LPA/LPA1信號通路與糖尿病腎臟疾病

袁紫東 王秋月

中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌與代謝病科，沈陽 110001

糖尿病腎臟疾病(DKD)的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，涉及多種細(xì)胞、分子途徑，多種因素共同作用。目前認(rèn)為，與DKD發(fā)病相關(guān)的因素包括血流動力學(xué)改變、高血糖、晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)、蛋白激酶C(PKC)途徑、多元醇途徑、氧化應(yīng)激、炎性反應(yīng)、過氧化物酶體增殖物活化受體γ(PPARγ)活化等諸多方面[1-2]。

溶血磷脂酸(LPA)是一種小分子生物活性甘油磷脂，其通過至少6種G蛋白耦聯(lián)受體(GPCRs)，即 LPA1-6，調(diào)節(jié)不同的細(xì)胞效應(yīng)。LPA/LPA1信號通路可能在系膜細(xì)胞增殖、纖維化、足細(xì)胞損傷、炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激等環(huán)節(jié)發(fā)揮作用，進(jìn)而促進(jìn)DKD的疾病進(jìn)展，而抑制LPA1可以減輕腎臟損傷。筆者認(rèn)為，LPA/LPA1信號通路可能為研究DKD的發(fā)病機(jī)制提供新思路，成為治療DKD的新靶點(diǎn)。因此，通過查閱文獻(xiàn)，本文就LPA/LPA1信號通路與DKD發(fā)病機(jī)制研究新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 LPA/LPA1信號通路概述

LPA的相對分子質(zhì)量為430 000～480 000，具有一條脂肪酸鏈和一個(gè)磷酸基團(tuán)作為其極性頭端。LPA是甘油脂質(zhì)從頭合成的關(guān)鍵代謝中間體，而且是質(zhì)膜的組成成分[3]。20世紀(jì)60年代初期，Vogt等發(fā)現(xiàn)LPA誘導(dǎo)了離體兔十二指腸的收縮。從那時(shí)起，大量研究發(fā)現(xiàn)LPA具有生物活性，可以調(diào)節(jié)多種細(xì)胞效應(yīng)，誘導(dǎo)多種細(xì)胞過程，包括平滑肌細(xì)胞收縮、血小板聚集、細(xì)胞增殖、細(xì)胞遷移、細(xì)胞轉(zhuǎn)化、預(yù)防細(xì)胞凋亡、減少細(xì)胞因子和趨化因子分泌等[3-5]。

LPA通過至少6種7次跨膜GPCRs介導(dǎo)的細(xì)胞外信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，發(fā)揮功能作用，這些LPA受體被命名為LPA1-6：蛋白質(zhì)名稱LPA1～LPA6，基因名稱LPAR1～LPAR6(人類)和Lpar1～Lpar6(非人類)。其中，LPA1～LPA3(也分別稱為vzg-1/Edg2、Edg4、Edg7)是內(nèi)皮細(xì)胞分化基因(endothelial cell differentiation gene, Edg)家族的成員；LPA4(P2Y9/GPR23)、LPA5(GPR92/93)和LPA6(P2Y5)屬于嘌呤能受體(P2Y)家族[3]。這些GPCRs與4種Gα蛋白(G12/13、Gq/11、Gi/o和Gs)中的一種或多種耦聯(lián)，引發(fā)多種信號級聯(lián)，下游信號級聯(lián)涉及諸多介質(zhì)，如Ras、Rho、Rac、蛋白激酶B、絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、PKC和腺苷酸環(huán)化酶[4]。

1996年，LPA1成為第一個(gè)被確認(rèn)的溶血磷脂受體，是6種LPA受體中研究最為廣泛的。哺乳動物L(fēng)PAR1基因編碼含有364個(gè)氨基酸具有7-TM結(jié)構(gòu)域的相對分子質(zhì)量為41 000的蛋白質(zhì)。在小鼠和人類中，LPA1在心臟、腦、胎盤、骨骼肌、腎臟、胰腺、脾臟、前列腺、睪丸、卵巢、小腸和結(jié)腸中廣泛表達(dá)[6]。研究發(fā)現(xiàn)，Lpar1-/-小鼠顯示出50%的圍產(chǎn)期致死率、存活者體型縮小、顱面畸形和坐骨神經(jīng)施萬細(xì)胞凋亡增加，提示LPA/LPA1信號通路在胚胎發(fā)育過程中的重要作用[7]。近年來，大量研究發(fā)現(xiàn)LPA/LPA1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的異?？赡芙閷?dǎo)一系列病理過程，如神經(jīng)及精神系統(tǒng)疾病、疼痛、心血管疾病、纖維化、骨骼疾病、癌癥、不育和肥胖等[5-6]。

