糖尿病腎病影響因素及相關(guān)信號(hào)通路研究進(jìn)展

李東哲，王丹丹，蔡 明，田 甜，楊東浩，張 宏

（石家莊醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校，河北石家莊 050500）

糖尿病腎?。―iabetic nephropathy，DN）是糖尿病眾多并發(fā)癥之一，如不積極治療，最終可進(jìn)展為終末期腎?。‥nd stage renal diseases，ESRD）。在西方國(guó)家，DN居ESRD原發(fā)疾病之首，約占25%～42%，我國(guó)約占6%～10%[1]。DN是發(fā)達(dá)國(guó)家ESRD行腎替代治療的最主要原因，也正在成為包括我國(guó)在內(nèi)的發(fā)展中國(guó)家ESRD的首位病因。DN是糖尿病微血管并發(fā)癥之一，亦是糖尿病患者主要的死亡原因。隨著糖尿病治療的不斷改進(jìn)，糖尿病急性并發(fā)癥的發(fā)病率已顯著下降，然而糖尿病的各種慢性并發(fā)癥，包括DN的發(fā)生率卻明顯增高。廣義的DN病變包括感染性病變和血管性病變，感染性病變有腎盂腎炎和腎乳頭壞死，血管性病變包括微血管病變和大血管病變，大血管病變包括腎動(dòng)脈硬化（累及腎動(dòng)脈主干及分支）和腎小動(dòng)脈硬化（累及入球和出球小動(dòng)脈），微血管病變是指腎小球硬化，分結(jié)節(jié)性、滲出性和彌漫性三種，其中最典型的是結(jié)節(jié)性腎小球硬化。DN具體的病因和發(fā)病機(jī)制尚不清楚，目前認(rèn)為系多因素參與，在一定的遺傳背景及部分危險(xiǎn)因素的共同作用下致病。因此，進(jìn)一步探討DN的發(fā)病機(jī)制及尋求有效的防治方法具有十分重要的意義。本文就糖尿病腎病的影響因素及相關(guān)信號(hào)通路研究進(jìn)行綜述。

1 糖尿病腎病的影響因素

1.1 腎臟血流動(dòng)力學(xué)異常

近年來(lái)，許多動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床研究均提示，腎小球血流動(dòng)力學(xué)改變?cè)贒N的發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用，甚至可能是DN的始動(dòng)因素。高血糖可使糖尿病患者毛細(xì)血管持續(xù)性擴(kuò)張，導(dǎo)致腎小球毛細(xì)血管基底膜增厚、內(nèi)皮損傷，腎動(dòng)脈及其分支硬化，彈性阻力增加及血管管腔閉塞，導(dǎo)致腎臟各級(jí)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)改變，造成腎小球?yàn)V過(guò)率增加。持續(xù)的腎小球高灌注、高濾過(guò)，可損害腎小球，加速腎小球硬化和腎功能衰竭，促使DN的形成。

1.2 糖代謝紊亂

大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)，高血糖可引起一系列的代謝紊亂，包括蛋白質(zhì)的非酶糖化、葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白失調(diào)、多元醇通路激活、氧化應(yīng)激和二?；视?蛋白激酶C（DAG-PKC）通路的激活等。高血糖導(dǎo)致的代謝紊亂可促使腎小球基底膜增厚和細(xì)胞外基質(zhì)（Extracellular matrix，ECM）聚集，從而導(dǎo)致腎臟纖維化，而腎臟纖維化是DN最重要的病理生理過(guò)程。

1.3 糖基化終末產(chǎn)物

近年的研究證明，蛋白質(zhì)、脂質(zhì)及DNA等與還原糖之間形成的非酶促糖基化終末產(chǎn)物（Advanced glycation end products，AGEs）參與了DN的發(fā)生發(fā)展[2]。長(zhǎng)期高血糖導(dǎo)致AGEs生成增多，AGEs能引起ECM中IV型膠原、層黏蛋白和玻璃體結(jié)合蛋白等發(fā)生質(zhì)和量的改變，從而造成ECM積聚，而ECM積聚與DN的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。

