血管內(nèi)皮細胞生長因子-一氧化氮軸與糖尿病腎病

任惠珠 周賽君

血管內(nèi)皮細胞生長因子-一氧化氮軸與糖尿病腎病

任惠珠 周賽君

血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)-一氧化氮(NO)耦聯(lián)被稱為VEGF-NO軸，其對維持腎小球血管內(nèi)皮細胞功能起重要作用，其解耦聯(lián)可能參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展。內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)活性降低可能是糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。肥胖、高脂血癥以及氧化應(yīng)激是導(dǎo)致糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的重要原因。脂聯(lián)素、血紅素加氧酶-1明顯改善糖尿病大鼠腎小球血管內(nèi)皮細胞的功能、降低白蛋白尿，其機制可能是通過抗氧化應(yīng)激作用改善VEGF-NO軸的功能。

糖尿病腎?。谎軆?nèi)皮細胞生長因子；一氧化氮；一氧化氮合酶；氧化應(yīng)激

糖尿病是由不同病因和發(fā)病機制引起的體內(nèi)胰島素絕對或相對不足，導(dǎo)致糖、蛋白質(zhì)和脂肪代謝紊亂，并以慢性高血糖為主要臨床表現(xiàn)的全身性疾病[1]。近30年來我國糖尿病患病率顯著增加，患病人數(shù)居世界首位[2]。糖尿病腎病(DN)是糖尿病最常見、最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，是導(dǎo)致終末期腎功能衰竭的首要原因[3]。一直以來足細胞損傷被認(rèn)為是DN最重要的致病因素[4]。新近研究表明，腎小球血管內(nèi)皮細胞損傷在DN發(fā)生、發(fā)展中可能起更加關(guān)鍵的作用[5]。血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)-一氧化氮(NO)耦聯(lián)被稱為VEGF-NO軸，此軸對維持腎小球血管內(nèi)皮細胞功能起著積極重要的作用[6]。VEGF-NO軸解耦聯(lián)被認(rèn)為是DN重要的發(fā)病機制[4]。大量體外實驗證實，VEGF-NO解耦聯(lián)可導(dǎo)致腎小球血管內(nèi)皮細胞功能紊亂[7-8]。動物實驗亦表明，VEGF-NO軸解耦聯(lián)的糖尿病鼠可出現(xiàn)與人類DN極其相似的腎臟病變[9]。因此，VEGF-NO軸在DN的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。

1 VEGF與糖尿病腎臟的關(guān)系

VEGF是血管新生的關(guān)鍵因子，具有多種生理功能，在促進內(nèi)皮細胞分化、增殖、遷移、血管重塑、調(diào)節(jié)血管通透性以及刺激血管內(nèi)皮細胞分泌一氧化氮等方面起關(guān)鍵作用[6]。腎組織中VEGF主要由腎小球臟層足細胞持續(xù)分泌，其次由遠端腎小管和集合管分泌。VEGF通過自分泌、旁分泌、胞內(nèi)分泌的方式作用于腎小球血管內(nèi)皮細胞，從而發(fā)揮促進腎小球血管修復(fù)、抑制腎小球內(nèi)血栓形成、減少腎臟纖維化等多種生理功能[10]。因此，VEGF在維持腎臟正常的功能中起著不可或缺的作用。然而研究發(fā)現(xiàn)VEGF的過量表達與DN的進展呈正相關(guān)關(guān)系[11]。動物實驗證實DN早期腎臟VEGF及其受體表達均上調(diào)，且可能與DN早期腎小球?qū)Π椎鞍淄ㄍ感栽黾佑嘘P(guān)[12-13]。Hou等[14]通過誘導(dǎo)小鼠體內(nèi)足細胞過表達VEGF，可導(dǎo)致白蛋白尿產(chǎn)生，并隨病程的延長出現(xiàn)足突融合、基底膜增厚、結(jié)節(jié)性腎小球硬化，這些表現(xiàn)與DN的表現(xiàn)一致。且采用抗VEGF抗體進行處理，可降低糖尿病尿白蛋白排泄、阻止腎小球高濾過[15]。因此，減少VEGF或抑制其發(fā)揮作用，可延緩DN的進展。VEGF在維持腎臟功能方面起重要作用，但是糖尿病腎臟中VEGF的大量表達可加重糖尿病腎臟的損傷，其原因可能與糖尿病腎臟中VEGF-NO軸的失調(diào)有關(guān)。

