細(xì)胞焦亡在糖尿病腎病中的作用機(jī)制研究

毛正奇 黃國(guó)東

(1 廣西中醫(yī)藥大學(xué)瑞康臨床醫(yī)學(xué)院，南寧市 530200，電子郵箱：maozhengqi2017@163.com；2 廣西國(guó)際壯醫(yī)醫(yī)院，南寧市 530000)

【提要】 糖尿病腎病是免疫炎性疾病，其發(fā)病機(jī)制包括炎性損傷、糖脂代謝紊亂以及遺傳信息等。細(xì)胞焦亡是新型的細(xì)胞程序性死亡，其經(jīng)典通路核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1、白細(xì)胞介素-1β的激活可影響糖尿病腎病的發(fā)生與發(fā)展。探討細(xì)胞焦亡在糖尿病腎病的作用機(jī)制可能是治療該疾病的新方法。本文就細(xì)胞焦亡與糖尿病腎病的關(guān)系及中西醫(yī)結(jié)合治療細(xì)胞焦亡等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

糖尿病腎病是糖尿病患者常見(jiàn)的微小血管并發(fā)癥之一，目前已成為慢性腎衰竭的主要原因[1]。糖尿病腎病的生理病理機(jī)制十分復(fù)雜，涉及炎癥因子、糖脂代謝紊亂以及遺傳信息等多個(gè)方面?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究認(rèn)為，除胰島素抵抗外，炎癥因子在糖尿病腎病的疾病進(jìn)程及對(duì)腎足細(xì)胞存活可能存在關(guān)鍵作用[2]。細(xì)胞焦亡作為程序性死亡的一種新型方式，是近年來(lái)生命科學(xué)研究的熱點(diǎn),其具有天然免疫炎癥的特殊性，主要由核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體蛋白3(nucleotide-binding and oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3，NLRP3)、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1(cysteinyl aspartate specific protease 1，Caspase-1)及白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-1β三種重要炎性分子介導(dǎo)。國(guó)外學(xué)者證實(shí)膽固醇結(jié)晶可以通過(guò)干預(yù)NLRP3的表達(dá)激活Caspase-1的成熟分化，從而導(dǎo)致IL-1家族細(xì)胞因子的活化和成熟[3]。所以，抑制炎性因子表達(dá)和調(diào)控細(xì)胞焦亡通路可能成為防治糖尿病腎病的新策略，也是當(dāng)前研究和開(kāi)發(fā)防治糖尿病腎病藥物的熱點(diǎn)之一。本文就細(xì)胞焦亡與糖尿病腎病的關(guān)系及中西醫(yī)結(jié)合治療細(xì)胞焦亡等方面的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 細(xì)胞焦亡的作用機(jī)制

Lamkanfi等[4]研究表明，當(dāng)機(jī)體受到病毒或微生物感染時(shí)會(huì)引起程序性細(xì)胞死亡，主要包括細(xì)胞凋亡、壞死和焦亡3種細(xì)胞死亡模式。細(xì)胞焦亡系統(tǒng)具備免疫活性物質(zhì)、存在細(xì)胞“自殺”的現(xiàn)象，主要通過(guò)Caspase-1依賴(lài)性介導(dǎo)完成激活[5]，這類(lèi)新型程序性死亡方式不等同于細(xì)胞凋亡，是宿主細(xì)胞對(duì)抗致病菌入侵的一種防御機(jī)制。細(xì)胞焦亡主要表現(xiàn)為胞膜完整性受損所致的細(xì)胞破裂，通過(guò)流式細(xì)胞技術(shù)和熒光素標(biāo)記可檢測(cè)DNA片段損傷,光鏡下可見(jiàn)細(xì)胞核外氣泡樣環(huán)狀囊泡的異常形態(tài)學(xué)表現(xiàn)[6-7]。細(xì)胞焦亡的激活有經(jīng)典與非經(jīng)典兩種通路，目前以NLRP3-Caspase-1-IL-1β為經(jīng)典信號(hào)通路的研究較多[8-9]。當(dāng)感染信號(hào)刺激NLRP3炎癥小體產(chǎn)生時(shí)[10]，其作為上游因子可選擇性介導(dǎo)Caspase-1高分子復(fù)合物的成熟和釋放,而IL-1β及IL-18等相關(guān)前體蛋白的活化成熟則依賴(lài)于Caspase-1。經(jīng)典通路細(xì)胞焦亡反應(yīng)可引起染色體DNA裂解，細(xì)胞核溶解致細(xì)胞破裂，是機(jī)體天然性免疫防御反應(yīng)的組成部分[11]。2型糖尿病、糖尿病腎病、心肌炎、內(nèi)毒素性休克、缺血性腦病等多種疾病[12-13]均存在細(xì)胞焦亡和炎癥反應(yīng)的病理特性。上述疾病的在發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，機(jī)體受到各種病原體、病毒、微生物等感染從而誘導(dǎo)多種炎癥關(guān)聯(lián)因子活化。近期研究證實(shí)在NLRP3誘導(dǎo)下，炎癥因子IL-1β大量成熟、釋放，導(dǎo)致炎癥聯(lián)級(jí)效應(yīng)，最終形成全身劇烈炎癥反應(yīng)[14-15]。因此，敲除Caspase-1基因或用靶向治療抑制其活性，可能使這些疾病的細(xì)胞焦亡狀態(tài)得到抑制[16]。

