vWF、PAI-1與糖尿病腎病關(guān)系的研究進展

高 倩(綜述)，王戰(zhàn)建(審校)

(河北醫(yī)科大學第三醫(yī)院內(nèi)分泌科，石家莊 050051)

糖尿病腎病的病理改變?yōu)槟I小球肥大、細胞外基質(zhì)(extracellular matrix，ECM)積聚、基膜增厚,導致彌漫性或結(jié)節(jié)性腎小球硬化和腎衰竭。糖尿病腎病發(fā)病機制復雜,涉及遺傳因素、糖代謝紊亂、血流動力學改變、炎性介質(zhì)、細胞因子等多種因素環(huán)節(jié)，其中血液流變學的改變與糖尿病腎病密切相關(guān)，凝血及纖溶系統(tǒng)的紊亂促進糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展。

糖尿病時血液流變學異常主要表現(xiàn)為血液呈高凝狀態(tài),血液流速減慢和微血栓形成,其主要原因是內(nèi)皮細胞和血小板功能異常。血管內(nèi)皮細胞是凝血、纖溶調(diào)控的中心。血管性假性血友病因子(von Willebrand factor，vWF)是目前公認的血管內(nèi)皮細胞損傷標志物。vWF及vWF裂解蛋白酶，即整合素樣金屬蛋白酶與凝血酶13型抗體 (a disintegrin-like and metalloprotease with thrombospondin type 1 repeats 13，ADAMTS13)之間的平衡對糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展起著重要作用。纖溶系統(tǒng)功能的調(diào)節(jié)取決于纖溶酶原激活物抑制劑1(plasminogen activator inhibitor，PAI-1)和組織型纖溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，tPA)的比值,糖尿病腎病患者血漿中PAI-1水平及活性增加較無微血管并發(fā)癥者更為明顯,纖溶系統(tǒng)受抑更為嚴重。

1 vWF/ADAMTS13

1.1vWF的結(jié)構(gòu)及功能 vWF的基因位于第12號染色體(12q12),全長178 kb,含有2813個氨基酸,52個外顯子，2～18外顯子負責編碼前肽和信號肽。vWF前體是在內(nèi)皮細胞和巨核細胞內(nèi)合成的巨大蛋白質(zhì),成熟的vWF也在內(nèi)皮細胞和巨核細胞內(nèi)合成,貯存在血小板的α顆粒和內(nèi)皮細胞的Weibel-Palade小體內(nèi)[1],然后釋放入循環(huán)血液,培養(yǎng)的人胎盤靜脈僅向培養(yǎng)介質(zhì)釋放完整的vWF多聚體。vWF合成后由內(nèi)皮細胞直接釋放，或由胰島素促泌劑(如組胺、凝血酶、纖維蛋白等)刺激釋放。vWF通過提高血小板在血管損傷部位的黏附及高剪切力狀態(tài)下血小板的聚集,在止血早期起作用。因此,vWF是正常止血必需的一種血液糖蛋白。vWF既是血漿中Ⅷ因子的載體，又是促進血小板黏附于損傷血管的因子。vWF的D區(qū)與FⅧ結(jié)合,延長了其半衰期，阻止其被蛋白C降解，穩(wěn)定FⅧ活性，并伴隨該因子到血管損傷部位,發(fā)揮內(nèi)源性止血作用。vWF對血管損害時血小板的黏附非常重要，其在內(nèi)皮損傷時能夠通過與內(nèi)皮下膠原和血小板受體的相互作用調(diào)節(jié)最初的血栓形成過程。內(nèi)皮損傷時，在vWF和內(nèi)皮下膠原相互作用下，血小板表面的GPⅠb/Ⅸ黏附在vWF。在血小板激活后，GPⅡb/Ⅲa黏附在vWF，使血小板黏附在內(nèi)皮下。血小板黏附在內(nèi)皮下引發(fā)血小板激活，顆粒競相釋放，引發(fā)更多的血小板進入到血管損傷處。在狹窄引起的高剪切力的病理條件下，即使沒有血小板的激活，通過vWF黏附在GPⅠb/Ⅸ也能引起血小板聚集。Poirault-Chassac等[2]證實vWF和高剪切力共同促使血小板前體的重組和血小板的生成增多，從而得出結(jié)論：體內(nèi)vWF的一項新功能是對血流血栓的形成進行調(diào)節(jié)。

