氧化應(yīng)激在糖尿病腎病中的作用及抗氧化治療研究進(jìn)展

河北北方學(xué)院藥學(xué)系，河北省神經(jīng)藥理學(xué)重點實驗室，張家口，075000，中國

糖尿病難以根治的根本原因在于其有諸多的并發(fā)癥。糖尿病腎?。╠iabetic kidney disease，DKD）是糖尿病病人最常見也是最主要的并發(fā)癥之一，主要特征表現(xiàn)為組織水腫、白蛋白尿、高血壓和腎功能不全等腎臟病變，是病情加重為終末期腎臟?。茨I衰竭）的第二原因［1］。大量臨床研究表明，其在糖尿病患者中的出現(xiàn)幾率約為20%～40%［2］，在全球范圍內(nèi)都有著極高的發(fā)病率和致死率。根據(jù)其病程和病理生理過程糖尿病腎病一般可分為五期：①第Ⅰ期：腎小球功能亢進(jìn)、超濾過，腎體積擴增；②第Ⅱ期：腎小球毛細(xì)血管基底膜（glomerular basement membrane，GBM）增厚，腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）有所提升，不定時少量白蛋白尿；③第Ⅲ期：初始DKD，每天持續(xù)性產(chǎn)生蛋白尿，同時白蛋白尿也呈逐漸增加的趨勢，GFR提升；④第Ⅳ期：Overt DKD，持續(xù)性蛋白尿（＞0.5 g·24 h-1），高血壓造成GFR降低；⑤第Ⅴ期：終末期腎衰竭［3］。其中第Ⅰ期和第Ⅱ期一般是可逆的，第Ⅳ和第Ⅴ期不可逆。糖尿病會破壞機體的腎微血管系統(tǒng)，從微小的腎小球逐漸破環(huán)，再到腎間質(zhì)直至整個腎臟。糖尿病腎病在腎小球上發(fā)生的標(biāo)志性病理變化包括內(nèi)皮細(xì)胞的增生、GBM增厚、足細(xì)胞數(shù)目的變化、足突的廣泛融合乃至足細(xì)胞的凋亡。糖尿病腎病發(fā)病進(jìn)展除了與腎小球改變有關(guān)，還與腎小管間質(zhì)改變有巨大的關(guān)聯(lián)。糖尿病腎病的發(fā)病原因和致病機制還未完全研究透徹，目前眾多學(xué)者認(rèn)為［4］有多種因素共同參與，在一定的自身和環(huán)境因素共同作用下致病，包括但不僅限于遺傳因素、炎癥機制、糖代謝紊亂、血流動力學(xué)改變、細(xì)胞因子和氧化應(yīng)激等多種因素［5］。實驗研究發(fā)現(xiàn)許多抗氧化應(yīng)激物質(zhì)對DKD的發(fā)展起到了預(yù)防、延緩甚至是治療的作用，針對抗氧化應(yīng)激治療的研究越來越多，抗氧劑越來越受到研究學(xué)者們的重視。

1 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激（oxidation stress，OS）這一概念初次是由美國學(xué)者R S.Sohalzai在1990年提出來的。后來明確規(guī)定為機體在內(nèi)外環(huán)境不利因素的刺激下所產(chǎn)生的一種應(yīng)激反應(yīng)，結(jié)果造成機體自身產(chǎn)生細(xì)胞和組織層面損傷的病理生理反應(yīng)。該損傷產(chǎn)生的原因在于體內(nèi)產(chǎn)生了過多的、超出自身清除程度的、嚴(yán)重影響自身氧化平衡的氧化應(yīng)激高分子活性產(chǎn)物。該產(chǎn)物一般包括活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）和活性氮自由基（reactive ntrogen species，RNS）。由于它們可以直接或間接造成細(xì)胞膜的損傷，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)變性，甚至損傷胞內(nèi)的DNA等大分子造成基因突變，因而被公認(rèn)為是機體衰老和一些嚴(yán)重疾病如癌癥、動脈粥樣硬化、消化系統(tǒng)疾病、老年癡呆癥和糖尿病等最重要的影響因素之一。

