糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

廖 鈺(綜述)，夏 寧(審校)

(廣西醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院代謝糖尿病中心，南寧530021)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的主要并發(fā)癥之一，約30%的糖尿病患者會(huì)發(fā)展為DN。其早期的主要病理特征是腎小球肥大，腎小球和腎小管基底膜增厚及系膜區(qū)細(xì)胞外基質(zhì)的進(jìn)行性積聚;后期為腎小球、腎小管間質(zhì)的纖維化，并最終導(dǎo)致蛋白尿和腎功能衰竭。目前認(rèn)為DN的發(fā)病機(jī)制較為復(fù)雜，腎血流動(dòng)力學(xué)改變、糖代謝紊亂及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物質(zhì)及細(xì)胞因子激活、氧化應(yīng)激、蛋白激酶C激活、腎病蛋白、脂代謝紊亂、遺傳等因素有關(guān)。在此就DN的發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展作一綜述。

1 血流動(dòng)力學(xué)改變

1．1 腎小球血流動(dòng)力學(xué)異常 糖尿病早期存在腎小球內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)異常，表現(xiàn)為高濾過、高灌注和腎小球毛細(xì)血管內(nèi)高壓。這些變化促使清蛋白從腎小球系膜毛細(xì)血管滲漏，系膜細(xì)胞基質(zhì)增多，腎小球基底膜增厚和足細(xì)胞損傷。許多因素參與這一過程，包括前列腺素、一氧化氮、血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、轉(zhuǎn)化生長因子 β(transforming growth factor-β，TGF-β)和腎素-血管緊張素系統(tǒng)。

1．2 腎素-血管緊張素系統(tǒng)及其組分作用 血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和腎素-血管緊張素系統(tǒng)的其他組分在DN的發(fā)病和進(jìn)展起一個(gè)中心作用。AngⅡ?qū)е履I小球高濾過、球內(nèi)高壓，還與AngⅡ受體1結(jié)合，不僅直接抑制系膜細(xì)胞中Ⅳ型膠原酶的活性，降低其降解基質(zhì)的能力，還能促進(jìn)多種細(xì)胞因子的生長，抑制腎病蛋白表達(dá)，促進(jìn)腎小球硬化的發(fā)展。目前研究認(rèn)為AngⅡ通過促炎性作用介導(dǎo)趨化因子，黏附分子和其他促纖維化生長因子，最終導(dǎo)致腎臟功能下降。腎小球高壓所致機(jī)械應(yīng)力和高血糖是潛在的DN發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵因素，兩者的協(xié)同作用加速足細(xì)胞損傷，即損傷腎小球基底膜足細(xì)胞足突的蛋白錨定系統(tǒng)。在正常生理情況下，足細(xì)胞通過調(diào)節(jié)酶的活性使血管緊張素1-7(angiotensin1-7，Ang1-7)、血管緊張素 1-9(angiotensin1-9，Ang1-9)生成和AngⅡ降解，Ang1-7能拮抗AngⅡ的促炎作用，從而維持腎小球內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)平衡。在病理環(huán)境下，這些酶的活性發(fā)生變化從而導(dǎo)致腎小球內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)失衡，進(jìn)而促進(jìn)DN的發(fā)展。目前發(fā)現(xiàn)，腎素-血管緊張素系統(tǒng)的組織損傷作用也可能涉及腎素及其蛋白前體腎素原的直接作用。兩者直接作用于血管病變的有力證據(jù)是糖尿病微血管病變與血循環(huán)中腎素原水平升高相關(guān)(甚至先于微血管病變出現(xiàn))［4］。

