糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

張秀華，曹式麗

(1.天津中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，天津 301617； 2.天津中醫(yī)藥大學(xué)第二附屬醫(yī)院科教部，天津 300250；3.天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院腎病科，天津 300193)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，早期臨床表現(xiàn)為微量白蛋白尿。在早期病理上，DN主要表現(xiàn)為腎小球?yàn)V過率增加，腎小球系膜區(qū)增寬和腎小球毛細(xì)血管基膜增厚；后期表現(xiàn)為腎小球?yàn)V過率下降，腎小球、腎小管間質(zhì)纖維化。在糖尿病患者中，出現(xiàn)腎臟并發(fā)癥約占25%，其中糖尿病腎病已成為發(fā)達(dá)國家終末期腎臟病的首要病因[1-2]。故導(dǎo)致因腎衰竭而進(jìn)行的血液凈化和腎移植治療日益增多。我國是糖尿病患者最多的國家之一，DN發(fā)病率也呈逐年上升趨勢[3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，到21世紀(jì)中葉，全世界糖尿病患者將達(dá)3.66億，而作為其常見并發(fā)癥的DN患者將超過1億[4]。DN發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，迄今尚未完全明確。目前普遍認(rèn)為，DN的發(fā)生和發(fā)展，與遺傳因素[微RNA(microRNA，miRNA)、DNA甲基化]、代謝機(jī)制紊亂(多元醇通路、蛋白激酶C等)、血流動(dòng)力學(xué)改變、炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激(活性氧類、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激)等諸多因素有關(guān)。因此，研究DN的發(fā)病機(jī)制，對(duì)早期干預(yù)其發(fā)病及有效防治疾病進(jìn)展具有十分重要的意義?，F(xiàn)就DN的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展予以綜述。

1 遺傳因素

1.1miRNA miRNA是一種非編碼RNA分子，其組成包括21～25個(gè)核苷酸，通過作用于腎臟多種細(xì)胞，參與了DN的發(fā)生。其中，miR-192通過活化轉(zhuǎn)化生長因子β信號(hào)途徑，導(dǎo)致DN患者出現(xiàn)蛋白尿，并向腎纖維化發(fā)展[5]。Wu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，miR-27A在糖尿病大鼠腎小球系膜細(xì)胞中表達(dá)上調(diào)。其主要作用為通過抑制腎小球系膜細(xì)胞增殖，阻斷與細(xì)胞外基質(zhì)相關(guān)的促纖維化基因上調(diào)來導(dǎo)致DN系膜增生。此外，miRNA具有保護(hù)腎小球?yàn)V過屏障的作用。核酸酶Dicer基因是調(diào)控足細(xì)胞miRNA生成關(guān)鍵酶的主要基因，Shi等[7]和Ho等[8]通過選擇性敲除小鼠模型的核酸酶Dicer基因發(fā)現(xiàn)，小鼠出現(xiàn)大量蛋白尿，并很快進(jìn)展為終末期腎病，故認(rèn)為其主要通過影響腎小球足細(xì)胞裂孔膜蛋白(nephrin)和裂隙膜蛋白(podocin)表達(dá)，致使突變小鼠出現(xiàn)腎小球足細(xì)胞數(shù)量減少、系膜區(qū)及毛細(xì)血管擴(kuò)張、腎小球纖維化等病理變化。何鳳等[9]研究發(fā)現(xiàn)，高血糖刺激人腎小管上皮細(xì)胞HMC和人系膜細(xì)胞HK-2，均能上調(diào)miR-135b的表達(dá)。miR-135b不僅能靶向下調(diào)人源Smad5基因、細(xì)胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21的表達(dá)，還能上調(diào)增殖細(xì)胞核抗原、細(xì)胞周期蛋白D1、纖維連接蛋白和膠原成分Col I的表達(dá)，故認(rèn)為其通過靶向調(diào)控基因表達(dá)促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖、細(xì)胞外基質(zhì)增加及腎臟纖維化。以上研究表明，miRNA在DN中過度表達(dá)，進(jìn)而導(dǎo)致DN的發(fā)生或發(fā)展。