2 LPA/LPA1信號通路與DKD的相關(guān)機(jī)制

2.1 LPA/LPA1信號通路與系膜細(xì)胞增殖 腎小球系膜細(xì)胞是腎臟固有細(xì)胞的主要類型之一，參與DKD的發(fā)病過程。DKD早期的病理改變是系膜細(xì)胞增殖,隨后，細(xì)胞的生長停滯，細(xì)胞發(fā)生肥大。因此，系膜細(xì)胞增殖是早期DKD病理生理機(jī)制的關(guān)鍵因素，最終導(dǎo)致慢性腎功能不全[8-9]。各種致病因素，包括高血糖、血脂異常、高血壓、AGEs、某些細(xì)胞因子(如轉(zhuǎn)化生長因子β)均可誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞過度增殖和(或)肥大，從而導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)蛋白(ECM)的聚積和腎小球基底膜(GBM)增厚[9]。因此，抑制系膜細(xì)胞增殖是早期控制DKD進(jìn)展的方法之一。

LPA誘導(dǎo)不同類型細(xì)胞的增殖,包括系膜細(xì)胞，而人們對LPA在系膜細(xì)胞增殖方面涉及的分子機(jī)制知之甚少。Kim等[8]通過動物模型和體外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，LPA通過細(xì)胞周期調(diào)節(jié)蛋白刺激腎小球系膜(SV40 MES13)細(xì)胞的增殖。Krüppel樣因子5(KLF5)的表達(dá)在db/db小鼠的腎皮質(zhì)和LPA處理的SV40 MES13細(xì)胞中上調(diào)。通過siRNA轉(zhuǎn)染下調(diào)KLF5的表達(dá)則抑制了LPA誘導(dǎo)的SV40 MES13細(xì)胞增殖。在LPA處理的SV40 MES13細(xì)胞和db/db小鼠的腎皮質(zhì)中，MAPK被激活，隨后早期生長反應(yīng)因子1(Egr1)的表達(dá)增加。另外，LPA顯著增加SV40 MES13細(xì)胞中Ras相關(guān)C3肉毒桿菌毒素底物(Rac1)GTP酶的活性，LPA誘導(dǎo)的過度增殖通過抑制Rac1活性而減弱?；谶@些結(jié)果，可得出結(jié)論，Rac1/MAPK/KLF5信號通路是LPA在DKD模型中誘導(dǎo)系膜細(xì)胞增殖的機(jī)制之一。該研究并未討論LPA1的表達(dá)水平以及LPA1與Rac1/MAPK/KLF5信號通路的作用關(guān)系。曾有研究發(fā)現(xiàn)，在腫瘤細(xì)胞中，Rac1激活由LPA1信號通路介導(dǎo)[10]。因此，推測在系膜細(xì)胞中，LPA誘導(dǎo)的Rac1活化由LPA1介導(dǎo)。未來關(guān)于LPA/LPA1信號通路促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖及其分子機(jī)制方面應(yīng)進(jìn)行進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)研究。

2.2 LPA/LPA1信號通路與足細(xì)胞損傷 足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞和GBM構(gòu)成腎小球?yàn)V過屏障。在DKD早期即觀察到足細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能異常。足細(xì)胞的修復(fù)和(或)再生能力有限，是高度分化的終末細(xì)胞，足細(xì)胞損傷將導(dǎo)致蛋白尿和進(jìn)行性腎小球硬化，足細(xì)胞損傷的程度是DKD的主要預(yù)后決定因素之一[11-12]。內(nèi)皮型一氧化氮合酶基因敲除(eNOS-/-)db/db小鼠模型為加速型DKD模型，其具有與人類DKD相似的進(jìn)行性腎病的獨(dú)特特征，包括早期明顯的蛋白尿、系膜溶解、小動脈玻璃樣變性、局灶節(jié)段性腎小球硬化和結(jié)節(jié)性腎小球硬化以及中度高血壓。在eNOS-/-db/db小鼠8周齡時(shí)即可觀察到足細(xì)胞損傷的超微結(jié)構(gòu)證據(jù)，如空泡聚積、假性囊腫、足突消失和胞漿內(nèi)電子致密液滴[5，13]。Zhang等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在非糖尿病小鼠中，LPA1和LPA3主要在腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)，在腎小球中極少表達(dá)。然而，在eNOS-/-db/db小鼠的腎小球中，LPA1和LPA3表達(dá)均增加。用nephrin(足細(xì)胞標(biāo)志物)進(jìn)行雙重免疫熒光染色表明，腎小球中LPA1和LPA3的表達(dá)增加主要發(fā)生在足細(xì)胞，但也存在于其他腎小球細(xì)胞類型。而通過BMS002(LPA1/LPA3拮抗劑)處理，可明顯減輕小鼠足細(xì)胞損傷。因此，推測LPA/LPA1可能參與介導(dǎo)足細(xì)胞損傷而在DKD進(jìn)展中發(fā)揮作用，但由于相關(guān)報(bào)道有限，仍需進(jìn)一步探討其具體機(jī)制。

