自噬在糖尿病腎小球足細(xì)胞損傷中的作用及研究

摘要：近年來糖尿病的發(fā)病率呈逐年上升的趨勢(shì)，糖尿病腎病則成為了終末期腎病患者的第二大病因，而發(fā)生糖尿病腎病的機(jī)制目前仍不明確。目前的研究顯示，足細(xì)胞損傷是糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展過程中的中心環(huán)節(jié)。自噬作為維持足細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要途徑，其在足細(xì)胞生理病理情況下的變化具有重要意義，可能為揭示糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制及治療提供新的策略。

關(guān)鍵詞：自噬；糖尿病腎病；足細(xì)胞；損傷

1糖尿病腎病和足細(xì)胞損傷

1.1糖尿病腎病現(xiàn)狀根據(jù)2012年3月王海燕教授在《柳葉刀》雜志期上發(fā)表的文章[1]，目前我國成年人群中慢性腎臟病的患病率為10.8%，據(jù)此估計(jì)我國現(xiàn)有成年慢性腎臟病患者1.2億，慢性腎臟病若不經(jīng)過合理治療最終將發(fā)展至終末期腎臟?。‥SRD）。目前糖尿病腎病(diabetic nephropathy， DN)已成為我國ESRD患者的第二大病因。2010年在新英格蘭醫(yī)學(xué)雜志發(fā)表的由中華醫(yī)學(xué)會(huì)糖尿病學(xué)分會(huì)實(shí)施的全國糖尿病流行病學(xué)調(diào)查表明：20歲以上人群糖尿病患病率已達(dá)到9.7%，糖尿患者數(shù)已到達(dá)9240萬人[2]。DN是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥，約30%~40%的Ⅰ型糖尿病患者最終會(huì)出現(xiàn)DN[3]，我國報(bào)道的糖尿病伴有的慢性腎臟病變的不同人群患病率約為25%~60%[1]。

1.2糖尿病腎病臨床分期及表現(xiàn)Mogensen[4]按照DN的病程和病理生理演變過程，可將DN分為五期：Ⅰ期：腎小球高濾過和腎臟肥大期；這種初期改變與高血糖水平一致，血糖控制后可以得到部分緩解。本期沒有病理組織學(xué)損傷。Ⅱ期：正常白蛋白尿期；GFR高出正常水平。腎臟病理表現(xiàn)為GBM增厚，系膜區(qū)基質(zhì)增多，運(yùn)動(dòng)后尿白蛋白排出率（UAE）升高（>20μg/min），休息后恢復(fù)正常。如果在這一期能良好的控制血糖，患者可以長期穩(wěn)定處于該期。Ⅲ期：早期DN，又稱\"持續(xù)微量白蛋白尿期\"；GFR開始下降到正常。腎臟病理腎小球出現(xiàn)結(jié)節(jié)樣病變和小動(dòng)脈玻璃樣變。UAE持續(xù)升高至20～200μg/min 從而出現(xiàn)微量白蛋白尿。本期患者血壓升高。經(jīng)ACEI或ARB類藥物治療，可減少尿白蛋白排出，延緩腎臟病進(jìn)展。Ⅳ期：臨床糖尿病腎病期；病理上出現(xiàn)典型的\"K-W結(jié)節(jié)\"--腎小球毛細(xì)血管中央成團(tuán)的嗜酸性玻璃樣物質(zhì)沉積，形成20~200um不等的結(jié)節(jié)結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)均勻，銀染可見層狀結(jié)構(gòu)。持續(xù)性大量白蛋白尿（UAE>200μg/min）或蛋白尿大于500mg/d，約30%患者可出現(xiàn)腎病綜合征，GFR持續(xù)下降。該期的特點(diǎn)是尿蛋白不隨GFR下降而減少。Ⅴ期：終末期腎衰竭；GFR<10ml/min。尿蛋白量因腎小球硬化而減少。尿毒癥癥狀明顯，需要透析治療。以上分期主要基于Ⅰ型糖尿病腎病，Ⅱ型糖尿病腎病則傾向于分為隱性（早期）、顯性及終末期DN，分別相當(dāng)于Ⅰ型中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期。

1.3糖尿病腎病腎小球足細(xì)胞損傷足細(xì)胞是附著在腎小球基底膜外的高度分化的上皮細(xì)胞（即腎小球的臟層上皮細(xì)胞）是腎小球?yàn)V過屏障的重要組成部分。足細(xì)胞損傷可導(dǎo)致蛋白尿和腎小球硬化，這正是DN的主要表現(xiàn)。近年來的研究顯示，足細(xì)胞損傷在DN的發(fā)生發(fā)展過程中起重要作用[5]。DN足細(xì)胞損傷的表現(xiàn)：疾病早期表現(xiàn)為足細(xì)胞足突增寬或消失，足細(xì)胞密度和數(shù)量減少等。隨著病變的進(jìn)展逐漸表現(xiàn)為足細(xì)胞數(shù)量上的減少和亞細(xì)胞器的改變[6]。