1．3 內(nèi)皮素 內(nèi)皮素是一種血管收縮肽，最主要的是內(nèi)皮素1，由內(nèi)皮素受體A和內(nèi)皮素受體B介導(dǎo)其作用。炎癥和各種細(xì)胞因子，缺血缺氧，高鈉、高糖、高脂血癥，酸性代謝產(chǎn)物刺激、血流動(dòng)力學(xué)改變以及機(jī)械性損傷導(dǎo)致內(nèi)皮素合成增加而清除減少，從而改變腎臟血流動(dòng)力，加速腎間質(zhì)纖維化和腎小球硬化。體外實(shí)驗(yàn)表明，內(nèi)皮素1可上調(diào)蛋白激酶C和TGF-β的表達(dá)，刺激系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞外基質(zhì)產(chǎn)生，內(nèi)皮素1也可促進(jìn)細(xì)胞骨架的變化，對腎小球?yàn)V過屏障造成破壞［5，6］。而在糖尿病動(dòng)物模型中選擇性阻斷內(nèi)皮素受體A能阻止腎損傷早期的腎血管收縮和高濾過，并阻止了蛋白尿的進(jìn)展和腎結(jié)構(gòu)破壞，這都提示內(nèi)皮素參與DN發(fā)展［7］。

2 糖代謝紊亂

2．1 高血糖 體外研究表明，高血糖與系膜細(xì)胞基質(zhì)增多和系膜細(xì)胞凋亡關(guān)聯(lián)［8］。系膜細(xì)胞擴(kuò)張可能是由系膜細(xì)胞中升高的血糖濃度介導(dǎo)的。過去有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者移植非糖尿病捐助者的腎臟后，不論高血糖是否控制，糖尿病和腎病仍會(huì)進(jìn)展。因此，高血糖可能是必要的因素［9］。

2．2 非酶糖基化和晚期糖基化終產(chǎn)物 在慢性高血糖狀態(tài)下，葡萄糖與游離氨基酸或組織蛋白結(jié)合，并最終形成不可逆晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGE)。AGE主要通過三種途徑參與DN的發(fā)病機(jī)制:①通過改變信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)中可溶性信號(hào)(如細(xì)胞因子、激素與自由基)的水平來實(shí)現(xiàn);②與蛋白質(zhì)交聯(lián)結(jié)合破壞其生理功能，改變血管結(jié)構(gòu)，使腎小球基底膜糖化，電荷消失，造成功能障礙;③AGE與細(xì)胞膜上的AGE受體結(jié)合后，激活多條信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路等，同時(shí)上調(diào)多種生長因子，促進(jìn)DN進(jìn)展。如AGE與系膜細(xì)胞表面的AGE受體結(jié)合，促使系膜細(xì)胞產(chǎn)生和釋放細(xì)胞外基質(zhì)，這是導(dǎo)致腎小球肥大、基底膜增厚和系膜擴(kuò)張的直接原因;AGE與血管內(nèi)皮細(xì)胞AGE受體結(jié)合，致血管通透性增加，加速微血管病變產(chǎn)生;AGE與腎小管上皮細(xì)胞AGE受體結(jié)合發(fā)生表型轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化為成肌纖維細(xì)胞，這與腎小管間質(zhì)病變有關(guān)［9，10］。

2．3 多元醇通路代謝增強(qiáng) 該通路葡萄糖代謝極少，而長期高血糖可激活該通路限速酶——醛糖還原酶，使該通路代謝增強(qiáng)，山梨醇在組織內(nèi)堆積，導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能異常，直接影響腎小球和腎小管功能;還能使AGE增多，最終在組織沉積，導(dǎo)致腎臟及微血管并發(fā)癥。細(xì)胞培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，高糖環(huán)境及醛糖還原酶的過度表達(dá)可增加纖維連接蛋白的表達(dá)，而醛糖還原酶抑制劑可使纖維連接蛋白的表達(dá)不再增加［11］。這些結(jié)果提示，抑制醛糖還原酶可能有助于阻止DN患者的細(xì)胞外基質(zhì)的沉積。有研究表明，TGF-β1誘導(dǎo)的纖維連接蛋白的表達(dá)依賴于系膜細(xì)胞中的醛糖還原酶活性，且能被醛糖還原酶抑制劑抑制［12］。

3 炎性反應(yīng)

