糖尿病腎病足細(xì)胞損傷機(jī)制研究進(jìn)展

殷洪波，于　攀，李　杰

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一種慢性能量代謝障礙綜合征。糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)是DM微血管病變中的主要并發(fā)癥，無論1型還是2型DM，有20%～30%的患者最終會(huì)發(fā)展到DN。DN的主要臨床表現(xiàn)為蛋白尿、高血壓及進(jìn)行性腎功能損傷，是導(dǎo)致終末期腎病(end-stage renal disease, ESRD)的主要原因之一[1-3]。研究證實(shí)，足細(xì)胞損傷是DN進(jìn)展的核心事件[4]。在DN早期，就會(huì)出現(xiàn)足細(xì)胞足突消失、融合，隨著DN的進(jìn)展，損傷積累可導(dǎo)致足細(xì)胞凋亡與脫落、腎小球基底膜破壞、大量蛋白尿產(chǎn)生，促進(jìn)DN向ESRD發(fā)展[5-6]。因此，研究足細(xì)胞損傷機(jī)制，對(duì)于DN的治療至關(guān)重要。本文就目前DN中足細(xì)胞損傷的相關(guān)因素和涉及的分子機(jī)制做一綜述。

1　氧化應(yīng)激與足細(xì)胞損傷

大量研究表明，活性氧(reactive oxygen species, ROS)和氧化應(yīng)激導(dǎo)致的慢性炎癥在DN發(fā)展過程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[7]。在高糖的刺激下，晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)逐漸增多，且AGEs難以降解，易于在細(xì)胞內(nèi)大量聚積[8]。在AGEs產(chǎn)生過程中，會(huì)釋放大量的ROS，使機(jī)體處于氧化應(yīng)激狀態(tài)[9]。同時(shí)，AGEs也可與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，進(jìn)一步促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生。在大量的ROS成員中，對(duì)人體危害最大的是超氧陰離子以及后續(xù)產(chǎn)生的羥自由基和過氧亞硝酸陰離子，后兩者具有超強(qiáng)的氧化能力，能快速使脂質(zhì)過氧化及多種氨基酸(如酪氨酸)硝基化，還能損傷DNA導(dǎo)致基因突變、細(xì)胞周期停滯、細(xì)胞凋亡、壞死，使器官逐漸喪失功能，而人體內(nèi)缺乏對(duì)羥自由基和過氧亞硝酸陰離子的天然有效清除機(jī)制[10-11]。

足細(xì)胞，即腎小球臟層上皮細(xì)胞，屬于終末分化細(xì)胞，需要大量的能量來維持細(xì)胞功能。ROS可損傷足細(xì)胞線粒體功能，導(dǎo)致足細(xì)胞功能障礙，進(jìn)而啟動(dòng)后續(xù)的細(xì)胞骨架破壞、細(xì)胞融合，甚至細(xì)胞凋亡過程[11]。在這一過程中，又有大量ROS產(chǎn)生。研究表明，在高糖環(huán)境下，足細(xì)胞內(nèi)ROS活化可引起足細(xì)胞功能紊亂及尿白蛋白排泄率增加，而抑制氧化酶可降低蛋白尿并減輕腎小球硬化[12]。

2　線粒體功能障礙與足細(xì)胞損傷

線粒體是重要的能量代謝場(chǎng)所，線粒體氧化磷酸化是一個(gè)高效的產(chǎn)能過程，這個(gè)過程中可產(chǎn)生大量ROS[13]。線粒體功能障礙包括3個(gè)方面：①線粒體呼吸鏈氧化磷酸化導(dǎo)致產(chǎn)能減少。②線粒體內(nèi)ROS生成增加，在正常情況下，人體產(chǎn)生和消除ROS的速度基本平衡，體內(nèi)產(chǎn)生的ROS會(huì)被快速清除；而DM患者體內(nèi)的高血糖以及AGEs產(chǎn)生的大量ROS會(huì)損傷線粒體，從而導(dǎo)致線粒體功能障礙，同時(shí)通過激活GSK3β、P38-MAPK信號(hào)通路，啟動(dòng)內(nèi)源性凋亡，導(dǎo)致足細(xì)胞減少；此外，激活GSK3β信號(hào)通路也可破壞肌動(dòng)蛋白和細(xì)胞骨架的完整性，導(dǎo)致足細(xì)胞收縮和足突融合，最終導(dǎo)致蛋白尿和腎小球硬化，使DN惡化[14]。③線粒體DNA受損或突變，線粒體DNA突變引起的疾病稱為線粒體病，包括線粒體肌病、腦病、乳酸酸中毒和腦卒中等[15]。有研究認(rèn)為，線粒體基因突變與線粒體自噬能力降低密切相關(guān)，還發(fā)現(xiàn)DN腎小球足細(xì)胞線粒體自噬能力明顯降低，均表明線粒體功能障礙參與了DN足細(xì)胞損傷，然而具體調(diào)控機(jī)制尚待進(jìn)一步研究[13]。