1.4 細(xì)胞因子的作用

在DN發(fā)病的各種因素中，細(xì)胞因子發(fā)揮的作用涉及到DN發(fā)病過(guò)程中的許多方面，如ECM代謝、血流動(dòng)力學(xué)改變、細(xì)胞肥大和細(xì)胞增殖等。糖尿病發(fā)生時(shí)，各種細(xì)胞因子的表達(dá)受AGEs、胰島素和血糖水平、蛋白激酶c（protein kinase C,PKC）活性、血管活性因子、脂蛋白和蛋白質(zhì)攝入量等因素的調(diào)節(jié)和控制，在上述因素的調(diào)節(jié)和控制下，細(xì)胞因子之間相互作用、影響，構(gòu)成了DN發(fā)病過(guò)程中復(fù)雜的細(xì)胞因子網(wǎng)絡(luò)[2]。

1.5 遺傳因素

DN為多環(huán)境因素與多基因共同作用下發(fā)生的疾病，盡管嚴(yán)格控制血壓、血糖，仍有約30%的糖尿病病人發(fā)生DN。Fogarty等[3]通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)性高血壓、尿白蛋白排泄率呈高度遺傳，二者呈正相關(guān)，提示二者可能共同擁有某種相同的遺傳因素。

2 參與DN發(fā)生發(fā)展的信號(hào)通路

DN發(fā)生發(fā)展的各種影響因素均通過(guò)一定的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路發(fā)揮作用，因此，對(duì)于信號(hào)通路的研究是探討DN發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵。

2.1 絲裂原活化蛋白激酶信號(hào)通路

絲裂原活化蛋白激酶（Mitogen activated protein kinase，MAPK）信號(hào)通路是由絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶組成的信號(hào)傳導(dǎo)通路，通過(guò)介導(dǎo)細(xì)胞外信號(hào)傳導(dǎo)到細(xì)胞內(nèi)，參與調(diào)控細(xì)胞分裂、分化遷移、代謝凋亡及基因表達(dá)等多種生物學(xué)效應(yīng)[4]。目前，MAPK信號(hào)通路在DN發(fā)生發(fā)展中研究較多的通路主要有：p38絲裂原活化蛋白激酶通路（p38MAPK）、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶（Extracellular regulated protein kinases，ERK1/2）通路、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路。

2.1.1 p38MAPK信號(hào)通路 p38MAPK信號(hào)通路是細(xì)胞信號(hào)傳遞的交匯點(diǎn)，其可被多種應(yīng)激刺激激活。研究表明，高糖環(huán)境下，MAP kinase kinase3/6/4（MKK3/6/4）作為p38MAPK上游激酶的激活劑，其表達(dá)水平升高可導(dǎo)致p38MAPK磷酸化[5]。p38MAPK磷酸化時(shí)，絲氨酸和蘇氨酸殘基上的轉(zhuǎn)錄因子激活肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C、轉(zhuǎn)錄激活因子-1（Activating transcription factor-1，ATF-1）和ATF-2，促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞產(chǎn)生纖連蛋白，加速ECM的聚集[6-8]。而抑制p38MAPK通路可減輕ECM聚集，進(jìn)而防止腎小球基底膜增厚，延長(zhǎng)DN的發(fā)展進(jìn)程[9]。還有研究提示[10]，高糖環(huán)境時(shí)，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)被激活，再通過(guò)p38MAPK信號(hào)通路誘發(fā)DN。此外，活化的p38MAPK通路也可通過(guò)炎癥反應(yīng)促進(jìn)DN的發(fā)生和發(fā)展。

