TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的調(diào)控機制研究進展〔1〕

韓雪鴻，劉晶，武鴻儒，高曉芳，李興*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西 太原 030001)

TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的調(diào)控機制研究進展〔1〕

韓雪鴻1，劉晶2，武鴻儒1，高曉芳1，李興2*

(1.山西醫(yī)科大學(xué)，山西 太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院，山西 太原 030001)

近年來，糖尿病患病率迅速增高，已成為全球主要的健康問題[1]。據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟預(yù)測，預(yù)計全球糖尿病患者數(shù)將從2013年的3.82 億增加到2035年的5.92 億。在中國，大約1.14億的成年人患有糖尿病[2]，其中2型糖尿病患者占95%以上。糖尿病腎病(DN)是糖尿病最嚴重的并發(fā)癥和導(dǎo)致終末期腎臟疾病的主要原因之一[1]。轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)一直被認為是腎纖維化的關(guān)鍵介質(zhì)，Smad依賴性信號通路是TGF-β1誘導(dǎo)纖維化的最經(jīng)典的信號通路之一[3]，TGF-β1/Smad通路與DN的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)?？刂艱N的進展不僅要控制血糖，同時要延緩腎纖維化過程。現(xiàn)就TGF-β1/Smad通路對DN形成、發(fā)展的影響關(guān)系予以綜述。

1 糖尿病腎病

DN是糖尿病最嚴重的并發(fā)癥和導(dǎo)致終末期腎臟疾病的主要原因之一[4]，是一種最常見的慢性腎臟病[5]。DN是1型糖尿病(T1DM)的主要死因；在2型糖尿病(T2DM)，其嚴重性僅次于心、腦血管并發(fā)癥，常見于病史超過10年的患者。在糖尿病早期階段，出現(xiàn)腎小球濾過率(GFR)增高和微量白蛋白尿[6]。隨著糖尿病進展，出現(xiàn)腎小球損傷、蛋白尿，隨后糖尿病引起腎小管間質(zhì)病變，最終導(dǎo)致終末期腎臟疾病[1]。DN的病理變化主要表現(xiàn)為腎小球基質(zhì)增生、腎小球基底膜增厚、腎小球硬化、腎小管萎縮以及間質(zhì)纖維化[7]。腎纖維化，特別是腎小管間質(zhì)纖維化幾乎是所有慢性進展性腎臟疾病的共同結(jié)局，包括糖尿病腎病。腎纖維化是一個可靠的預(yù)測預(yù)后和腎功能不全的主要決定因素[8]。纖維化是DN的主要特點之一，表現(xiàn)為腎小球系膜細胞增生肥大，細胞外基質(zhì)(ECM)過度沉積，間質(zhì)纖維化等，導(dǎo)致瘢痕組織的形成和蛋白尿的產(chǎn)生[9]。近年來，TGF-β1、Smad在糖尿病腎病腎纖維化中所起的作用日益受到人們的關(guān)注，對其深入的研究，有望進一步揭示糖尿病腎病腎纖維化的發(fā)生機制。

2 TGFβ1/Smad通路

TGF-β共6 種亞型，在人類組織細胞中存在3種：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3[10]。TGF-β1為其中最重要的亞型，可由內(nèi)皮細胞、上皮細胞、平滑肌細胞、成纖維細胞及大多數(shù)免疫系統(tǒng)細胞等分泌，具有廣泛的生物學(xué)功能[11]。在腎組織中，TGF-β1主要分布在腎小球、腎小管以及間質(zhì)中。TGF-β受體已知有三種：Ⅰ型受體(TβRⅠ)、Ⅱ型受體(TβRⅡ)、Ⅲ型受體(TβRⅢ)。TβRⅠ和TβRⅡ結(jié)構(gòu)相似，均由富含絲氨酸(Ser)/蘇氨酸(Thr)蛋白激酶的細胞內(nèi)區(qū)、富含半胱氨酸的細胞外區(qū)和跨膜區(qū)組成。Ⅱ型受體不能單獨轉(zhuǎn)導(dǎo)信號，而激活的Ⅰ型受體可以單獨轉(zhuǎn)導(dǎo)信號。Ⅱ型受體可以自動磷酸化，即在未與受體結(jié)合時就已經(jīng)發(fā)生磷酸化。Ⅲ型受體又稱附屬受體，為β聚多糖，一般在轉(zhuǎn)導(dǎo)中促進活性的TGF-β。Smad是TGF-β家族下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白，迄今共發(fā)現(xiàn)8 種，分別為Smad1到Smad8。根據(jù)它們的結(jié)構(gòu)和功能，又分為3類[12]，即特異受體調(diào)節(jié)型(RSmad)，包括Smad1，Smad2，Smad3，Smad5和Smad8，Rsmad蛋白是TβR激酶的直接底物，主動參與特異性信號傳遞；公共調(diào)節(jié)型(co-Smad)，包括Smad4，是TGF-β家族共同需要的下游信號分子；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7，通過競爭性結(jié)合TβRⅠ在TGF-β信號傳導(dǎo)過程中發(fā)揮抑制作用。在胞外活化的TGF-β1通過和TβRⅡ結(jié)合，引起該受體胞內(nèi)段絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶活化，TβRⅠ與TβRⅡ形成受體異聚體，進一步激活TβRⅠ的胞內(nèi)段激酶，進而磷酸化Smad2和Smad3(pSmad2和pSmad3)，pSmad2、pSmad3可與Smad4結(jié)合，轉(zhuǎn)移至細胞核后，完成信號的跨膜轉(zhuǎn)導(dǎo)，影響相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄。

