炎性細(xì)胞因子與糖尿病腎病

張國(guó)艷 張佳田 李玥 陳光 齊淑芳 趙曉蓮 王偉群 隋洪玉

(佳木斯大學(xué) 1附屬第一醫(yī)院，黑龍江 佳木斯 154002；2基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院)

糖尿病腎病(DN)是糖尿病患者最常見(jiàn)且最嚴(yán)重的并發(fā)癥之一。在糖尿病患者中，約三分之一可發(fā)展為DN，進(jìn)而發(fā)展為終末期腎病(ESRD)，是導(dǎo)致糖尿病人群死亡率的主要原因〔1〕。有關(guān)DN病因和發(fā)病機(jī)制的闡述涉及諸多因素，普遍認(rèn)為是由遺傳和環(huán)境因素共同引發(fā)的一系列復(fù)雜病理生理事件〔2〕。通過(guò)在細(xì)胞和分子水平上對(duì)DN病因?qū)W的深入探究發(fā)現(xiàn)，炎癥是其致病的一種重要病理生理機(jī)制，只是該炎癥區(qū)別于傳統(tǒng)意義上以紅、腫、熱、痛為主要特征的經(jīng)典炎癥，因其具有慢性、輕微等特征，通常被稱為“微炎癥”〔3〕。

1 炎癥與DN

雖然DN的確切發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但高血糖可以促進(jìn)腎臟炎癥、氧化應(yīng)激反應(yīng)和纖維化的發(fā)生，而氧化應(yīng)激反應(yīng)、炎癥和纖維化為DN發(fā)生發(fā)展進(jìn)程中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其中，氧化應(yīng)激反應(yīng)可以激活腎臟細(xì)胞中的多條病理途徑，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)堆積，腎小球和腎小管基底膜增厚，并導(dǎo)致腎纖維化功能障礙等〔4〕；纖維化是DN最基本、最突出的特征；而炎癥是腎臟纖維化發(fā)生發(fā)展的主要原因，在DN的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮重要作用〔5,6〕。

研究顯示，免疫系統(tǒng)的激活和慢性炎癥均為DN的發(fā)病機(jī)制中〔7〕，在DN形成過(guò)程中不僅伴有巨噬細(xì)胞、T淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的招募和激活〔8〕，還可出現(xiàn)大量與炎癥相關(guān)的炎性細(xì)胞因子(CK)在患者腎組織中的聚集，如趨化因子、細(xì)胞黏附因子、生長(zhǎng)因子、炎性因子、核因子等〔9,10〕。此外，炎癥細(xì)胞和炎性細(xì)胞因子在腎臟中的聚集程度與DN發(fā)展進(jìn)程密切相關(guān)，它們可直接破壞腎臟結(jié)構(gòu)并促進(jìn)上皮向間充質(zhì)轉(zhuǎn)化的過(guò)程，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)積聚的發(fā)生，加重腎臟損害及炎癥反應(yīng)；相反，若抑制二者在腎臟的募集則可延緩DN的發(fā)生，起到較好的保護(hù)作用〔11〕。綜合可見(jiàn)，炎癥是DN發(fā)生發(fā)展的主要致病因素。

2 炎性CK在DN病理生理中的作用

CK是指由免疫細(xì)胞及非免疫細(xì)胞經(jīng)刺激而合成并分泌的一類具有廣泛生物活性的小分子多肽，具有多效性、重疊性、協(xié)同性、拮抗性、網(wǎng)絡(luò)性等多種生理特性，構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的細(xì)胞因子互作網(wǎng)絡(luò)，在炎癥應(yīng)答、免疫調(diào)節(jié)、細(xì)胞增殖分化、損傷組織修復(fù)及腫瘤轉(zhuǎn)移等生理和病理過(guò)程中均發(fā)揮重要作用。DN主要表現(xiàn)為以巨噬細(xì)胞為主的炎癥細(xì)胞的激活及各種炎性CK表達(dá)增強(qiáng)，具有相對(duì)的隱匿性和持續(xù)性。目前，在DN形成中涉及的炎性CK主要有以下幾種。