2.1.2 ERK信號(hào)通路 ERK信號(hào)通路經(jīng)典的激活途徑為Ras-Raf-MEK-ERK，是目前研究最為詳盡的MAPK信號(hào)通路。ERK信號(hào)通路主要被各種生長(zhǎng)因子、離子射線、過(guò)氧化氫等磷酸化而激活進(jìn)入細(xì)胞核，作用于多種轉(zhuǎn)錄因子，參與細(xì)胞的增殖與分化。ERK信號(hào)通路亦參與了DN的發(fā)生與發(fā)展，并起重要作用。研究表明，除了細(xì)胞外刺激可以激活ERK信號(hào)傳導(dǎo)通路加速DN以外，ERK信號(hào)通路也可以以其它方式加速DN。ERK信號(hào)通路磷酸化細(xì)胞內(nèi)磷脂酶A2，以加速類花生酸和花生四烯酸的釋放，導(dǎo)致DN時(shí)的血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生改變[11]；ERK信號(hào)通路參與轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）信號(hào)級(jí)聯(lián)，導(dǎo)致MCs生長(zhǎng)和其它原代細(xì)胞功能的改變，并在腎纖維化中起作用。所有這些都是促進(jìn)DN發(fā)生與發(fā)展的重要因素。

2.1.3 JNK信號(hào)通路 MAPK、MAPK激酶（MAPKK）和MAPK激酶激酶（MAPKKK）是多級(jí)蛋白激酶級(jí)聯(lián)反應(yīng)中3個(gè)關(guān)鍵激酶[12]。JNK是3個(gè)激酶模塊的重要部分，MAPKKKs和MAPKKs屬于上游激酶，它們通過(guò)級(jí)聯(lián)式反應(yīng)依次磷酸化并激活JNK。JNK包含雙磷酸化功能區(qū)（由3種氨基酸Thr、Pro和Tyr組成），定位于胞質(zhì)。JNK通過(guò)磷酸化其氨基末端殘基被激活，激活的JNK從胞漿移位到細(xì)胞核中，并發(fā)揮作用。在2型糖尿病患者和糖尿病動(dòng)物模型中，MAPKKK主要通過(guò)環(huán)境應(yīng)激和炎性細(xì)胞因子使JNK被激活[13]，被激活的JNK磷酸化c-Jun蛋白Ser63和Ser73，從而通過(guò)轉(zhuǎn)錄機(jī)制進(jìn)入細(xì)胞核，調(diào)節(jié)激活蛋白-1的轉(zhuǎn)錄和表達(dá)。這些作用會(huì)導(dǎo)致胰島素抵抗和高血糖，從而促進(jìn)DN的進(jìn)展[14]。

2.2 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β信號(hào)通路

TGF-β是TGF-β超家族的核心成員，存在3種同型異構(gòu)體，分別為TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，在許多組織和器官中廣泛表達(dá)。TGF-β通過(guò)與細(xì)胞表面的受體結(jié)合，可將其下游分子激活，然后將信號(hào)從細(xì)胞表面?zhèn)鬟f至細(xì)胞核，從而抑制或激活相關(guān)靶基因的表達(dá)[15]，參與細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、凋亡、纖維化與創(chuàng)面修復(fù)等多種生物學(xué)過(guò)程。早期的一項(xiàng)研究表明，在高糖條件下培養(yǎng)的腎足細(xì)胞和db/db小鼠模型的腎臟組織中，TGF-β1的表達(dá)上調(diào)[16]。TGF-β1是一種強(qiáng)大的多功能細(xì)胞因子，在抑制ECM降解和加速ECM生成中發(fā)揮重要作用，而腎小球和間質(zhì)中ECM聚集，以及功能喪失的腎單位和炎性細(xì)胞浸潤(rùn)，是進(jìn)行性DN的常見(jiàn)病理特征[17]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和人體臨床試驗(yàn)證實(shí)了TGF-β1在腎纖維化中的重要作用[18]。上述研究結(jié)果均提示，TGF-β1信號(hào)通路在DN的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。