近年人們對“超大”vWF(ultralarge vWF,UL-vWF)的研究較多，并取得了一定進展。內(nèi)皮細胞和血小板產(chǎn)生的vWF多聚體比正常血漿中的大,UL-vWF是vWF血栓形成的最多的一種形式，UL-vWF通常不在血液中出現(xiàn)，而在內(nèi)皮損傷時其釋放明顯增多?，F(xiàn)在認為,在高剪切力狀態(tài)下,vWF通過其A3決定域固定于膠原上,由A2決定域構(gòu)象的改變激活保守的A1決定域[3]。高的剪切力促進UL-vWF從球狀結(jié)構(gòu)變成一個擴展的結(jié)構(gòu)，暴露出A1決定域，有利于vWF黏附在血小板中[1]。當有足夠的剪切力時，沒有固定的流動相vWF分子可能被延伸。在延伸的結(jié)構(gòu)中ADAMTS13的降解位點A2決定域被徹底暴漏出來。因此，高剪切力也促進了UL-vWF的蛋白水解[4]。

1.2ADAMTS13的結(jié)構(gòu)及功能 Furlan等[5]分離了一種蛋白酶，它能夠分解存在于vWF A2決定域中央部位第1605個酪氨酸和第1606個甲硫氨酸中的二硫鍵。2001年，這個蛋白酶被認定為ADAMTS13，是帶有血小板反應(yīng)蛋白的1型域的一種解離素和金屬蛋白酶。ADAMTS13主要被肝臟合成，但也在血小板、內(nèi)皮細胞、腎臟中表達，在血漿中也正常存在[6]。ADAMTS13以活性酶的形式分泌出來，在血漿中的濃度大約為1 mg/L。它是一種穩(wěn)態(tài)酶，血漿半衰期為2～3 d。ADAMTS13基因位于第9號染色體的長臂上，跨越37 kb的基因組序列，有29個外顯子。ADAMTS13的相對分子質(zhì)量為145×103，它不同于在人體血漿中純化的相對分子質(zhì)量為190×103的ADAMTS13。相對分子質(zhì)量不同的原因可能為蛋白質(zhì)的糖基化。在生理條件下，ADAMTS13能分解循環(huán)中的UL-vWF。ADAMTS13的缺乏及活性水平降低可導致血漿中的UL-vWF不能被及時降解,血液循環(huán)中增多的UL-vWF與血小板和內(nèi)皮下膠原的黏附能力明顯增高,這促使血小板易于黏附至受損的血管壁或在具有高剪切力的微血管中聚集,引起微血栓形成，能使心臟、腦、腎臟、肝臟、脾臟、腎上腺微循環(huán)形成血小板血栓。血管內(nèi)皮損傷時，ADAMTS13被凝血酶和纖維蛋白酶滅活后能促進vWF募集到血小板。在有關(guān)高凝狀態(tài)和炎性反應(yīng)下，ADAMTS13降解增加和活性降低使凝血酶、纖維蛋白酶和磷脂酶A水平增高。

1.3vWF及ADAMTS13與糖尿病腎病 近年來，人們認為糖尿病并發(fā)微血管病變時可用血管內(nèi)皮損傷標致物來檢測，vWF被認為是血管內(nèi)皮細胞損傷的主要標志物。糖尿病患者的血管內(nèi)皮由于缺血、缺氧而受損，引起血漿vWF水平升高。因而加重血液的高凝狀態(tài)，易于形成血栓，這樣又反過來加重了血管內(nèi)皮的缺血、缺氧，使血漿vWF水平進一步升高，形成惡性循環(huán)。糖尿病時炎性反應(yīng)破壞了ADAMST13活性和vWF水平的平衡，導致血栓形成狀態(tài)。vWF可能是糖尿病腎病的預測指標，提示內(nèi)皮細胞的紊亂先于糖尿病微血管病變的發(fā)生。然而，隨著糖尿病慢性并發(fā)癥的發(fā)展，vWF水平隨著腎病的嚴重程度而增加，同時也是糖尿病患者大血管病變發(fā)展的危險因素。Lu等[7]發(fā)現(xiàn)，與健康人群相比，慢性腎臟疾病的患者vWF升高，ADAMTS13活性下降。Taniguchi等[8]根據(jù)86例2型糖尿病患者和26名健康人的vWF和ADAMTS13水平推算出vWF/ADAMTS13比值去評估與腎功能之間的關(guān)系，結(jié)果發(fā)現(xiàn)血漿中ADAMTS13與腎小球濾過率呈正相關(guān)，而vWF/ADAMTS13與腎小球濾過率呈負相關(guān)。此研究中，糖尿病患者被分為三組：正常蛋白尿組、微量蛋白尿組、糖尿病腎病組，研究發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病組ADAMTS13水平顯著低于健康人群。Manea等[6]通過免疫印跡法分析證實，腎功能不全患者的尿液中存在ADAMTS13，但在正常人群中不會出現(xiàn)，從而推斷出腎功能不全患者中ADAMTS13減少可能是由于從尿液中丟失引起。由此推斷，血漿中ADAMST13改變及糖尿病腎病中的高凝狀態(tài)和ADAMST13在尿液中丟失有關(guān)。患有腎病的糖尿病患者炎性反應(yīng)比非腎病患者強烈，這是由于腎病患者炎性因子產(chǎn)生增多與多行核白細胞的激活有關(guān)[9]。血漿中炎性因子增多可引起內(nèi)皮損害，導致血漿中vWF升高[10]。炎性反應(yīng)時或腎功能不全時，或兩者相互作用能夠引起ADAMST13活性和vWF水平不平衡。Cao等[11]證明一些炎性因子能抑制肝星形細胞和內(nèi)皮細胞合成ADAMTS13。糖尿病患者存在高凝狀態(tài)，導致血漿中凝血酶、纖溶酶升高。有證據(jù)顯示，血漿中蛋白酶(如凝血酶、纖溶酶和粒細胞蛋白酶)能裂解ADAMTS13[12]。因此，糖尿病腎病患者ADAMTS13減少的潛在機制歸結(jié)為三點：①炎性因子產(chǎn)生增加致肝臟、腎臟合成ADAMTS13減少；②由于糖尿病腎病患者強烈的炎性反應(yīng)和高凝狀態(tài)使凝血酶、纖溶酶、粒細胞蛋白酶升高，促進血漿ADAMTS13蛋白酶降解；③腎功能損害患者導致ADAMTS13從尿液中丟失。