1.2DNA甲基化 DNA甲基化是一種非常重要的表觀遺傳學(xué)標(biāo)記，其不僅參與了基因表達(dá)調(diào)控、基因印跡等重要生物學(xué)過程，還參與了DN的發(fā)病機(jī)制[10]。DNA甲基化主要通過兩種方式抑制基因表達(dá)：①甲基化的二核苷酸直接阻止DNA與轉(zhuǎn)錄因子復(fù)合物結(jié)合；②通過形成抑制復(fù)合物，阻止轉(zhuǎn)錄因子與特定DNA序列結(jié)合而間接抑制基因表達(dá)[11]。易斌等[12]通過研究DN患者的DNA及結(jié)締組織生長因子啟動(dòng)子甲基化在DN發(fā)病中的作用發(fā)現(xiàn)，DN組與糖尿病組和健康對(duì)照組的DNA甲基化水平差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；而與糖尿病組及健康對(duì)照組相比，DN組的結(jié)締組織生長因子基因啟動(dòng)因子甲基化水平明顯降低，血清結(jié)締組織生長因子蛋白水平顯著升高，故認(rèn)為結(jié)締組織生長因子基因啟動(dòng)子的低甲基化可能參與了DN的發(fā)生發(fā)展。有學(xué)者通過研究DNA甲基化在纖維化模型中的作用發(fā)現(xiàn)，基因的過度甲基化可以增加腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活成纖維細(xì)胞，導(dǎo)致細(xì)胞增殖和纖維化，故認(rèn)為DN的發(fā)病機(jī)制與某些基因的DNA甲基化異常有關(guān)[13]。

2 代謝紊亂

長期高血糖所致的腎臟血流動(dòng)力學(xué)紊亂、葡萄糖代謝異常是糖尿病患者腎臟病變發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素和基礎(chǔ)。

2.1多元醇通路 多元醇通路是機(jī)體葡萄糖代謝途徑之一。研究表明，多元醇代謝異常與糖尿病慢性并發(fā)癥尤其是糖尿病微血管病變明確相關(guān)[14]。多元醇通路由醛糖還原酶和山梨醇脫氫酶共同構(gòu)成，其中醛糖還原酶是多元醇代謝途徑的限速酶，在多元醇通路途徑中發(fā)揮重要作用，該酶廣泛存在于血管、腎臟、心臟、腦等組織中，促進(jìn)DN的發(fā)生[15]。

在生理狀態(tài)下，由于醛糖還原酶對(duì)葡萄糖的親和力低，所以導(dǎo)致多元醇通路代謝率低下。當(dāng)血糖高于正常水平則提高了醛糖還原酶活性，從而增強(qiáng)醛糖還原酶與葡萄糖的親和力、轉(zhuǎn)化能力，造成山梨醇在細(xì)胞內(nèi)蓄積，還原過程中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸被大量消耗，細(xì)胞內(nèi)滲透壓顯著升高，引起細(xì)胞水腫、缺氧，損壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)和影響細(xì)胞功能，進(jìn)而干擾細(xì)胞的正常代謝。

有學(xué)者通過將糖尿病小鼠模型分為果糖激酶組和果糖激酶缺陷組進(jìn)行觀察發(fā)現(xiàn)，果糖激酶組糖尿病小鼠模型出現(xiàn)蛋白尿排泄增加、腎小球?yàn)V過率降低和腎小管損傷等表現(xiàn)，而果糖激酶缺陷組糖尿病小鼠模型未出現(xiàn)上述腎臟病理損害現(xiàn)象[16]。研究認(rèn)為，山梨糖醇在腎小球近端小管可以以果糖的形式進(jìn)行代謝，其過量產(chǎn)生將會(huì)導(dǎo)致腺苷三磷酸耗竭，引起促炎細(xì)胞因子的表達(dá)，促進(jìn)氧化應(yīng)激反應(yīng)的產(chǎn)生[16]。另一項(xiàng)研究通過比較2型糖尿病患者和健康對(duì)照者的醛糖還原酶基因第8內(nèi)含子第95位點(diǎn)A-C多態(tài)性認(rèn)為，醛糖還原酶第8內(nèi)含子基因型AA可能是DN的危險(xiǎn)因素，因?yàn)镈N患者基因型AA的頻度明顯高于對(duì)照組[17]。

2.2蛋白激酶C通路 蛋白激酶C廣泛分布于機(jī)體的器官、組織和細(xì)胞中，具有調(diào)節(jié)內(nèi)皮細(xì)胞通透性、收縮性及生長的作用，參與了信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑、細(xì)胞增殖、分化和凋亡。二酰甘油作為蛋白激酶C的內(nèi)源性激活劑，具有促使蛋白激酶C移位至細(xì)胞膜而被激活的作用。DN患者存在高糖狀態(tài)，而由于葡萄糖代謝所產(chǎn)生的3-磷酸甘油醛生成增多，導(dǎo)致二酰甘油合成增加，所以促進(jìn)了蛋白激酶C激活。