越來越多的證據(jù)表明，固有免疫反應(yīng)激活與慢性炎性反應(yīng)是DN的一個(gè)公認(rèn)的發(fā)病因素。炎性分子和途徑，包括代謝途徑、氧化應(yīng)激、生長因子和炎性細(xì)胞因子、細(xì)胞黏附分子相互作用，參與DN的發(fā)生發(fā)展。例如高血糖、TGF-β1、血管緊張素Ⅱ可刺激VEGF的表達(dá)，使內(nèi)皮細(xì)胞合成一氧化氮，促進(jìn)血管舒張和高濾過。VEGF還刺激Ⅳ型膠原α3鏈的生成，促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)沉積。但有研究表明，DN患者的VEGF基因表達(dá)、腎小球VEGF mRNA濃度下降與足細(xì)胞數(shù)目減少、腎病進(jìn)展相關(guān)，提示VEGF低水平是有害的［13］。高血糖還增加TGF-β1在腎小球和基質(zhì)蛋白的表達(dá)，其誘導(dǎo)的基因所編碼的結(jié)締組織生長因子及熱休克蛋白，有致腎組織纖維化的作用。有研究表明，TGF-β在DN患者的腎小球硬化、間質(zhì)纖維化的發(fā)展和細(xì)胞外基質(zhì)增加起著核心作用，糖尿病患者腎小球系膜細(xì)胞和近端腎小管細(xì)胞的TGF-β的表達(dá)和活性都增加［14］。結(jié)締組織生長因子是一個(gè)重大的TGF-β信號(hào)的下游效應(yīng)器，在DN發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用，參與細(xì)胞外基質(zhì)合成，細(xì)胞遷移，上皮向間質(zhì)轉(zhuǎn)化等［13］。最近的研究表明，血漿結(jié)締組織生長因子水平與腎小球?yàn)V過率下降率呈正相關(guān)，可作為DN進(jìn)展的預(yù)測指標(biāo)，并能預(yù)測終末期腎病患者病死率［15］。而腫瘤壞死因子α不僅直接損害腎小球系膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞，還促使過氧化物生成，影響腎小球毛細(xì)血管壁屏障功能，實(shí)驗(yàn)研究已經(jīng)證明了尿腫瘤壞死因子α是重要的提示腎小球和間質(zhì)損傷的臨床指標(biāo)［16］。另外，白細(xì)胞介素1改變趨化因子和黏附分子的表達(dá);白細(xì)胞介素6與腎小球基底膜增厚密切相關(guān);白細(xì)胞介素18誘導(dǎo)產(chǎn)生其他炎性細(xì)胞因子。而細(xì)胞間黏附分子1通過介導(dǎo)腎小球巨噬細(xì)胞浸潤，促使細(xì)胞外基質(zhì)成分沉積，參與DN的進(jìn)展。單核細(xì)胞趨化蛋白1具有發(fā)動(dòng)炎性反應(yīng)、促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞增生、介導(dǎo)產(chǎn)生細(xì)胞因子，還能引起溶酶體酶的釋放、超氧化物陰離子及膠原的產(chǎn)生，直接參與腎臟的損傷過程［14，16］。

4 氧化應(yīng)激與蛋白激酶C

大量的證據(jù)表明，體內(nèi)氧化應(yīng)激和氧化應(yīng)激與蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活化是糖尿病微血管及大血管并發(fā)癥的發(fā)展所涉及的主要途徑的共同點(diǎn)。氧化應(yīng)激主要由活性氧(reactive oxygen species，ROS)介導(dǎo)，高血糖使大量ROS產(chǎn)生，ROS通過抑制三磷酸甘油脫氫酶的活性，激活幾乎所有已知的與糖尿病微血管并發(fā)癥發(fā)生、發(fā)展相關(guān)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，如PKC通路，多元醇通路，己糖胺通路及AGE形成等。還可激活上調(diào)黏附分子及炎性因子基因轉(zhuǎn)錄，最終導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)增加，促進(jìn)纖維化和終末期腎病的發(fā)展。ROS水平增高還可促進(jìn)過氧化亞硝酸鹽合成增多，使硝化酪氨酸生成增加，造成DNA損傷，促使糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展［17］。另外高血糖可激活PKC，PKC可上調(diào)TGF-β1表達(dá)，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)增加;PKC的激活降低一氧化氮水平，并抑制一氧化氮介導(dǎo)的環(huán)磷酸鳥苷生成，導(dǎo)致血管舒縮功能障礙;PKC也促使內(nèi)皮素1和VEGF表達(dá)增加，從而致血管內(nèi)皮功能下降。另外，PKC刺激血小板聚集，同時(shí)增加核因子κB和血漿纖溶酶原激活物抑制物1的表達(dá)，誘發(fā)局部組織炎性反應(yīng)和血栓性微血管病變，從而加重血管損傷［10］。