2.3 LPA/LPA1信號通路與纖維化 纖維化可被看作是一個(gè)不受控制的愈合過程，其導(dǎo)致ECM的過度聚積。各種刺激(感染、自身免疫反應(yīng)、機(jī)械損傷等)可導(dǎo)致組織損傷，從而產(chǎn)生修復(fù)過程替換受損細(xì)胞。在慢性組織損傷中，促纖維化介質(zhì)持續(xù)產(chǎn)生會導(dǎo)致不受控制的愈合過程，與過度ECM重塑相關(guān)的結(jié)締組織替代受損細(xì)胞，最終導(dǎo)致瘢痕形成[14]。

2.4 LPA/LPA1信號通路與炎性反應(yīng)、氧化應(yīng)激 慢性低度炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)在DKD發(fā)病機(jī)制中起著至關(guān)重要的作用。據(jù)報(bào)道，DKD患者的腎臟組織中存在炎性細(xì)胞浸潤以及細(xì)胞黏附分子、趨化因子和促炎細(xì)胞因子的表達(dá)增加[19]。此外，氧化應(yīng)激在DKD的發(fā)生和發(fā)展中也起重要作用。過度的氧化應(yīng)激激活多種細(xì)胞內(nèi)信號通路，刺激轉(zhuǎn)錄因子，從而導(dǎo)致ECM沉積增加，基質(zhì)降解減少，最終導(dǎo)致腎小球硬化和腎臟纖維化[20]。Toll樣受體(TLRs)是一類模式識別受體，介導(dǎo)炎性反應(yīng)和免疫反應(yīng)，TLR4通常由免疫細(xì)胞中的脂多糖或非免疫細(xì)胞中的內(nèi)源性配體(如熱休克蛋白)激活。核因子-κB是TLR4信號通路的下游效應(yīng)蛋白，是一種核轉(zhuǎn)錄因子，可介導(dǎo)多種炎性反應(yīng)過程[21-22]。據(jù)報(bào)道，TLR4/核因子-κB信號通路與糖尿病和DKD的進(jìn)展有關(guān)[23]。活性氧簇是氧化應(yīng)激的關(guān)鍵物質(zhì)，NADPH氧化酶是在各種病理?xiàng)l件下產(chǎn)生活性氧簇的重要酶促來源，而研究發(fā)現(xiàn)，TLR4也可以激活NADPH氧化酶，從而導(dǎo)致活性氧簇產(chǎn)生[20,24]。Lee等[25]研究發(fā)現(xiàn)，在SV40 MES13細(xì)胞以及糖尿病小鼠腎臟中，LPA處理增加了TLR4和NADPH氧化酶的表達(dá)，進(jìn)而增加活性氧簇的產(chǎn)生。LPA誘導(dǎo)的炎性反應(yīng)因子和纖維化因子的表達(dá)由TLR4和NADPH氧化酶介導(dǎo)。在鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腎臟中，LPA1的表達(dá)與氧化應(yīng)激呈正相關(guān)。而特異性LPA1拮抗劑AM095，通過抑制TLR4/核因子-κB和NADPH氧化酶系統(tǒng)，從而抑制糖尿病小鼠腎臟組織炎性反應(yīng)信號級聯(lián)反應(yīng)，有效預(yù)防DKD的發(fā)病，提示LPA1拮抗劑可能為DKD潛在的治療靶點(diǎn)。目前關(guān)于LPA/LPA1在DKD炎性反應(yīng)與氧化應(yīng)激方面的報(bào)道有限，未來有待更全面的研究。

3 LPA/LPA1信號通路與DKD在臨床方面的進(jìn)展

在臨床研究方面，Shimizu等[26]通過回顧性、單中心隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病合并DKD患者的血清ATX(一種產(chǎn)生LPA的酶)水平與蛋白尿和DKD有關(guān)。而Saulnier-Blache等[27]發(fā)現(xiàn)，DKD患者尿液中LPA含量增加，說明其參與人類DKD的發(fā)生。Michalczyk等[17]研究發(fā)現(xiàn)，慢性腎臟疾病患者中，進(jìn)行保守治療、腹膜透析以及接受腎移植患者的血漿LPA水平與健康志愿者相比明顯升高，證實(shí)慢性腎臟疾病與血漿LPA水平升高有關(guān)。然而，在DKD中尚未查閱到關(guān)于血液LPA水平的定量信息。

4 結(jié)語

LPA/LPA1信號通路可能通過調(diào)節(jié)系膜細(xì)胞增殖、纖維化、足細(xì)胞損傷、炎性反應(yīng)及氧化應(yīng)激等過程參與DKD的進(jìn)展。盡管LPA/LPA1通路在DKD發(fā)病的具體分子機(jī)制有待深入研究，LPA/LPA1通路對于進(jìn)一步理解DKD的發(fā)病機(jī)制具有重要意義，它可能成為DKD治療的新靶點(diǎn)。