2 細(xì)胞焦亡與糖尿病腎病相關(guān)性

Fernández-Real等[17]指出先天性免疫與炎性細(xì)胞產(chǎn)生、肥胖、胰島素抵抗等糖尿病并發(fā)癥相關(guān)。微炎癥和細(xì)胞外基質(zhì)擴(kuò)增是糖尿病腎病進(jìn)展的常見(jiàn)途徑，與糖尿病腎病中炎癥途徑相關(guān)的各種分子包括轉(zhuǎn)錄因子、促炎細(xì)胞因子、趨化因子、黏附分子、Toll樣受體、脂肪因子和核受體。而細(xì)胞焦亡作為機(jī)體中重要的天然免疫反應(yīng)，其激活通路內(nèi)的各種促炎因子與糖尿病腎病進(jìn)展緊密。國(guó)外學(xué)者在肥胖糖尿病大鼠模型中發(fā)現(xiàn)NLRP3炎癥小體與肥胖誘導(dǎo)的胰島素抵抗和β細(xì)胞衰竭有關(guān)[18-19]。在2型糖尿病慢性炎癥進(jìn)展中，炎性因子IL-1β可以介導(dǎo)胰島β細(xì)胞焦亡發(fā)生，在免疫性疾病及相關(guān)系統(tǒng)的炎癥中起著主要作用[20]。邵峰等[21]研究證實(shí)細(xì)胞焦亡的效應(yīng)蛋白Gasdermin-D具有膜打孔和誘導(dǎo)焦亡的特性，可破壞細(xì)胞結(jié)構(gòu)完整性，介導(dǎo)程序性細(xì)胞壞死，表明Gasdermin-D作為底物被Caspase炎癥因子切割從而釋放其物質(zhì)活性執(zhí)行細(xì)胞焦亡。而國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)一步證實(shí)Gasdermin-D與NLRP3炎癥因子的相關(guān)性，間接證實(shí)了Gasdermin-D作為共通蛋白與Caspase-1、NLRP3、IL-1β3種炎性分子的關(guān)聯(lián)[22-23]。Chuang等[24]指出尿酸和脂質(zhì)是NLRP3炎性體激活的危險(xiǎn)信號(hào)，通過(guò)檢測(cè)鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠模型NLRP3、Caspase-1、IL-1β蛋白的表達(dá)，發(fā)現(xiàn)3者均呈現(xiàn)高水平表達(dá)，由此揭示了NLRP3炎性分子介導(dǎo)的炎癥損傷在糖尿病腎病的中的作用。Fu等[25]通過(guò)觀察高糖條件下人腎小球系膜細(xì)胞和不同年齡糖尿病腎病大鼠中NLRP3相關(guān)蛋白的表達(dá)，得出NLRP3和高糖激活可能通過(guò)介導(dǎo)炎癥反應(yīng)參與糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展的結(jié)論。李嶸等[26]用miR-497干預(yù)高糖損傷下的腎小球系膜細(xì)胞，檢測(cè)到細(xì)胞焦亡通路關(guān)鍵基因IL-1β、Caspase-1表達(dá)水平下降。結(jié)合上述文獻(xiàn)，筆者推測(cè)調(diào)節(jié)NLRP3-Caspase-1-IL-1β信號(hào)傳導(dǎo)通路及其對(duì)應(yīng)蛋白可能為治療糖尿病腎病的新手段。