5 激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)

新興的證據(jù)表明，激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)(kallikrein-kinin system，KKS)也參與 DN的發(fā)病機(jī)制。組織激肽釋放酶1是組織激肽釋放酶家族的成員，主要由它介導(dǎo)激肽的產(chǎn)生。緩激肽是KKS發(fā)揮生物效應(yīng)的主要激肽，它通過普遍存在的緩激肽2受體(bradykinin 2 receptor，B2R)和可誘導(dǎo)的緩激肽1受體(bradykinin 1 receptor，B1R)發(fā)揮作用。目前的證據(jù)表明，KKS在DN有著雙向的作用。糖尿病患者體內(nèi)緩激肽使腎小球系膜細(xì)胞增殖減少，起到腎臟保護(hù)作用;B2R－/－或 STZ 誘導(dǎo)的 KLK－/－老鼠(T1DM)出現(xiàn)更嚴(yán)重的白蛋白尿和腎小球硬化，而用艾替班特拮抗db/db鼠(T2DM)的B2R使雷米普利的抗蛋白尿作用減弱。KKS有害的作用表現(xiàn)在緩激肽通過胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶上調(diào)腎小管細(xì)胞白細(xì)胞介素6、TGF-β的表達(dá);B2R－/－的STZ糖尿病鼠DN損傷不再進(jìn)展，而使用艾替班特拮抗B2R的單腎切除的db/db鼠，其生化和病理組織學(xué)損傷得到緩解。這些相反的發(fā)現(xiàn)可能源自多種因素，并呼吁進(jìn)一步評估KKS在DN和糖尿病血管病變中的明確作用［18］。

6 腎病蛋白和脂質(zhì)介質(zhì)

腎病蛋白是在足細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)一種蛋白質(zhì)，是保持濾過屏障完整性的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，腎病蛋白的損失導(dǎo)致足細(xì)胞足突消失和蛋白尿增加，其可能參與DN的發(fā)生、發(fā)展。有研究發(fā)現(xiàn)，與無腎病患者和腎病變輕或得到控制者相比，DN患者腎病蛋白表達(dá)明顯降低。糖尿病患者(有或無尿蛋白)腎病蛋白的排泄比非糖尿病患者高17%～30%。因此，腎病蛋白的排泄可能作為蛋白尿出現(xiàn)之前早期發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞損傷的標(biāo)志［19］。脂肪氧化酶12和15在糖尿病的動(dòng)物中水平升高，這提示脂肪氧化酶作用的部分衍生物有助于DN的發(fā)展，但具體作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究［20］。

7 遺傳易感性

DN具有明顯遺傳傾向，1型和2型糖尿病腎病具有明顯的家族聚集性。在1型或2型糖尿病患者，發(fā)生DN的可能性顯著增加，尤其是父母與兄弟姐妹患DN者。在尋找皮馬印第安人糖尿病微血管并發(fā)癥的易感基因的研究中，3、7、9和20號(hào)染色體上的四個(gè)位點(diǎn)已被確定，染色體 7q21．3、10p15．3、14q23．1 和18q22．3已分別被確定為DN的易感基因區(qū)［21］。

8 小結(jié)

引起DN的因素是多方面的，包括腎血流動(dòng)力學(xué)改變、糖代謝紊亂及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物質(zhì)及細(xì)胞因子、氧化應(yīng)激、蛋白激酶C激活、激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)作用、脂代謝紊亂、遺傳等多種因素，各因素間又相互影響，其發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜。盡管目前尚不能完全弄清楚DN的發(fā)病機(jī)制，但對其進(jìn)一步深入研究將對DN有更新的認(rèn)識(shí)，對指導(dǎo)臨床的治療工作有著重要意義。

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