)皮細胞分泌內(nèi)皮素-1、PKC-δ、PKC-β2及PKC-β1增多，內(nèi)皮細胞內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的活性下降，一氧化氮合成減少，同時內(nèi)皮細胞轉化生長因子-β1(TGF-β1)增加[6-8]。高糖主要通過激活PKC對靶細胞產(chǎn)生以上作用。高糖情況下，腎小球細胞PKC的表達升高，從而通過上述一系列作用引發(fā)DN[9]。

4.GLUT

GLUT廣泛分布于體內(nèi)各種組織，是分布在細胞膜上的轉運載體蛋白質，主要功能是把葡萄糖從細胞外轉運到細胞內(nèi)。GLUT1的主要作用是維持基礎狀態(tài)下組織細胞的糖攝取。研究發(fā)現(xiàn)，高血糖情況下，細胞GLUT1的mRNA表達增加[10]。另有研究顯示，轉染后過度表達GLUT1的系膜細胞，在正常培養(yǎng)條件下，細胞的糖攝入明顯增加，細胞體積增大，細胞外基質(ECM)合成增加[10]，同時可通過PKC及PP，促進系膜細胞分泌TGF-β1[10]。GLUT1可通過多個環(huán)節(jié)參與DN的發(fā)病。

二、糖尿病的脂代謝紊亂

糖尿病患者常伴有高甘油三酯血癥，LDL-C增高，而HDL-C降低。甘油三酯水平升高主要是體內(nèi)胰島素對其合成和分解代謝不平衡的結果。LDL-C增高是由于受到非酶糖化和氧化應激的影響，使其清除減慢所致。糖尿病時，HDL-C減低主要原因是載脂蛋白A-Ⅰ(apoA-Ⅰ)分解速率增加，同時HDL-C的非酶糖化使其分解加速[11]。高脂血癥可產(chǎn)生多方面的腎損害作用，包括激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)、損害GEnC，同時導致腎小球系膜細胞的增生和系膜基質的擴張，并促發(fā)炎癥反應，最終導致腎損害[12]。

三、糖、脂代謝紊亂對腎臟固有細胞的影響

糖、脂代謝紊亂會對腎臟固有細胞產(chǎn)生不良影響，這與DN的發(fā)生、發(fā)展息息相關。例如異常的糖、脂代謝產(chǎn)物首先損害GEnC，使其分泌細胞因子增加，并發(fā)生形態(tài)和細胞骨架的改變，加重炎癥反應；糖、脂代謝紊亂亦能刺激系膜細胞使其肥大、增殖，ECM合成增加，降解下降,導致腎小球纖維化；高血糖會加速足細胞的凋亡，也使膠原產(chǎn)生增多，造成腎小球基底膜增厚；另外，高糖、高脂可直接或間接激活腎小管上皮細胞的RAS系統(tǒng)，促進腎纖維化的發(fā)生；高血糖也使腎臟間質成纖維細胞被激活，加速腎間質纖維化。

1.GEnC

GEnC首先接觸血液中的各種成分，在過濾血漿中有形成分和大分子物質時，具有“阻攔”和“截留”功能。在糖尿病時，異常的代謝產(chǎn)物首先損害GEnC。GEnC損傷后可引起基底膜和系膜病變。研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清RAGE水平升高，并與腎損害的程度存在相關性[13]。AGEs與GEnC 的RAGE結合，使GEnC分泌細胞因子如TGF-β1、TNF-α等增加，而且GEnC的形態(tài)和細胞骨架亦發(fā)生改變，毛細血管通透性升高，蛋白在血管壁沉積，血管基底膜增厚變硬[14]。有研究還發(fā)現(xiàn)GEnC受到脂肪酸影響后會發(fā)生凋亡[15]。糖尿病時，游離脂肪酸(FFA)水平增高，F(xiàn)FA作用于內(nèi)皮細胞后，內(nèi)皮細胞eNOS表達減少，一氧化氮合成減少，造成超氧陰離子釋放增加，同時GEnC一氧化氮依賴性的血管舒張反應受損[16-17]。軟脂酸可促進內(nèi)皮細胞合成和分泌IL-6等細胞因子，加重局部的炎癥反應[18]。