機體內(nèi)重要的抗氧化系統(tǒng)包括酶類抗氧化系統(tǒng)、非酶類抗氧化系統(tǒng)和抗氧化修復(fù)系統(tǒng)，三大系統(tǒng)都包含多種抗氧化活性成分。這些系統(tǒng)存在的意義是能夠及時、迅捷地清除機體細(xì)胞組織中多余的ROS和RNS。機體正常狀態(tài)下，體內(nèi)的氧化和抗氧化系統(tǒng)會保持一種動態(tài)平衡。氧化和抗氧化系統(tǒng)的平衡穩(wěn)定一方面使氧化應(yīng)激反應(yīng)適度進(jìn)行，滿足機體的正常需要；另一方面是為了防止反應(yīng)生成的多余的氧化產(chǎn)物對機體產(chǎn)生損傷。當(dāng)機體受到刺激，內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)紊亂，抗氧化活性成分不足以應(yīng)對時，就會造成平衡失調(diào)，氧化產(chǎn)物過度產(chǎn)出，進(jìn)而引起細(xì)胞和組織的損傷，影響整個機體的生理健康。ROS主要由線粒體產(chǎn)出，由線粒體內(nèi)膜的呼吸鏈底物端電子傳遞復(fù)合物時傳導(dǎo)產(chǎn)生。機體長時間處于高糖狀態(tài)就一種會導(dǎo)致線粒體損傷的不良刺激，這種情況下機體就容易產(chǎn)生過量的ROS，造成體內(nèi)高活性分子大量蓄積。高活性分子可以通過多種途徑直接或間接導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)變性、脫氧核糖核酸和脂質(zhì)的氧化損傷，最終導(dǎo)致機體細(xì)胞和組織的損傷［6］。大量實驗研究表明，在糖尿病腎病的發(fā)病過程中，氧化應(yīng)激處于非常重要的地位。

2 氧化應(yīng)激在糖尿病腎病中的作用

2.1 糖尿病誘導(dǎo)氧化應(yīng)激產(chǎn)生

糖尿病的主要表現(xiàn)形式為長時間的血糖升高，當(dāng)機體細(xì)胞堆積了大量的葡萄糖時，細(xì)胞就會進(jìn)行無氧糖酵解反應(yīng)，胞內(nèi)葡萄糖與DNA等分子發(fā)生一系列特殊反應(yīng)，造成晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）大量生成。AGEs可以與其受體結(jié)合，誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)信號傳遞，導(dǎo)致氧化應(yīng)激的增強［7］。作為山梨醇通路底物的葡萄糖也可激活多元醇通路，使得山梨醇等產(chǎn)物過量增多，造成細(xì)胞滲透壓的升高，使細(xì)胞吸水脹裂造成損傷；山梨醇增多還會氧化還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH），使機體氧化還原反應(yīng)不穩(wěn)，使得ROS產(chǎn)生過剩，導(dǎo)致氧化應(yīng)激增強。多元醇通路的激活還會導(dǎo)致與氧化應(yīng)激有關(guān)的NADPH 氧化酶和一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）等酶活性升高，破壞氧化平衡，使ROS過量產(chǎn)生。ROS生成的來源還包括線粒體呼吸鏈，主要來源于其中的單胺氧化酶、呼吸鏈復(fù)合體Ⅲ到Ⅳ的轉(zhuǎn)變。葡萄糖有氧氧化過程中，呼吸鏈經(jīng)電子形式傳遞還原氧，在線粒體復(fù)合物轉(zhuǎn)化過程中，呼吸鏈底物端會發(fā)生電子泄露現(xiàn)象，漏出的電子與細(xì)胞中游離氧分子反應(yīng)結(jié)合生成超氧陰離子，進(jìn)而導(dǎo)致ROS過量生產(chǎn)［8］。糖尿病的高血糖環(huán)境中，以糖代謝紊亂為主，炎癥反應(yīng)等多因素為輔的綜合作用下，使得組織細(xì)胞中活潑的ROS產(chǎn)生過剩，破壞了腎組織的動態(tài)平衡，不穩(wěn)定的ROS還會與胞質(zhì)內(nèi)DNA等多種分子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，使得細(xì)胞信號通路被進(jìn)一步刺激而激活，造成腎組織學(xué)的發(fā)生改變和功能的異常，使氧自由基的增加速度大于人體的抗氧化能力，造成氧化應(yīng)激狀態(tài)。

糖代謝紊亂機制一般包括蛋白激酶C（protein kinase C，PKC） 通路，多元醇通路和糖基化終末產(chǎn)物AGEs［9］。高血糖環(huán)境下，二酰甘油升高，從而使PKC通路激活，從而誘發(fā)ROS等高活性分子大量生成，通過誘導(dǎo)合成酶發(fā)生解偶聯(lián)，引起內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，從而影響GFR；還可增加血管通透性，加速腎小球損傷。多元醇通路和AGEs的路徑也可以產(chǎn)生ROS，并與本身作用進(jìn)一步加深氧化應(yīng)激［10］。

2.2 氧化應(yīng)激直接導(dǎo)致糖尿病腎損傷

2.2.1 氧化應(yīng)激與腎間質(zhì)損傷

ROS可以直接或間接引起腎間質(zhì)損傷及其纖維化［11］。一方面，過多的ROS可以導(dǎo)致腎組織中致纖維化因子大量產(chǎn)出，使肺間質(zhì)纖維化；另一方面，過高血糖使得血管運氧能力大幅下降，造成腎小管、間質(zhì)的損傷［12］。此外，體內(nèi)適度的活性氧可以保持缺氧誘導(dǎo)因子（hypoxia inducible factor，HIF）的穩(wěn)定。但是，過量的ROS會破環(huán)HIF的穩(wěn)定性，導(dǎo)致其對缺氧的反應(yīng)程度變?nèi)酰M(jìn)而導(dǎo)致腎小管間質(zhì)的低氧損傷。