目前的研究發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致DN足細(xì)胞損傷的機(jī)制可能有：機(jī)械應(yīng)力、氧化應(yīng)激、高血糖、脂質(zhì)代謝紊亂、RAAS、炎癥因子等[7]。其中，機(jī)械應(yīng)力、氧化應(yīng)激、RAAS都能使足細(xì)胞中的血管緊張素Ⅱ（ANGⅡ）生成增多，而ANGⅡ增多又進(jìn)一步加重足細(xì)胞損傷。有研究發(fā)現(xiàn)，體外足細(xì)胞模擬高糖環(huán)境和在糖尿病動(dòng)物模型中，血管緊張素原和ANGⅡ的Ⅰ型受體AT1R的mRNA和蛋白表達(dá)量顯著增加，而腎素活性和表達(dá)及血管緊張素轉(zhuǎn)換酶的表達(dá)卻沒有變化，暴露在高糖環(huán)境下的足細(xì)胞ANGⅡ表達(dá)增多是因?yàn)榈孜镅芫o張素原增多所致，而適應(yīng)性的AT1R增多又可進(jìn)一步增強(qiáng)ANGII活性。DN足細(xì)胞中血管緊張素Ⅱ1型受體（AT1R）表達(dá)上調(diào)，AngⅡ通過AT1R介導(dǎo)細(xì)胞凋亡，從而使腎小球足細(xì)胞數(shù)目減少[8]。腎小球足細(xì)胞脫落不僅破壞了腎小球基膜正常結(jié)構(gòu)，形成了蛋白尿的基礎(chǔ)；同時(shí)裸露的基膜易與腎小球包曼囊壁發(fā)生粘連，從而改變腎小球正常結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致局部硬化性病變的形成[9]。

2自噬在糖尿病腎病腎小球足細(xì)胞損傷中的作用

2.1自噬的定義自噬（autophagy）是細(xì)胞\"自我吞噬\"的過程，即細(xì)胞利用溶酶體降解自身受損的細(xì)胞器和大分子物質(zhì)，對(duì)細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和細(xì)胞器進(jìn)行管理和質(zhì)量控制，屬于細(xì)胞程序性死亡的一種（Ⅱ型細(xì)胞程序性死亡）。自噬和凋亡是兩種不同的清除受損及老化細(xì)胞或細(xì)胞器的過程。同樣的刺激既可以觸發(fā)自噬也可以觸發(fā)凋亡，但這取決于刺激的閾值。然而，自噬作為細(xì)胞的一種應(yīng)激適應(yīng)模式，一般會(huì)抑制凋亡途徑。

真核細(xì)胞有兩種蛋白降解途徑--泛素蛋白酶體系統(tǒng)（ubiquitin-proteasome system， UPS）和自噬途徑。這兩種途徑都是細(xì)胞內(nèi)降解和循環(huán)蛋白質(zhì)的有效途徑，區(qū)別在于UPS降解小分子蛋白質(zhì)，而自噬途徑降解大分子蛋白質(zhì)。如果UPS和自噬途徑都不能發(fā)揮作用則導(dǎo)致疾病，但如果上調(diào)這些途徑的相關(guān)基因則可改善特定疾病的表現(xiàn)。

2.2自噬途徑在糖尿病腎病腎小球足細(xì)胞損傷中的變化正常情況下，足細(xì)胞中基礎(chǔ)自噬活性高。在綠色熒光蛋白標(biāo)記LC3(greenfluorescent protein marked LC3，GFP-LC3)轉(zhuǎn)基因小鼠模型中發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)狀態(tài)下，腎小球足細(xì)胞顯著表達(dá)自噬基因。Hartleben等研究發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞特異性缺失Atg5導(dǎo)致衰老小鼠出現(xiàn)腎小球病變。病理表現(xiàn)為足細(xì)胞消失和腎小球硬化等。證明了自噬在維持足細(xì)胞穩(wěn)定中的重要作用。