3　胰島素信號(hào)途徑紊亂與足細(xì)胞損傷

足細(xì)胞作為腎小球?yàn)V過膜的主要組成部分，也是胰島素敏感細(xì)胞[16]。有研究顯示，一種與維系腎小球?yàn)V過屏障密切相關(guān)的特異表達(dá)于足細(xì)胞的蛋白Nephrin，在足細(xì)胞對(duì)胰島素敏感性反應(yīng)中起重要作用。在Nephrin正常狀態(tài)下，胰島素通過葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體GLuT1和GLuT4作用于足細(xì)胞，而這一過程則需要足細(xì)胞骨架蛋白actin參與，具體機(jī)制尚不明確[17]。相關(guān)研究還發(fā)現(xiàn)，胰島素缺乏或者胰島素抵抗都可引起足細(xì)胞骨架蛋白破壞，從而導(dǎo)致尿蛋白產(chǎn)生[18]。然而，胰島素缺乏或胰島素抵抗是否參與了導(dǎo)致足細(xì)胞線粒體功能障礙的過程，目前尚不清楚。

此外，研究還發(fā)現(xiàn)無論1型還是2型DM，機(jī)體經(jīng)過一段時(shí)間的高血糖刺激后，即使血糖和胰島素水平恢復(fù)正常，高血糖引起的代謝紊亂也不能恢復(fù)到之前正常狀態(tài)時(shí)的水平，稱之為代謝記憶[19]。最近有研究發(fā)現(xiàn)，高糖誘導(dǎo)下，足細(xì)胞中蛋白絡(luò)氨酸磷酸酶SHP-1激活，即使血糖恢復(fù)正常，SHP-1的表達(dá)仍然不能下降到正常水平；這是因?yàn)樵诟咛谴碳は?，SHP-1啟動(dòng)子的H3組蛋白被乙?；图谆?，導(dǎo)致SHP-1持續(xù)高表達(dá)；而SHP-1能夠抑制足細(xì)胞中胰島素受體表達(dá)，導(dǎo)致足細(xì)胞對(duì)胰島素的敏感性降低，進(jìn)而導(dǎo)致足細(xì)胞能量供應(yīng)障礙，從而激活ROS系統(tǒng)，損傷線粒體功能，引起后續(xù)足細(xì)胞損傷[20]。

4　炎癥與足細(xì)胞損傷

由于胰島素信號(hào)途徑紊亂以及線粒體損傷，導(dǎo)致足細(xì)胞能量供應(yīng)障礙、ROS產(chǎn)生增加，進(jìn)而促進(jìn)了足細(xì)胞中炎性因子的大量產(chǎn)生。1991年Cavallo MG等人首次發(fā)現(xiàn)2型DM患者血清中有炎性因子：白介素-1β(IL-1β)和IL-18，這一發(fā)現(xiàn)開啟了對(duì)DN和DM患者微炎癥狀態(tài)研究的序幕[21]。經(jīng)過20余年對(duì)微炎癥狀態(tài)的研究發(fā)現(xiàn)，在高糖的刺激下，機(jī)體會(huì)產(chǎn)生單核細(xì)胞趨化蛋白，這種蛋白可造成多種炎性細(xì)胞(如巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞、腎臟固有細(xì)胞等)參與，通過多種途徑(如MAPK、JAK-STA、AGEs、NF-κb等)激活炎性因子、趨化因子、黏附因子等，進(jìn)而發(fā)揮相應(yīng)的促炎作用，形成惡性循環(huán)，不斷造成腎臟損傷[22-23]。

在眾多的炎性因子中，炎癥小體是一個(gè)大家族，可負(fù)責(zé)細(xì)胞內(nèi)的免疫和炎癥過程。在炎癥小體各家族成員中，NALP3炎癥小體研究得最廣泛、最清楚，其參與了多種慢性腎臟病的進(jìn)展[24]。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)伴有高脂血癥的DM大鼠模型中，NALP3炎癥小體的3個(gè)成分表達(dá)均升高，由其活化產(chǎn)生的IL-1β和IL-18也增加，并最終導(dǎo)致嚴(yán)重腎損傷[25]。IL-1β是具有多種生理活性的重要細(xì)胞因子，在腎臟主要由足細(xì)胞產(chǎn)生，在足細(xì)胞損傷和修復(fù)中起重要作用[26]。IL-18是一種前炎性因子，能夠促進(jìn)多種炎性因子的產(chǎn)生[27]。研究表明，IL-18參與了DN的進(jìn)展，然而具體機(jī)制尚不清楚[11]。