2 VEGF-NO軸與DN的關(guān)系

VEGF對腎臟的保護作用主要是通過促進內(nèi)皮細胞產(chǎn)生一氧化氮實現(xiàn)[15]。一氧化氮是一種半衰期很短的自由基分子，兼有第二信使和神經(jīng)遞質(zhì)的功能，在許多生物反應(yīng)和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑中發(fā)揮重要作用，尤其具有抗炎性反應(yīng)、抗氧化應(yīng)激等作用。一氧化氮對腎臟的保護機制表現(xiàn)為抑制黏附分子、發(fā)揮抗炎作用；抑制腎臟巨噬細胞、淋巴細胞浸潤；防止血小板聚集和微血栓形成；抑制腎間質(zhì)膠原沉積和抗纖維化；抑制血管平滑肌細胞增殖；促進血管舒張；調(diào)節(jié)入球小動脈和出球小動脈的管腔直徑，改善腎血流動力學(xué)、控制腎小球壓力等[16]。一氧化氮是由血管內(nèi)皮細胞在一氧化氮合酶催化作用下合成，其中內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)的表達直接影響循環(huán)中一氧化氮的生成量及生物活性。實驗證實，在殘腎大鼠模型中，給予eNOS抑制劑N-硝基-L-精氨酸甲酯后阻斷一氧化氮的產(chǎn)生，可加劇腎臟損傷；而補充外源性一氧化氮可明顯改善VEGF介導(dǎo)的腎損害[17]。因此，VEGF的保護性作用在于其可刺激內(nèi)皮細胞釋放一氧化氮，并且內(nèi)皮細胞源性一氧化氮是內(nèi)皮細胞增殖的負性調(diào)節(jié)因子，可反饋抑制VEGF的過量表達和VEGF誘導(dǎo)的內(nèi)皮細胞過度增殖[18]。糖尿病大鼠腎臟VEGF含量明顯增加，而一氧化氮釋放明顯減少，并且DN損傷程度，可能隨一氧化氮缺乏程度而加重，提示糖尿病大鼠腎臟VEGF-NO軸功能的異常[19]。Nakagawa等[9]于2006年首次提出“糖尿病腎臟內(nèi)VEGF-NO軸解耦聯(lián)是DN的重要發(fā)病機制”這一假說。Nakagawa等[9]利用eNOS基因敲除小鼠并采用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病后，小鼠出現(xiàn)嚴(yán)重的腎損害，并且與DN患者腎臟病變極其相似：不僅有DN的早期病變特征，還有DN的晚期特點，如系膜血管裂解、K-W結(jié)節(jié)形成、小動脈玻璃樣變、腎小球內(nèi)膠原的沉積、腎小球硬化、腎間質(zhì)纖維化、異常血管新生等病理改變，同時還具有高血壓、大量白蛋白尿以及進行性的腎功能衰竭，并伴隨腎臟VEGF表達明顯升高。而野生型DN鼠僅出現(xiàn)早期糖尿病腎損害的病理變化，即腎小球肥大、系膜增生和基底膜增厚。因此eNOS基因敲除的糖尿病小鼠模型不僅證實了VEGF-NO軸解耦聯(lián)是DN重要的致病機制，還為研究DN提供了理想的動物模型。Nakagawa等[7]還采用重組VEGF刺激內(nèi)皮細胞并加入一氧化氮阻斷劑建立VEGF-NO解耦聯(lián)的條件，證實VEGF和一氧化氮解耦聯(lián)導(dǎo)致內(nèi)皮細胞功能紊亂。Zhao等[20]通過動物實驗亦證實糖尿病VEGF-NO軸解耦聯(lián)是導(dǎo)致腎小球血管內(nèi)皮細胞功能紊亂的重要機制。因此，糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)與VEGF導(dǎo)致的糖尿病腎臟損傷相關(guān)，是DN的重要發(fā)病機制。

3 糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的機制

3.1 糖尿病狀態(tài)下eNOS活性異常 糖尿病腎臟eNOS活性下降是VEGF-NO軸解耦聯(lián)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[9]。eNOS 殘基絲氨酸(Ser) 和蘇氨酸(Thr)的磷酸化和去磷酸化是調(diào)節(jié)eNOS活性的關(guān)鍵位點。其中Ser177、Ser635和Ser617位點的磷酸化可激活eNOS，形成eNOS二聚體，而Thr495和Ser116磷酸化則抑制eNOS活性。磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B通路使Ser177磷酸化激活eNOS；蛋白激酶C和核因子-κB通路可經(jīng)磷酸化Thr495和(或)Ser116，抑制eNOS活性[21]。BH4作為eNOS的關(guān)鍵輔助因子，對eNOS二聚化激活有重要作用。GCH-1是BH4合成的關(guān)鍵酶，炎性反應(yīng)可顯著抑制GCH-1 mRNA的表達及蛋白的活性，從而導(dǎo)致BH4合成減少，eNOS形成二聚體受抑制，使eNOS單體增加，而eNOS單體促進超氧化物的產(chǎn)生而不是生成一氧化氮，該途徑被稱為eNOS旁路[22]。Komers等[23]研究證實，eNOS的激活需要以二聚體的形式定位在細胞膜上，eNOS在糖尿病腎臟中主要以單體、非活性形式存在于胞質(zhì)。糖尿病腎臟eNOS活性降低的原因不是eNOS蛋白表達水平下調(diào)，而是eNOS二聚體形成障礙。因此，eNOS活性異常是糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的環(huán)節(jié)，而eNOS旁路激活可通過加劇氧化應(yīng)激導(dǎo)致腎損害的發(fā)生。