Menne等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在DN大鼠模型中通過抑制蛋白激酶C途徑可顯著抑制腎小球肥大和細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生。故認(rèn)為，DN的發(fā)病機(jī)制可能與激活蛋白激酶C通路，導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，影響細(xì)胞部分功能，導(dǎo)致腎臟損害有關(guān)。另有研究顯示，高血糖可激活蛋白激酶C使血管內(nèi)皮細(xì)胞的通透性增加，造成腎臟損害[19]。而應(yīng)用蛋白激酶C抑制劑Ro-31-8425能降低血管內(nèi)皮通透性及延緩腎臟損害的發(fā)生發(fā)展，所以認(rèn)為其在DN發(fā)病中起作用。

2.3晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)在DN中的作用 AGEs的來源分為兩種即內(nèi)源性產(chǎn)生、外源性攝入，在生理情況下，AGEs的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)。而DN患者體內(nèi)的AGEs是在糖尿病高糖狀態(tài)下經(jīng)過一系列反應(yīng)產(chǎn)生的物質(zhì)，其是體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂類、核酸等大分子物質(zhì)的非酶糖基化產(chǎn)物，體內(nèi)大分子的游離氨基通過與葡萄糖或果糖等還原糖作用，產(chǎn)生一系列穩(wěn)定的非酶糖基化終末產(chǎn)物。在長期的高血糖環(huán)境下，AGEs大量增多、堆積，通過多種方式參與DN的發(fā)生發(fā)展[20]。

腎小球表達(dá)AGEs受體(receptors of advanced glycosylation end products，RAGE)，AGEs通過與其受體結(jié)合激活一系列信號(hào)通路調(diào)節(jié)細(xì)胞功能，包括促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB等。AGEs損傷糖尿病患者腎臟主要是通過激活信號(hào)通路，從而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)增加，AGEs通過與其受體結(jié)合引起血漿內(nèi)皮素1、血管內(nèi)皮生長因子等表達(dá)和釋放，這些細(xì)胞因子參與血管內(nèi)皮損傷、組織細(xì)胞凋亡等病理病變的發(fā)生發(fā)展，使腎小球?yàn)V過率增加并加速腎小球硬化[21]。Thallas-Bonke等[22]認(rèn)為，AGEs通過與其受體相互作用在DN中發(fā)揮重要作用，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用富含AGEs的飼料飼養(yǎng)糖尿病小鼠，經(jīng)過一段時(shí)間后實(shí)驗(yàn)小鼠出現(xiàn)腎臟病理損害的進(jìn)展加快，而敲除小鼠的RAGE基因后發(fā)現(xiàn)腎臟病理損害情況得到改善。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，AGEs參與腎臟病理損害可能與其上調(diào)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)化生長因子β和血管內(nèi)皮生長因子表達(dá)有關(guān)，其最終導(dǎo)致腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化等癥狀的發(fā)生[23]。研究表明，腎內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)持續(xù)激活可引起足細(xì)胞損傷及大量蛋白尿，而AGEs與其受體結(jié)合后可激活該系統(tǒng)，故認(rèn)為AGEs是慢性腎臟病發(fā)展和足細(xì)胞損傷的影響因素之一[24]。有研究證實(shí)，腎臟富含RAGE，腎臟的系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞表面均有RAGE表達(dá)，而AGEs可以與相應(yīng)靶細(xì)胞上的RAGE結(jié)合形成AGE-RAGE復(fù)合體，該復(fù)合體激活炎癥反應(yīng)和細(xì)胞增殖等信號(hào)反應(yīng)，從而導(dǎo)致腎小球基膜增厚、足細(xì)胞損傷，系膜細(xì)胞增生，引起腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化，造成腎臟嚴(yán)重?fù)p傷[25]。以上研究表明，AGEs可以直接引起腎臟損傷及通過與RAGE結(jié)合引起腎臟病變。

3 氧化應(yīng)激

3.1活性氧類 氧化應(yīng)激反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的活性氧類是氧離子、過氧化物和羥自由基等的總稱，其產(chǎn)生途徑主要包括激活多元醇通路、積累AGEs、葡萄糖的自動(dòng)氧化等，在DN的發(fā)生、發(fā)展中起關(guān)鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，活性氧類可以增加血管通透性，破壞足細(xì)胞，減少細(xì)胞外基質(zhì)降解，激活蛋白激酶C[26]。此外，活性氧類大量積聚，可激活一些重要信號(hào)因子，加重腎臟損害。多元醇通路的激活、AGEs的積累等多種途徑可促進(jìn)氧化應(yīng)激的增強(qiáng)和活性氧類的生成。