5　自噬與足細(xì)胞損傷

自噬是真核生物對(duì)細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)進(jìn)行周轉(zhuǎn)的重要過程。細(xì)胞在受到刺激或饑餓時(shí)，自噬就會(huì)發(fā)生，其目的是去除有害蛋白聚集、去除受損細(xì)胞器、滿足增加的能量需求。細(xì)胞內(nèi)有功能障礙的線粒體或不需要的線粒體會(huì)通過選擇性或非選擇性自噬被清除，這種選擇性清除線粒體的自噬過程被稱為線粒體自噬[28]。線粒體自噬是清除損傷線粒體、減少ROS的主要途徑[29]。同時(shí)，由于足細(xì)胞是終末分化細(xì)胞，缺乏有絲分裂和自我更新能力，以致線粒體自噬成為保護(hù)足細(xì)胞的主要機(jī)制。有研究發(fā)現(xiàn)，通過多種途徑抑制線粒體自噬，會(huì)加重DM小鼠的足細(xì)胞損傷[30]。

相關(guān)研究表明，足細(xì)胞線粒體自噬受到多種機(jī)制調(diào)控，其中最重要的有3條通路：①SIRT1信號(hào)通路：SIRT1是近年來發(fā)現(xiàn)的煙酰胺腺嘌呤核苷酸依賴的第Ⅲ類組蛋白去乙?；割?；大量的證據(jù)已經(jīng)表明，SIRT1通過增強(qiáng)自噬、穩(wěn)定線粒體等途徑，在多種腎臟疾病中具有保護(hù)作用[31]。②mTOR信號(hào)通路：mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，其與不同的蛋白結(jié)合形成兩個(gè)功能不同的復(fù)合體，分別為mTORC1和mTORC2；其中，mTORC1是一種雷帕霉素敏感蛋白激酶復(fù)合體，主要參與細(xì)胞生長(zhǎng)、增殖、凋亡等過程的調(diào)節(jié)，被認(rèn)為是自噬的負(fù)性調(diào)控因子；研究發(fā)現(xiàn)，足細(xì)胞特異性mTORC1激活可導(dǎo)致非DM小鼠出現(xiàn)多種DN的特征性病理表現(xiàn)，如系膜擴(kuò)張、腎小球基底膜增厚、足細(xì)胞丟失以及蛋白尿。③AMPK信號(hào)通路：AMPK作為自噬的調(diào)節(jié)器也被認(rèn)為參與了DN的發(fā)病機(jī)制；AMPK的活性主要受細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP的精密調(diào)控，當(dāng)胞內(nèi)能量呈低水平時(shí)，AMPK被激活，并通過直接控制ULK1磷酸化和抑制mTORC1活性這兩個(gè)獨(dú)立的機(jī)制來激活自噬[32]。還有實(shí)驗(yàn)證明，AMPK激活劑白藜蘆醇可恢復(fù)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)DN的AMPK活性、減少蛋白尿、改善高血糖和腎功能障礙、減輕腎臟肥大[33]。

此外，除了上述3條主要途徑外，還有一些重要分子參與了線粒體自噬的調(diào)控。FOXO3a是FOXO家族的主要成員，在細(xì)胞氧化應(yīng)激中發(fā)揮調(diào)控作用。研究表明，F(xiàn)OXO3a乙?；哂写龠M(jìn)細(xì)胞凋亡的作用，而FOXO3a去乙酰化則上調(diào)自噬、抑制細(xì)胞凋亡、促進(jìn)細(xì)胞存活。在腎臟足細(xì)胞中，F(xiàn)OXO3a如何發(fā)揮作用，尚待進(jìn)一步研究[34]。

6展望

隨著人們生活水平的提高，DM以及DN成為威脅人類健康的重要疾病。研究DN的早期治療方法，對(duì)于延緩疾病的發(fā)展至關(guān)重要。最近有研究發(fā)現(xiàn)，通過模擬節(jié)食的療法：4 d低能量飲食，3 d正常飲食，7 d為1個(gè)周期，11個(gè)周期后，DM小鼠模型胰腺β細(xì)胞功能以及血糖水平完全恢復(fù)正常，這一研究結(jié)果為DM和DN的研究開拓出新的空間[35]。通過模擬節(jié)食療法，DM小鼠體內(nèi)多個(gè)在胚胎發(fā)育過程中發(fā)揮重要作用的基因被重新激活，促進(jìn)了胰腺細(xì)胞的恢復(fù)。在未來，也許通過增強(qiáng)細(xì)胞自噬、激活胚胎發(fā)育的某些關(guān)鍵基因，可以有效地治療DM和DN。

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