3 TGFβ1/Smad通路在糖尿病腎病中的作用

3.1 TGFβ1在糖尿病腎病中的作用

糖尿病腎病是糖尿病的并發(fā)癥，主要是由TGF-β1通過Smad依賴和非依賴的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路介導(dǎo)的[13]。大量的研究表明，TGF-β是慢性腎臟病(CKD)進展腎臟纖維化相關(guān)的關(guān)鍵因子，TGF-β1具有多種生物學(xué)特性，包括細胞增殖、分化、凋亡、自噬、細胞外基質(zhì)的生產(chǎn)加工等[14]。TGF-β對腎臟纖維化的影響，通過幾種可能的機制：TGF-β1誘導(dǎo)直接加工生產(chǎn)，包括Ⅰ型膠原和纖維連接蛋白，通過Smad3的依賴或獨立的機制[15]；TGF-β1抑制ECM的降解抑制基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)可誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白酶組織抑制劑(TIMPs)和MMPs的天然抑制劑[16]；TGF-β1被認為在轉(zhuǎn)向多種細胞肌成纖維細胞起著至關(guān)重要的作用，包括上皮細胞、內(nèi)皮細胞和周細胞，肌成纖維細胞的起源，雖然仍然是不確定的[16]；TGF-β1直接作用于不同類型的腎臟固有細胞，例如：它可以促進腎小球系膜細胞的增殖，增加基質(zhì)生產(chǎn)，或誘導(dǎo)腎小管上皮細胞和足細胞可能導(dǎo)致惡化的腎功能損傷和腎間質(zhì)纖維化招致更嚴重的消除[17]。TGF-β1促進上皮細胞、內(nèi)皮細胞向肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化，而抑制劑或拮抗劑阻斷TGF-β/Smad信號減輕或逆轉(zhuǎn)上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)或內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化(EndMT)過程[18]。此外，TGF-β1可以促進腎臟纖維化通過細胞間相互作用機制，比如TGF-β1從受傷的上皮細胞釋放能夠激活周細胞-肌成纖維細胞轉(zhuǎn)化[15]。

3.2 Smad在糖尿病腎病中的作用

研究表明，Smad2和Smad3在CKD患者和動物模型腎纖維化中廣泛激活[14]。在腎纖維化中，Smad3基因是致病的，而Smad2起保護作用。Smad3抑制的缺失，而Smad2上調(diào)受阻，使結(jié)締組織生長因子和血管內(nèi)皮生長因子表達，且促進上皮細胞和內(nèi)皮細胞轉(zhuǎn)化[13]。Fujimoto等[19]發(fā)現(xiàn)，Smad3是引起糖尿病腎病纖維化的致病因子，在敲除Smad3的糖尿病腎病模型中，腎臟纖維化進展被阻止。Smad3通過直接結(jié)合促進腎間質(zhì)纖維化的膠原基因啟動子區(qū)觸發(fā)生產(chǎn)，抑制ECM降解誘導(dǎo)TIMP-1降低成纖維細胞的MMP-1活性[20]。既往的研究表明Smad2和Smad3蛋白的作用在纖維化疾病中可能不同[21]。在體內(nèi)和體外研究的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在腎小管上皮細胞Smad2基因敲除增強Smad3介導(dǎo)的腎纖維化，這與Smad3磷酸化和核易位的增加相關(guān)[22]。Smad7在DN中起到了保護作用，Smad7表達刪除時，Smad3介導(dǎo)的腎纖維化和核因子-κB會引發(fā)腎臟炎癥[14]。在TGF-β1/Smad信號通路的抑制調(diào)節(jié)，Smad7可通過誘導(dǎo)Smad3基因的機制，通過負反饋從而阻斷信號轉(zhuǎn)導(dǎo)TGF-β1[23]。TGF-β1不僅誘導(dǎo)Smad7基因的轉(zhuǎn)錄，而且促進Smad7的降解活化，通過激活Smad3依賴的Smurfs/arkadia泛素介導(dǎo)的蛋白酶體降解途徑[24]。在CKD中，Smad7蛋白的水平顯著降低，同時活性TGF-β1處于高水平。Smad7可競爭性與TβRⅠ結(jié)合，降解活化的TβRⅠ，反饋性抑制Smad2、Smad3磷酸化，從而抑制TGF-β信號的傳導(dǎo)[25]。在CKD中，Smad7蛋白的水平顯著降低，同時活性TGF-β1處于高水平。最重要的是，在梗阻性腎病、糖尿病腎病和高血壓腎病中Smad7的缺失加速腎纖維化，提示Smad7可以治療CKD[26]。一個平衡的轉(zhuǎn)變TGF-β1/Smad信號由于減少Smad3但Smad7過度激活可能是一個關(guān)鍵的病理機制導(dǎo)致腎纖維化。因此，平衡TGF-β1/Smad信號通過下調(diào)Smad3活性，上調(diào)Smad7，以及專門調(diào)制Smad3基因的miRNA相關(guān)的纖維化，可能是防治CKD進展纖維化相關(guān)的有效療法。

4 展 望

綜上所述，TGF-β1/Smad信號通路在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用。各類型Smad蛋白之間相輔相成，共同協(xié)調(diào)完成TGF-β1正常的生理狀態(tài)表達和紊亂的病理狀態(tài)表達。對TGF-β1/Smad信號通路的進一步深入研究不僅有助于闡明DN的發(fā)病機制，也將為DN的防治提供重要的途徑。

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(本文編輯：張榮梅)

丹妮(1990— )，女，河南省濟源市人，碩士學(xué)位，主要從事糖尿病的診療工作。

〔1〕本課題為山西省國際科技合作項目(項目編號：2015081031)；山西省衛(wèi)生計生委科研課題(項目編號：2014040)

2016-12-28

*本文通訊作者：李興