2.1腫瘤壞死因子(TNF)-α 1991年，Hasegawa等〔12〕首次提出炎性CK在DN發(fā)病機(jī)制中的作用，闡明糖尿病大鼠腎小球巨噬細(xì)胞產(chǎn)生的TNF-α和白細(xì)胞介素(IL)-1明顯高于正常大鼠。后續(xù)研究表明，腎臟血細(xì)胞(主要是單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞)及多種內(nèi)在腎臟細(xì)胞(內(nèi)皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞及小管上皮細(xì)胞等)均可產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，這些炎性CK水平伴隨DN進(jìn)展程度而不斷增高，而且獨(dú)立于作為腎小球和腎小管間質(zhì)損害臨床標(biāo)志的尿白蛋白排泄(UAE)的出現(xiàn)，表明這些炎性CK在DN的發(fā)病機(jī)制中擔(dān)當(dāng)重要角色。

DN患者血清和尿液中TNF-α濃度明顯升高，其升高程度亦與DN進(jìn)展程度保持一致性，即隨著DN發(fā)展程度而不斷增加，表明糖尿病致腎臟損傷的程度與該炎性CK水平升高密切相關(guān)。此外，糖尿病動(dòng)物模型的實(shí)驗(yàn)〔13〕研究表明，腎小球和腎小管中TNF-α蛋白表達(dá)水平均明顯增加，TNF-α可直接對(duì)腎臟細(xì)胞造成細(xì)胞毒性，誘發(fā)腎損傷、凋亡和細(xì)胞壞死等；可通過(guò)擾亂促血管收縮與舒張因子之間的平衡而改變腎血流量、減少腎小球?yàn)V過(guò)率(GFR)。TNF-α還可以直接誘導(dǎo)腎臟細(xì)胞產(chǎn)生活性氧(ROS)，導(dǎo)致腎小球血管壁的改變，從而增加白蛋白的通透性。

DN早期的病理變化主要表現(xiàn)為腎功能亢進(jìn)和腎臟肥大，腎功能亢進(jìn)主要體現(xiàn)為鈉潴留，發(fā)生在蛋白尿之前，是DN早期腎功能改變的一個(gè)重要指標(biāo)。DN形成中出現(xiàn)的鈉潴留和腎臟肥大均與TNF-α明顯相關(guān)。體內(nèi)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，TNF-α可通過(guò)激活鈉依賴轉(zhuǎn)運(yùn)體而促進(jìn)近端小管對(duì)鈉的大量攝?。惑w外實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠尿TNF-α含量顯著增加，其可通過(guò)激活遠(yuǎn)端小管頂端膜鈉通道(ENaC)而增加鈉的大量重吸收，進(jìn)而導(dǎo)致鈉潴留和腎臟肥大的發(fā)生，該效應(yīng)均可被TNF-α受體融合蛋白或鈉通道抑制劑或細(xì)胞外信號(hào)相關(guān)蛋白激酶(ERK)抑制劑所阻斷〔14〕。

2.2IL ILs是一群可由多種細(xì)胞產(chǎn)生的炎性細(xì)胞因子，分為抗炎CK和促炎CK，其中 IL-1、IL-6和IL-18在DN患者中表達(dá)增加，作為促炎細(xì)胞因子參與DN的發(fā)病過(guò)程〔7〕。

IL-1在DN動(dòng)物模型腎臟中表達(dá)升高，它能夠通過(guò)刺激前列腺素(PG)E2的合成而改變腎小球血流動(dòng)力學(xué)，還可通過(guò)增加趨化因子和黏附因子的表達(dá)而增強(qiáng)腎小球血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性，刺激系膜細(xì)胞和纖維細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的生成而導(dǎo)致腎臟損傷〔15〕。研究發(fā)現(xiàn)，在韓國(guó)2型糖尿病患者中IL-1β和IL-1受體基因的多態(tài)性與ESRD風(fēng)險(xiǎn)增加有相關(guān)性，但在高加索1型糖尿病患者中卻無(wú)此關(guān)系〔16〕。

與TNF-α相似，IL-6水平亦被認(rèn)為是DN進(jìn)展的重要標(biāo)志，其與DN出現(xiàn)的許多功能和結(jié)構(gòu)異常密切相關(guān)，在DN大鼠腎皮質(zhì)中IL-6的mRNA基因表達(dá)及尿中IL-6水平均顯著增加，且其增加的程度與腎損傷程度呈正相關(guān)，可造成腎小球?yàn)V過(guò)膜通透性異常、系膜細(xì)胞腫脹、纖維連接蛋白表達(dá)增強(qiáng)等〔13，17〕。