少量的活性氧類在調(diào)節(jié)機(jī)體的正常生理功能中發(fā)揮重要作用，但當(dāng)活性氧類大量產(chǎn)生超過細(xì)胞的清除能力時(shí)，過多的活性氧類積聚激活蛋白激酶C、各種細(xì)胞因子及轉(zhuǎn)錄因子，導(dǎo)致腎小球細(xì)胞外基質(zhì)沉積，降解減少，引起腎小球纖維化[26]。同時(shí)，激活多元醇通路會(huì)增加AGEs的生成，從而進(jìn)一步加重腎臟的損害。

有研究表明，纖溶酶原激活物抑制物1會(huì)促使腎小球系膜基質(zhì)和膠原堆積，而活性氧類能參與上調(diào)腎小球系膜細(xì)胞內(nèi)纖溶酶原激活物抑制物1的表達(dá)過程，促使纖溶酶原激活物抑制物1生成增多，影響腎小球功能[27]。此外，纖溶酶原激活物抑制物1抑制劑能通過保護(hù)腎小球足細(xì)胞，減少蛋白尿排泄[28]。故認(rèn)為，活性氧類通過參與調(diào)控纖溶酶原激活物抑制物1的表達(dá)，促使DN的發(fā)生發(fā)展。

3.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)是指細(xì)胞受到內(nèi)外因素的刺激時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)、功能受到破壞后發(fā)生一系列生化結(jié)構(gòu)改變，從而使細(xì)胞應(yīng)激性地進(jìn)入應(yīng)答措施，以緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙的過程[29]。DN患者體內(nèi)存在多種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的誘發(fā)因素，如高血糖、氧化應(yīng)激、脂質(zhì)代謝異常等。因此，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在糖尿病腎組織損害過程中扮演重要角色[30]。

有研究表明，高糖可誘導(dǎo)體外培養(yǎng)的人腎系膜細(xì)胞發(fā)生過度增殖及上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β1、纖維連接蛋白等的表達(dá)，并發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，而通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可相應(yīng)地抑制細(xì)胞增殖及下調(diào)腎小球系膜增殖表達(dá)[31]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，高糖刺激下DN患者體內(nèi)的腎皮質(zhì)和腎小球系膜細(xì)胞能夠激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和氧化應(yīng)激反應(yīng)，且該反應(yīng)程度隨時(shí)間進(jìn)展逐漸增強(qiáng)，而通過4-苯基丁酸干預(yù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激可降低應(yīng)激反應(yīng)水平，減輕氧化應(yīng)激及減少炎癥激活，延緩DN病情進(jìn)展[32]。

4 炎癥反應(yīng)

DN患者體內(nèi)存在微炎癥，且炎癥水平隨病程進(jìn)展而加重，并最終導(dǎo)致腎小球硬化。研究表明，腎小球硬化指數(shù)隨著巨噬細(xì)胞浸潤程度的加重而升高，但炎性因子表達(dá)的增多可促進(jìn)炎性巨噬細(xì)胞的進(jìn)一步浸潤，出現(xiàn)基膜增厚，從而加速腎小球硬化進(jìn)程[33]。研究表明，血清脂蛋白相關(guān)磷脂酶A2、白細(xì)胞介素18、白細(xì)胞介素1β和腫瘤壞死因子α等炎癥指標(biāo)水平可為評(píng)估DN的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)、病情進(jìn)展及預(yù)后提供一定依據(jù)[34]。

另有研究表明，通過刺激炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，激發(fā)炎癥信號(hào)通路，可促進(jìn)DN的發(fā)生和發(fā)展，如趨化因子[35-36]、血管內(nèi)皮生長因子[37]等，經(jīng)過一系列反應(yīng)可導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、基膜增厚、腎間質(zhì)纖維化，最終引發(fā)腎臟功能進(jìn)行性損害。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，血清抗衰老蛋白水平的下降在DN早期可被檢測到，這或許可用于診斷早期DN[38]。此外，中性粒細(xì)胞/淋巴細(xì)胞比值在糖尿病臨床蛋白尿期明顯升高，其可能預(yù)測DN的發(fā)生。

5 小 結(jié)

DN與多種致病因素有關(guān)，同時(shí)涉及多種細(xì)胞因子和信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，它們通過各自作用及相互影響共同導(dǎo)致DN的發(fā)生、發(fā)展。目前，尚沒有有效藥物能明顯減緩DN的進(jìn)程。其發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，但隨著現(xiàn)代臨床、動(dòng)物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)技術(shù)和研究的不斷發(fā)展、深入，對(duì)于其發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識(shí)將不斷更新，同時(shí)也有利于DN的預(yù)防及治療。