2.3 核因子-κB信號(hào)通路

核因子-κB（Nuclear factor-κB，NF-κB）能與免疫球蛋白κ輕鏈基因的增強(qiáng)子κB序列特異結(jié)合，是一個(gè)核轉(zhuǎn)錄因子蛋白家族。NF-κB包括5個(gè)亞單位：p65（RelA）、c-Rel、RelB、p50/p105（NF-κB1）、p52/p100（NF-κB2），可形成各種異源二聚體或同源二聚體。細(xì)胞在靜息狀態(tài)下，NF-κB與其抑制蛋白IκB（Inhibitor of NF-κB，IκB）形成復(fù)合體，以無(wú)活性的形式存在于胞漿中。當(dāng)受到細(xì)胞外信號(hào)刺激后，IκB激酶（IκB kinase，IKK）復(fù)合體活化，將IκB磷酸化，使NF-κB暴露核定位位點(diǎn)。游離的NF-κB迅速移位到細(xì)胞核，與特異性序列結(jié)合，誘導(dǎo)相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄[19]，從而參與包括細(xì)胞增殖、遷移、凋亡、分化、免疫和炎癥反應(yīng)在內(nèi)的許多細(xì)胞過(guò)程。

NF-κB信號(hào)通路是目前公認(rèn)的介導(dǎo)炎性反應(yīng)的主要信號(hào)通路，在DN、慢性炎癥和自身免疫性疾病等疾病的進(jìn)程中發(fā)揮著重要作用。Lee等[20]研究發(fā)現(xiàn)，DN時(shí)，腎小管間質(zhì)和腎小球細(xì)胞中NF-κBp65蛋白活性增加，MCP-1 mRNA表達(dá)上調(diào)。該項(xiàng)研究還發(fā)現(xiàn)，活化的NF-κB易位至細(xì)胞核，并觸發(fā)其靶基因，包括其下游炎癥介質(zhì)的表達(dá)，從而誘導(dǎo)持續(xù)性炎癥反應(yīng)增強(qiáng)，導(dǎo)致過(guò)度的FN產(chǎn)生和ECM聚集，因此認(rèn)為NF-κB信號(hào)通路在DN發(fā)生與發(fā)展的作用機(jī)制中起到了重要作用。

2.4 Wnt信號(hào)通路

Wnt信號(hào)通路是控制調(diào)節(jié)細(xì)胞生長(zhǎng)與增殖的關(guān)鍵途徑，在腫瘤發(fā)生與胚胎發(fā)育中起著重要作用。Wnt是一種含有大量半胱氨酸殘基的分泌型糖蛋白，主要通過(guò)旁分泌或自分泌的方式激活其下游受體而發(fā)揮作用[21]，是一條高度保守的信號(hào)通路。該通路的主要成分有：β-環(huán)連蛋白（β-catenin）、T細(xì)胞因子/淋巴增強(qiáng)因子（T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF）轉(zhuǎn)錄因子家族和Wnt蛋白家族等[22]。Surendran等[23]在研究腎臟纖維化的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，在腎臟組織里，存在于Wnt信號(hào)通路中的Wnt4、β-catenin、TCF的表達(dá)水平上調(diào)，而腹腔注射Wnt信號(hào)通路抑制劑重組人分泌型卷曲相關(guān)蛋白4后，間質(zhì)細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞中成纖維細(xì)胞數(shù)目減少，Wnt4、β-catenin、TCF的表達(dá)下調(diào)，腎纖維化被抑制，提示W(wǎng)nt信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路可能在腎臟纖維化中發(fā)揮重要作用，而腎臟纖維化是DN的主要病理特征之一。