IL-18水平在DN患者的血清和尿液中均顯著增高，并與UAE水平上升相關(guān)聯(lián)，此外，它還可誘發(fā)干擾素(IFN)-γ、IL-1和TNF-α的釋放，上調(diào)細(xì)胞間黏附因子-1的表達(dá)，造成內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡等，最終促成DN的發(fā)生與發(fā)展〔18〕。

2.3黏附分子(AM) AM是指介導(dǎo)細(xì)胞間或細(xì)胞與基質(zhì)間相互接觸和結(jié)合的一類分子，以配體-受體相對(duì)應(yīng)的形式發(fā)揮作用，參與細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)與活化、細(xì)胞的伸展和移動(dòng)及細(xì)胞的生長(zhǎng)及分化，是免疫應(yīng)答、炎癥發(fā)生、血栓形成、腫瘤轉(zhuǎn)移、創(chuàng)傷愈合等一系列重要生理和病理過(guò)程的分子基礎(chǔ)。其中，炎癥發(fā)生時(shí)的兩個(gè)關(guān)鍵步驟為：白細(xì)胞與內(nèi)皮細(xì)胞分子黏附；白細(xì)胞從血管腔到炎癥部位的跨膜遷移。黏附分子可以促進(jìn)白細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞的黏附，細(xì)胞間黏附分子(ICAM)-1和血管細(xì)胞黏附分子(VCAM)-1參與其中，是介導(dǎo)炎癥的重要介質(zhì)。DN患者黏附分子表達(dá)增強(qiáng)，高血糖、晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)、氧化應(yīng)激、高脂血癥及促炎細(xì)胞因子等因素可上調(diào)ICAM-1的表達(dá)，而敲除ICAM-1可對(duì)糖尿病小鼠起到保護(hù)作用，有效防止腎組織損傷和炎癥的發(fā)生。VCAM-1在DN患者腎組織及糖尿病動(dòng)物模型內(nèi)皮細(xì)胞和腎間質(zhì)浸潤(rùn)細(xì)胞中表達(dá)均增加，而且血漿可溶性VCAM(sVCAM)-1水平升高與1型和2型糖尿病患者白蛋白尿的進(jìn)展呈正相關(guān)，提示sVCAM-1可能是糖尿病腎臟損傷的一個(gè)有效生物標(biāo)志物〔19〕。

2.4單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1 MCP-1是趨化因子家族的重要成員之一，可促進(jìn)單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的遷移和激活，參與炎性反應(yīng)的調(diào)節(jié)過(guò)程〔20〕。研究證實(shí)，MCP-1水平在DN患者及DN動(dòng)物模型腎組織中明顯升高，其可介導(dǎo)單核-巨噬細(xì)胞遷移并進(jìn)入腎組織中，聚集于腎組織中的單核-巨噬細(xì)胞被激活后可釋放多種損害腎功能的物質(zhì)，如IL-8、ROS、一氧化氮(NO)和轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)等，造成血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷，促進(jìn)腎小球纖維化和腎小管間質(zhì)瘢痕化，導(dǎo)致 DN 形成〔21〕。MCP-1還可通過(guò)激活血管緊張素轉(zhuǎn)換酶(ACE)或核因子(NF)-κB途徑而促進(jìn)DN的發(fā)生發(fā)展，反之，抑制ACE或阻斷NF-κB 信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，則可下調(diào) MCP-1表達(dá)水平，從而明顯延緩 DN的形成過(guò)程〔10〕。

2.5TGF-β TGF-β是一種具有多重生物學(xué)效應(yīng)的CK，在免疫調(diào)節(jié)、炎性反應(yīng)、細(xì)胞生長(zhǎng)與分化、組織修復(fù)和胚胎發(fā)育等方面發(fā)揮重要功能。近年發(fā)現(xiàn)，TGF-β在DN形成過(guò)程中擔(dān)當(dāng)著非常重要的作用，是糖尿病腎臟細(xì)胞外基質(zhì)生成的主調(diào)節(jié)因子〔22〕。DN形成中腎臟TGF-β及其受體的基因和蛋白表達(dá)水平均明顯上調(diào)〔23〕，上調(diào)后的TGF-β可通過(guò)多條途徑來(lái)發(fā)揮其生物學(xué)作用。TGF-β可通過(guò)激活其下游的經(jīng)典信號(hào)通路(TGF-β/Smads)誘導(dǎo)腎小球細(xì)胞肥大，增加腎小球系膜細(xì)胞ECM積聚，逐步發(fā)展為腎小球硬化〔24,25〕；TGF-β可通過(guò)激活p38和Smad7介導(dǎo)腎足細(xì)胞凋亡，破壞濾過(guò)屏障而使腎功能惡化〔26〕；TGF-β還可通過(guò)TGF-β/Smads通路誘導(dǎo)腎小管細(xì)胞肥大，促進(jìn)腎小球和腎小管上皮細(xì)胞向間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致腎臟纖維化的發(fā)生〔27〕。