在糖尿病患者中高凝狀態(tài)和炎性反應(yīng)導致內(nèi)皮損害和vWF升高，進而使ADAMST13活性和vWF水平不平衡，進一步加速了腎臟損害的發(fā)展。

2 PAI-1

2.1PAI-l的結(jié)構(gòu)及功能 PAI-1是一種單鏈糖蛋白，由357個氨基酸組成，是纖溶酶原激活劑的主要抑制劑，能抑制纖溶酶原轉(zhuǎn)化為纖溶酶。在糖尿病腎病發(fā)病機制中，ECM聚積在腎小球硬化中起著非常重要的作用。纖溶酶減少可使ECM主要成分降解減少，促進ECM聚積的發(fā)生，進一步導致腎小球硬化和間質(zhì)纖維化。腎臟固有內(nèi)皮細胞既能合成t-PA和PAI-1，又能不斷將其釋放入血漿。t-PA能夠激活纖溶酶原，進而對纖溶系統(tǒng)進行激活。t-PA是纖溶系統(tǒng)的關(guān)鍵物質(zhì)，PAI-1是t-PA的特異性抑制物，對調(diào)節(jié)纖溶活性有重要作用。糖尿病腎病發(fā)生時會出現(xiàn)纖溶系統(tǒng)的變化，出現(xiàn)t-PA的活性下降，PAI-1活性升高，導致低纖溶狀態(tài)，容易造成纖溶功能障礙，形成高凝狀態(tài)，促進糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展。

2.2PAI-1上調(diào)機制 目前研究證實,高糖、轉(zhuǎn)化生長因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)、血管緊張素Ⅱ均能上調(diào)腎臟PAI-1的表達。高糖可以誘導PAI-1表達增多，其原因可能是激活細胞外信號調(diào)控激酶或是增加血管緊張素Ⅱ及激活TGF-β來間接提高PAI-1的表達及活性。姜宗培等[13]研究表明，TGF-β1可顯著上調(diào)大鼠系膜細胞PAI-1的表達，從而使纖溶酶活性下降。研究證實PAI-1能與尿激酶受體結(jié)合調(diào)節(jié)TGF-β1表達，激動細胞外信號調(diào)節(jié)激酶/絲裂原活化蛋白激酶通路。PAI-1能通過調(diào)節(jié)TGF-β1的表達和腎臟ECM的產(chǎn)生來促進糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展。糖尿病患者腎臟TGF-β1水平和活性增加，進而促進PAI-1合成增多，TGF-β1和PAI-1共同促進糖尿病腎纖維化的進展[14]。Park等[15]研究證實，在高糖及TGF-β誘導下的系膜細胞中PAI-1表達上調(diào)，而纖溶酶和基質(zhì)金屬蛋白酶表達受到抑制，高糖和TGF-β1能明顯增加PAI-1和纖維連接蛋白的表達，同時減少纖溶酶和基質(zhì)金屬蛋白酶的活性，且證明PAI-1的反義寡核苷酸能夠消除腎小球系膜纖連蛋白的堆積，成為糖尿病腎病的有效治療方式。