3.2 氧化應(yīng)激與VEGF-NO軸解耦聯(lián) 有研究證實，游離脂肪酸可通過抑制一氧化氮分泌，導(dǎo)致肥胖大鼠主動脈血管內(nèi)皮細胞功能紊亂[24]。提示高游離脂肪酸是導(dǎo)致糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的因素。新近動物實驗亦證實，高游離脂肪酸血癥通過介導(dǎo)VEGF-NO軸解耦聯(lián)以及腎小球血管內(nèi)皮細胞的異常增殖，參與肥胖糖尿病大鼠白蛋白尿的發(fā)生、發(fā)展[25]。并且，脂聯(lián)素可通過降低游離脂肪酸的水平，有效改善糖尿病大鼠腎臟VEGF-NO軸的功能，降低白蛋白尿水平[26]。此外，激活腎臟血紅素加氧酶-1，亦可顯著改善肥胖糖尿病大鼠腎臟VEGF-NO軸的功能[6]。而抗氧化應(yīng)激作用可能是脂聯(lián)素和血紅素加氧酶-1對抗糖尿病大鼠腎臟 VEGF-NO軸解耦聯(lián)的機制。此外，有研究證實，抗氧化應(yīng)激治療可改善糖尿病大鼠腎臟eNOS的活性，從而改善糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的狀況。其機制可能為氧化應(yīng)激產(chǎn)物活性氧簇或活性氮產(chǎn)物通過刺激低氧誘導(dǎo)因子-1α產(chǎn)生以及激活notch信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，增加VEGF的生成。在正常狀態(tài)下VEGF通過磷脂酰肌醇3激酶/蛋白激酶B或蛋白激酶C等途徑激活eNOS，促進一氧化氮生成。然而，當(dāng)存在超氧化物時，一氧化氮迅速形成過氧亞硝酸鹽，并且激活鳥苷酸環(huán)化酶，從而導(dǎo)致eNOS脫磷酸化失活[27]。因此，氧化應(yīng)激可能是糖尿病腎臟VEGF-NO軸解耦聯(lián)的關(guān)鍵機制，而VEGF-NO軸解耦聯(lián)又可加劇氧化應(yīng)激，從而形成惡性循環(huán)，加劇糖尿病腎臟的損傷。

綜上所述，VEGF-NO軸在維持腎臟結(jié)構(gòu)和功能方面均起著重要的作用。在糖尿病狀態(tài)下，高游離脂肪酸血癥、脂聯(lián)素缺乏、腎臟血紅素加氧酶-1活性下降等因素導(dǎo)致氧化應(yīng)激加劇，進而導(dǎo)致eNOS失活和VEGF-NO軸解耦聯(lián)、eNOS旁路激活，從而進一步加劇腎臟氧化應(yīng)激、腎小球血管內(nèi)皮細胞的損傷、白蛋白尿的形成和發(fā)展。因此，明確VEGF-NO軸解耦聯(lián)的機制并尋找有效的干預(yù)措施，可能為治療DN找到一個有別于腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的新靶點。

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Vascularendothelialgrowthfactor-nitricoxideaxisanddiabeticnephropathy

RenHuizhu,ZhouSaijun.

KeyLaboratoryofHormonesandDevelopment(MinistryofHealth),TheMetabolicDiseasesHospital&TianjinInstituteofEndocrinology,TianjinMedicalUniversity,Tianjin300070,China

The coupling of vascular endothelial growth factor(VEGF) with nitric oxide(NO), known as the VEGF-NO axis, plays a critical role in maintaining normal glomerular endothelial cell function, its uncoupling involves in the occurrence and development of diabetic nephropathy. Reduction of endothelial nitric oxide synthase (eNOS) activity is likely to be the key mechanism of VEGF-NO axial decoupling in diabetic kidney. Obesity, hyperlipidemia, and oxidative stress may be main reasons of VEGF-NO axis uncoupling in diabetes kidney. Adiponectin, heme oxygenase-1 could obviously improve glomerular endothelial cell function of diabetic rat, reduce proteinuria via resisting oxidative stress to improve the function of the VEGF-NO axis.

Diabetic nephropathy; Vascular endothelial growth factor; Nitric oxide; Nitric oxide synthase; Oxidative stress

(IntJEndocrinolMetab，2015，35：354-356)

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.05.017

300070 天津醫(yī)科大學(xué)代謝病醫(yī)院內(nèi)分泌研究所，衛(wèi)生部激素與發(fā)育重點實驗室

2015-03-13)