在營養(yǎng)過度狀態(tài)下，如糖尿病中，為保持細(xì)胞內(nèi)豐富的營養(yǎng)，自噬減量調(diào)節(jié)。雖然這在短時(shí)間內(nèi)是有益的，但機(jī)體最終會(huì)因?yàn)閾p傷和老化細(xì)胞的蓄積而出現(xiàn)功能障礙。糖尿病腎病中，自噬的能力減弱，但是由于細(xì)胞過度暴露于應(yīng)激刺激中，細(xì)胞對(duì)尋求自噬的保護(hù)作用反而增加。糖尿病腎病小鼠足細(xì)胞中的自噬作用不足。用免疫熒光和WB方法檢測(cè)DN小鼠模型腎小球中的自噬相關(guān)基因Beclin-1、Atg12-Atg5和LC3的表達(dá)顯著減少。持續(xù)的高糖狀態(tài)抑制足細(xì)胞中高水平的基礎(chǔ)自噬，使足細(xì)胞損傷。

2.3自噬途徑在腎臟病中的生理及病理意義正常狀況下，足細(xì)胞通過自噬可以降解受損蛋白質(zhì)和衰老損傷的細(xì)胞器等結(jié)構(gòu)。自噬的發(fā)生可能是腎臟為了適應(yīng)生理狀況的改變，利用自我消化機(jī)制，來清除抑制RNA 和蛋白合成的游離核糖體和脂滴，以防止足細(xì)胞損傷。

除此之外，自噬對(duì)順鉑引起的急性腎損傷模型、腎臟缺血再灌注模型及低氧的老年腎臟模型等多種腎臟病理?xiàng)l件下的腎小管細(xì)胞也展示出了一定的保護(hù)作用。

然而Sato 等對(duì)100 例腎臟病理切片超微結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞中存在2 種類型自噬，即Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型自噬體較小，直徑為1μm；Ⅱ型自噬體直徑為3~8μm，可以轉(zhuǎn)化為自噬空泡，從而更好地清除蛋白質(zhì)和脂質(zhì)。隨后又對(duì)16 例IgA 腎病患兒做腎組織活檢，發(fā)現(xiàn)8 例發(fā)生Ⅰ型自噬的患兒，在疾病的嚴(yán)重程度和預(yù)后方面都要劣于另外8 例發(fā)生Ⅱ型自噬的患兒。推測(cè)Ⅰ型自噬對(duì)足細(xì)胞功能造成嚴(yán)重?fù)p害，因此，自噬除了具有一定的細(xì)胞保護(hù)作用外，不同類型的自噬對(duì)細(xì)胞有著不同的病理生理意義，不能一概而論。

3展望

目前的研究越來越重視足細(xì)胞損傷在DN發(fā)生發(fā)展中的作用。已發(fā)現(xiàn)多種因素可引起足細(xì)胞損傷，導(dǎo)致DN的發(fā)生及進(jìn)展。其中，ANGⅡ是導(dǎo)致DN足細(xì)胞損傷發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對(duì)這項(xiàng)機(jī)制的研為臨床治療DN提供了新思路--抗氧化劑、ACEI類等藥物可嘗試應(yīng)用于DN的治療。而自噬，作為維持足細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的重要途徑，也引起了研究人員越來越多的關(guān)注，隨著研究的深入，有望成為治療DN足細(xì)胞損傷的一個(gè)新靶點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]Luxia Zhang MD，F(xiàn)ang Wang MD，et al.Prevalence of chronic kidney disease in China: a cross-sectional survey[J].The Lancet，2012，379:815-822.

[2]Yang WY，Lu JM，Weng JP，et a1．Prevalence of diabetes among men and women in China[J]．N Engl J Med，2010，362：1090-1101.

[3]李金紅，陶建瓴，李航.足細(xì)胞損傷與糖尿病腎病的研究現(xiàn)狀[J]．Acta Acad Med Sin，2010，32(5):590-596.

[4]鄒萬忠.代謝異常導(dǎo)致的腎臟疾病，見：鄒萬忠主編：腎活檢病理學(xué)(第二版)[M]．北京：北京大學(xué)醫(yī)學(xué)出版社，2009：129-143.

[5]Bonegio Ｒ，Susztak K．Notch signaling in diabetic nephropathy[J]．Exp Cell Ｒes，2012，318(9):986-992.

[6]Ziyadeh FN'Wolf G.Pathogenesis of the podocytopathy and proteinuria in diabetic glomerulopathy[J]．Curr Diabetes Ｒev，2008，4(1):39-45.

[7]李慧秀.糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制及治療進(jìn)展[J].重慶醫(yī)學(xué)，2013，42(21):2545-2568.

[8]Yadav A， Vallabu S，Arora S，et al.ANG II promotes autophagy in podocytes[J].Am J Physiol Cell Physiol.2010，299:C488-96.

[9]戴厚永.足細(xì)胞損傷與糖尿病腎病關(guān)系的研究進(jìn)展[J].醫(yī)學(xué)綜述.2013，19(17):3173-3175.

編輯/申磊