2.6其他 近年來(lái)，隨著人們對(duì)細(xì)胞因子與DN關(guān)系探究的深入，不斷發(fā)現(xiàn)在DN形成過(guò)程中還有其他炎性CK的參與。其中，被稱為炎癥中心因子的NF-κB可由體內(nèi)高血糖和氧化應(yīng)激反應(yīng)所激發(fā)，激活的NF-κB從細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核中，繼而促進(jìn)其目標(biāo)基因的表達(dá)，最具代表意義的即為MCP-1和TGF-β1，二者均為DN進(jìn)展中重要的炎性CK；NF-κB還可通過(guò)增加其他炎性CK(如IL-6)的表達(dá)，參與DN的形成過(guò)程〔28〕。

廣泛參與糖脂代謝調(diào)節(jié)的脂肪細(xì)胞因子亦與DN的發(fā)生發(fā)展相關(guān)聯(lián)，脂肪細(xì)胞因子是由脂肪組織分泌的細(xì)胞因子家族，主要包括脂聯(lián)素、瘦素和抵抗素。脂聯(lián)素不僅可以增加胰島素的敏感性，同時(shí)還具有抗炎和抗氧化的作用，它可以通過(guò)抑制TNF-α的生成與釋放而延緩DN的發(fā)展，還可以通過(guò)干擾血小板生成生長(zhǎng)因子(PDGF)纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)和表皮生長(zhǎng)因子(EGF)的受體激活而阻止DN所帶來(lái)的腎臟損傷〔29〕，敲除脂聯(lián)素的糖尿病小鼠則表現(xiàn)出白蛋白尿增加和足突融合〔30〕。與脂聯(lián)素相反，瘦素具有促炎作用，可通過(guò)刺激炎癥信號(hào)通路而損傷血管內(nèi)皮功能，造成血管平滑肌細(xì)胞的肥大和增生。實(shí)驗(yàn)顯示，2型糖尿病患者血清瘦素水平與白蛋白尿的發(fā)生和進(jìn)展相關(guān)，伴有白蛋白尿的DN患者血清瘦素水平明顯升高〔31〕。抵抗素作為一種促炎CK，能夠促進(jìn)平滑肌細(xì)胞增殖遷移、巨噬細(xì)胞脂質(zhì)沉積，引起脂質(zhì)代謝紊亂。人群調(diào)查發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者血清抵抗素水平顯著升高，而且與GFR呈負(fù)相關(guān)，即抵抗素可增加糖尿病患者腎損傷的風(fēng)險(xiǎn)〔32〕。

綜上，對(duì)DN的主要防治方案仍然通過(guò)嚴(yán)格控制高血壓、血糖水平及血脂水平異常等危險(xiǎn)因素的發(fā)生，從而延緩DN的發(fā)生發(fā)展，但最終仍然無(wú)法阻止DN形成對(duì)腎臟的損傷。因此，特別針對(duì)DN主要發(fā)病機(jī)制而鑒別的治療方法可能會(huì)更有效且非常必要。既然炎癥過(guò)程是DN發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)，那么抗炎方案則為糖尿病患者提供了一個(gè)非常有意義的防治思路和治療手段。但目前正在使用的針對(duì)DN防治的抗炎方案十分少見(jiàn)，可借鑒的經(jīng)驗(yàn)仍很有限，故這一課題仍然是腎科醫(yī)生所面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)，在今后的基礎(chǔ)與臨床研究中可著眼于抗炎性CK產(chǎn)生及抗炎性反應(yīng)過(guò)程來(lái)預(yù)防或延緩DN的發(fā)生與發(fā)展。