2.3PAI-1與糖尿病腎病 正常人腎臟不表達PAI-1，然而在病理條件下，糖尿病腎病時PAI-1過度表達。楊生等[16]研究2型糖尿病患者90例，根據(jù)尿常規(guī)、尿蛋白排泄率分為三組：正常蛋白尿組、微量蛋白尿組、大量蛋白尿組,研究結(jié)果提示，糖尿病患者PAI-1水平均較正常對照組高，且PAI-1的水平與蛋白尿的水平有關(guān)，大量蛋白尿組的PAI-1水平高于微量蛋白尿組。Shirakawa等[17]研究124例2型糖尿病患者PAI-1與腎臟損害的關(guān)系，結(jié)果證實PAI-1水平獨立于蛋白尿、體質(zhì)量指數(shù)、低密度脂蛋白和三酰甘油，與腎小球濾過率呈負相關(guān)。Festa等[18]研究糖尿病發(fā)生時PAI-1和纖維蛋白原的動態(tài)變化關(guān)系，該研究持續(xù)5年，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，PAI-1水平升高與糖尿病的發(fā)生有關(guān)，而與纖維蛋白原的改變關(guān)系不大。PAI-1水平會隨著血糖的升高和糖尿病的發(fā)展而升高。PAI-1水平的升高介導糖尿病血管并發(fā)癥，證明PAI-1水平的升高促進了糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展。PAI-1基因啟動子區(qū)-675 bp處由于單個鳥嘌吟(G)的插入或缺失形成了4G和5G兩種等位基因，4G等位基因的轉(zhuǎn)錄活性高于5G等位基因。PAI-1 4G/5G多態(tài)性是糖尿病的遺傳危險因素。李長貴等[19]的研究顯示，PAI-1活性升高是糖尿病腎病的獨立危險因素，且PAI-1活性與PAI-1基因啟動子區(qū)多態(tài)性有重要關(guān)聯(lián)，4G/4G基因型可能是易發(fā)糖尿病腎病的遺傳危險因素。然而,Meigs等[20]研究2169個參與者卻得出不一致的結(jié)論,此研究推斷證實PAI-1 4G/5G多態(tài)性可能不是糖尿病的重要遺傳危險因素。

血漿中PAI-1水平升高可能不是直接由基因介導的，而是與糖尿病時潛在的內(nèi)皮細胞損傷有關(guān)。腎臟組織性纖溶酶原、尿激酶、PAI-1在腎臟的ECM堆積中起了重要作用。

PAI-1能通過兩種方法引起ECM沉積：①通過上調(diào)TGF-β1增加ECM合成；②抑制纖溶酶活性和基質(zhì)蛋白酶2活性減少ECM降解。通過減少ECM降解和增加ECM合成導致ECM重塑促進組織纖維化。Lassila等[21]報道PAI-1基因破壞后能阻止小鼠患上糖尿病腎病。陳麗萌等[22]通過研究2型糖尿病動物模型腎臟PAI-1和t-PA mRNA表達與腎臟ECM蓄積的關(guān)系，提示t-PA活性下降及PAI-1的表達上調(diào)會減少ECM降解，導致ECM過度堆積，造成腎小球硬化。糖尿病患者血管內(nèi)皮損傷和功能障礙導致合成和釋放t-PA減少，PAI-1合成增加，進而纖溶活性下降使纖維蛋白清除障礙，ECM過度聚集，更加重了血管內(nèi)皮細胞損傷，促進高凝狀態(tài)的產(chǎn)生，從而導致纖溶障礙和糖尿病腎臟病變進展之間的惡性循環(huán)。

3 小 結(jié)

糖尿病血液流變學異常對糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展起著重要作用，血漿vWF、PAI-1是血液流變學指標，可能是早期診斷糖尿病微血管病變特別是糖尿病腎病較敏感的指標。血液內(nèi)vWF和ADAMTS13的失衡及PAI-1和tPA的失衡,打破了凝血纖溶的平衡,加重了糖尿病腎病患者的血液高凝狀態(tài)，促進了糖尿病腎病的發(fā)生和發(fā)展。因此，維持體內(nèi)vWF和ADAMTS13的平衡及PAI-1和tPA的平衡，對于從血液流變學方面預防糖尿病腎病的發(fā)生，延緩糖尿病腎病的發(fā)展具有重要意義。

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