2.腎小球系膜細胞

腎小球系膜細胞的功能包括:①分泌細胞因子；②分泌系膜基質、膠原纖維或基質樣物質，以修復和更新基底膜；③具有平滑肌細胞的結構和功能；④分別在前列腺素E2和血管緊張素Ⅱ的作用下，通過系膜細胞的舒張和收縮，使細胞之間的間隙發(fā)生變化，影響血漿和大分子物質在腎小球內(nèi)的移動。在高糖培養(yǎng)下，系膜細胞增殖、肥大，AR活性升高，ECM生成增多[19-20]。高糖可激活一系列炎癥級聯(lián)反應，激活核因子κB，增加人單核細胞趨化蛋白-1(MCP-1)在腎臟中的表達，趨化單核細胞進入腎小球，促進炎癥反應在腎小球中的擴大[21]。

在正常狀況下，腎臟通過系膜細胞合成和降解ECM，使ECM保持動態(tài)平衡?；|金屬蛋白酶(MMP)家族是ECM的主要降解酶系統(tǒng)，AGE和高糖可使系膜細胞MMPs家族的mRNA和蛋白表達及活性下降，ECM降解減少，導致ECM積聚[22-23]。系膜細胞表面有脂蛋白受體，LDL與脂蛋白結合后可使系膜細胞功能發(fā)生紊亂。系膜細胞經(jīng)脂蛋白作用后表達多種細胞因子，包括血小板活化因子(PAF)、血小板源性生長因子(PDGF)和TGF-β1，而PAF可以自分泌方式刺激系膜細胞增殖和ECM合成，并使系膜細胞向泡沫細胞轉化，釋放細胞因子及生長因子[20]。糖、脂代謝紊亂刺激系膜細胞肥大、增殖，ECM合成增加，降解下降,導致腎小球纖維化。

3.足細胞

足細胞是高度分化的多突狀細胞，為腎小囊的臟層上皮細胞。足細胞受損脫落后，數(shù)目下降，殘留的足細胞代償性肥大、足突增寬，濾過屏障通透性增加，蛋白濾出。高糖培養(yǎng)下，足細胞凋亡增加[24]。高糖、高脂可促進足細胞TGF-β和血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)的表達，同時增多的TGF-β又可誘導足細胞表達VEGF，導致膠原產(chǎn)生增多，造成腎小球基底膜增厚[25]。

4.腎小管上皮細胞

腎小管上皮細胞是腎小球固有細胞中的一員，其主要功能為濃縮、稀釋尿液，在維持電解質、酸堿平衡等方面起重要作用。腎臟纖維化的一個重要的病理基礎就是腎小管上皮細胞轉分化(TEMT)。研究發(fā)現(xiàn)高血糖可引起TEMT，炎性因子和細胞因子可由轉分化后的腎小管上皮細胞釋放，趨化炎癥細胞，造成腎間質的炎性反應[26]。表型轉化后的腎小管上皮細胞同時可釋放一系列致纖維化細胞因子，包括PDGF、生長因子、TGF-β等，引起成纖維細胞增生，進一步參與腎臟損害。高糖、高脂可直接或間接激活腎小管上皮細胞的RAS系統(tǒng)，促進腎纖維化的發(fā)生[27]。

5.間質成纖維細胞

間質成纖維細胞在腎臟的主要功能為分泌細胞外基質。病理證實，早期DN可發(fā)生局部腎小管間質的纖維化，腎小管間質病變在DN的發(fā)展中起著重要的作用[28]。腎臟間質成纖維細胞被高糖激活后，成為肌成纖維細胞，并分泌難以降解的膠原蛋白Ⅰ、Ⅲ等，加速腎間質纖維化[29]。腎小管上皮細胞的轉分化在腎纖維化中起重要作用，血脂紊亂可誘導腎小管上皮細胞轉分化。王瑞等[30]研究發(fā)現(xiàn)氧化的LDL可通過濃度依賴性誘導腎小管上皮細胞血凝素樣氧化LDL受體1表達和活性氧生成，使細胞發(fā)生轉分化。

四、總 結

在人體內(nèi)，細胞與細胞、細胞與ECM是密切接觸的，腎小球內(nèi)皮細胞、系膜細胞、上皮細胞、腎小管上皮細胞和間質成纖維細胞通過基底膜相連，共同生活在同一環(huán)境當中，在細胞間信號不斷交換、動態(tài)平衡的機體功能活動中相互作用。腎臟的固有細胞在受到高糖和高脂作用后，形態(tài)和功能發(fā)生不同的變化，分泌不同的細胞因子，導致腎小球局部的損傷反應不斷擴大，最終導致DN的發(fā)生、發(fā)展。

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