3 中醫(yī)在糖尿病腎病中的應(yīng)用

中醫(yī)經(jīng)典古籍中多以關(guān)格、消渴、尿濁、水腫、腎消等分述記載糖尿病腎病。隨著時(shí)代發(fā)展，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)糖尿病腎病的辨證論治已有共通的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為該病虛實(shí)夾雜，究其源頭為標(biāo)實(shí)本虛，標(biāo)實(shí)以熱毒、濕濁、瘀血為主，本虛以氣陰兩虛為主，病程纏綿損及陽(yáng)氣，而致陰陽(yáng)兩虛[27]。糖尿病腎病的中醫(yī)辨證分型可分為脾腎氣虛型、肺腎陰虛型、肝腎陰虛型、陰陽(yáng)氣虛型等。臨床上以脾腎氣虛型多見(jiàn)，因此健脾益腎、清熱活血、利濕解毒是早期糖尿病腎病的主要治療原則之一。而從中醫(yī)宏觀角度論述細(xì)胞焦亡當(dāng)屬“血瘀、濕濁、熱毒”之范疇，目前以中藥方劑干預(yù)細(xì)胞焦亡NLRP3-Caspase-1-IL-1β通路治療糖尿病腎病的研究仍較少。Wang等[28]運(yùn)用紅景天苷干預(yù)高糖誘導(dǎo)的糖尿病腎病大鼠腎小球系膜細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)NLRP3、Caspase-1表達(dá)水平降低，推測(cè)紅景天苷通過(guò)調(diào)節(jié)NLRP3炎性小體途徑減輕大鼠腎小球系膜細(xì)胞的氧化應(yīng)激。黃國(guó)東等[29]運(yùn)用復(fù)方八仙草湯治療早期糖尿病腎病脾腎兩虛證患者取得良好療效，復(fù)方八仙草湯以廣西特色中草藥八仙草為君藥,主要成分東葉草苷帶有控制血糖作用，配以黃芪、山七、制大黃、薏苡仁等，共奏健脾益腎、祛濕活血化瘀解毒之功，祛邪而不傷正。同時(shí)臨床研究表明，對(duì)于早期糖尿病腎病患者，復(fù)方八仙草湯具有減少尿蛋白、減緩炎癥反應(yīng)、調(diào)節(jié)免疫功能、改善脂質(zhì)代謝紊亂等作用[30]，但是其作用機(jī)制尚不明確，有待進(jìn)一步深入研究。因此，未來(lái)可以NLRP3-Caspase-1-IL-1β細(xì)胞焦亡通路為切入點(diǎn)，運(yùn)用中醫(yī)藥干預(yù)治療糖尿病腎病模型，以進(jìn)一步探討細(xì)胞焦亡通路對(duì)糖尿病腎病的作用機(jī)制。

4 小 結(jié)

糖尿病腎病是免疫炎性疾病，嚴(yán)重?fù)p傷腎功能，而Caspase-1、NLRP3、IL-1β3種因子介導(dǎo)的細(xì)胞焦亡是機(jī)體先天性免疫反應(yīng)，因此細(xì)胞焦亡及炎癥因子在糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展過(guò)程中起著至關(guān)重要的作用，通過(guò)抑制炎癥因子活化、阻斷細(xì)胞焦亡通路對(duì)于防治糖尿病腎病是十分關(guān)鍵的。健脾益腎、清熱活血、利濕解毒是治療早期糖尿病腎病的關(guān)鍵，復(fù)方八仙草湯對(duì)初期糖尿病腎病患者具有可靠療效。以糖尿病腎病動(dòng)物模型為載體，探討細(xì)胞焦亡炎癥因子活化程度及各種藥物對(duì)糖尿病腎病細(xì)胞焦亡炎癥因子作用靶點(diǎn)的影響，闡明其中的作用與機(jī)制，將會(huì)為中西醫(yī)結(jié)合防治糖尿病腎病提供新策略。