2.5 蛋白酪氨酸激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子信號(hào)通路

蛋白酪氨酸激酶/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)轉(zhuǎn)錄激活因子（Janus kinase/signaltransducer and activator of transcription，JAK/STAT）信號(hào)通路是一條由多種細(xì)胞因子共同激活的信號(hào)傳導(dǎo)通路，主要包含受體家族、JAK家族及STATs家族。其中JAKs蛋白是一種非受體型酪氨酸激酶，與白細(xì)胞介素、干擾素等細(xì)胞因子受體結(jié)合后被激活，激活的JAKs蛋白能進(jìn)一步激活STATs蛋白。STATs作為一種核轉(zhuǎn)錄因子，可與特定的含磷酸化酪氨酸的肽段結(jié)合，啟動(dòng)與細(xì)胞增殖及分化、遷移等相關(guān)的基因表達(dá)，進(jìn)而參與完成多種生理功能[24-25]。在高糖環(huán)境下，生長(zhǎng)因子、細(xì)胞因子、血管緊張素II（Angiotensin II，AngII）[26-27]、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增加，或其它上游信號(hào)，都能誘導(dǎo)JAK/STAT信號(hào)通路的激活[28]。其中JAK2受體與AngII結(jié)合后，使磷酸酶SHP-1的活性被抑制，并導(dǎo)致ROS生成增加，促進(jìn)JAK2磷酸化；磷酸化的JAK2將其下游的STAT（STAT1、STAT3、STAT5）進(jìn)一步激活[29]，同時(shí)引起細(xì)胞因子TGF-β的產(chǎn)生，激活TGF-β信號(hào)通路，使ECM成分表達(dá)增多，促使DN的發(fā)生和發(fā)展[30]。

2.6 Ras同源基因/Rho相關(guān)卷曲蛋白激酶信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路

Rho蛋白屬于Ras蛋白超家族中的成員，包括RhoA、RhoB、RhoC等。ROCK是目前研究最為清楚的Rho下游靶效應(yīng)分子，屬于絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族成員，由兩種同源異構(gòu)體構(gòu)成，即ROCK-1和ROCK-2。ROCK擁有多個(gè)下游磷酸化靶點(diǎn)，ROCK通過(guò)磷酸化其下游靶點(diǎn)并激活相應(yīng)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，從而完成一系列的生物學(xué)效應(yīng)，如信號(hào)傳導(dǎo)、細(xì)胞增殖、細(xì)胞黏附、抗凋亡及轉(zhuǎn)型等。高糖環(huán)境下，細(xì)胞內(nèi)甘油二酯（Diacylglycerol，DAG）的水平增加，進(jìn)而活化PKC，PKC通過(guò)磷酸化參與RhoA活化[31]。激活的RhoA刺激作為RhoA第一個(gè)下游靶標(biāo)的Ser/Thr激酶ROCK，形成完整的信號(hào)傳導(dǎo)途徑，從而促進(jìn)蛋白尿形成和足細(xì)胞凋亡。此外，Rho/ROCK信號(hào)通路激活時(shí)，RhoA增加，導(dǎo)致腎小球?yàn)V過(guò)率降低[32]，腎血流動(dòng)力學(xué)被破壞[33]，腎小球硬化加劇[34]，并增加ECM的聚集[35]。所有這些病理變化均參與了DN的發(fā)生和發(fā)展。

總之，不同的信號(hào)通路可通過(guò)不同的機(jī)制參與DN的發(fā)生和發(fā)展，這些信號(hào)通路在DN的發(fā)病中并不單獨(dú)存在，可通過(guò)相互作用、相互影響參與DN的進(jìn)程。

3 結(jié)語(yǔ)

DN是糖尿病常見(jiàn)的微血管并發(fā)癥之一，是糖尿病導(dǎo)致的腎臟損害。隨著糖尿病發(fā)病率的上升，DN患者亦逐漸增多，且至今尚未有特效藥物，針對(duì)DN的治療仍然是以預(yù)防為主。隨著對(duì)DN病因及發(fā)病機(jī)制的進(jìn)一步探索，DN的治療將受益于多種闡明的信號(hào)傳導(dǎo)通路及相關(guān)的基因和蛋白質(zhì)。因此，對(duì)于DN病因及發(fā)病機(jī)制的研究，對(duì)尋找DN有效的防治方法具有重要意義。