2.2.2 氧化應(yīng)激與腎小球損傷

葡萄糖代謝紊亂引起的ROS過量產(chǎn)生可誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞凋亡，影響GFR，增加腎小球血管的通透性，形成腎小球損傷。

2.2.3 氧化應(yīng)激與糖尿病腎病足細(xì)胞損傷

足細(xì)胞即腎小囊臟層上皮細(xì)胞，它附著于GBM的外側(cè)，連同血管內(nèi)皮細(xì)胞和腎小球基膜一起構(gòu)成了腎小球血液濾過屏障，屬于終末分化的細(xì)胞［13］。糖尿病腎病患者早期過剩的活性氧、氧化應(yīng)激狀態(tài)都可以使得足細(xì)胞受到損傷，使其形態(tài)和功能發(fā)生改變。其病理生理學(xué)特征包括大量蛋白尿的產(chǎn)生、足細(xì)胞增生、足突廣泛融合以及退行性病變。在高糖刺激后，機體產(chǎn)生的ROS會直接導(dǎo)致足細(xì)胞的損傷［14］。當(dāng)患者體內(nèi)ROS水平明顯升高時，其與脂質(zhì)代謝紊亂一起造成糖尿病患者腎功能的損害。另外當(dāng)脂質(zhì)過氧化出現(xiàn)脂質(zhì)自由基，導(dǎo)致高水平ROS誘導(dǎo)肌動蛋白重新排列，足細(xì)胞的足突融合，腎小球濾過功能出現(xiàn)明顯障礙。還有動物模型實驗發(fā)現(xiàn)［15］，過剩的ROS可以誘使足細(xì)胞發(fā)生凋亡，發(fā)生凋亡的足細(xì)胞從基膜脫落，使得腎小球數(shù)目發(fā)生改變，影響了腎小球血液濾過屏障的完整性，使得大量血漿蛋白濾液泄露，進(jìn)而導(dǎo)致了大量蛋白尿的形成。此外，ROS參與到了破壞足細(xì)胞繁殖、再生的修復(fù)過程，這同樣也影響了腎小球濾過膜的完整性。Wang等［16］用實驗證明抑制線粒體氧化損傷，可消除ROS，從而阻止足細(xì)胞損傷和凋亡信號的傳導(dǎo)。

2.3 炎癥和氧化應(yīng)激與糖尿病腎病的關(guān)系

炎癥機制也是DKD的重要發(fā)病機制之一，它不僅可以造成直接損傷，還可與氧化應(yīng)激產(chǎn)生協(xié)同作用共同作用于機體自身。二者同時存在，相互作用，共同致病。炎性分子可誘導(dǎo)ROS的過量產(chǎn)生，ROS也可以介導(dǎo)腎臟炎癥的發(fā)生并加速糖尿病腎病的發(fā)展，通過誘導(dǎo)炎性細(xì)胞因子的產(chǎn)生而導(dǎo)致炎癥反應(yīng)增加。并非所有炎性分子都與氧化應(yīng)激相關(guān)，有關(guān)的分子一般包括C-反應(yīng)蛋白（C-reactive protein，CRP）、核因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）、白介素-18（interleukin-18，IL-18）等［17］。

CRP是一類參與全身大部分炎癥反應(yīng)的急性蛋白，一般處于血漿中。它由處于不利狀態(tài)下機體的肝細(xì)胞產(chǎn)生，是反映組織損傷后發(fā)生炎性反應(yīng)及修復(fù)的一類因子［18］。CRP可激活補體破壞血管內(nèi)皮細(xì)胞功能，介導(dǎo)參與氧化應(yīng)激，降低一氧化氮合酶的活性，致使ROS生產(chǎn)過量；還會誘導(dǎo)細(xì)胞產(chǎn)生并表達(dá)各種造成組織、細(xì)胞損傷的炎性分子，如TNF，從而導(dǎo)致DKD的形成。有臨床研究，通過特定的蛋白分析儀器，對不同時間段，不同狀態(tài)下的患者和正常對照患者的CRP進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)CRP與糖尿病腎病有顯著的相關(guān)性［19］。另有研究采用免疫熒光雙抗體夾心法對早期DKD、臨床DKD及健康人的CRP和蛋白尿水平進(jìn)行檢測，結(jié)果得出CRP、蛋白尿測定與早期DKD并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展有巨大的聯(lián)系，可以作為DKD的預(yù)防和治療觀察指標(biāo)［20］。

NF-κB是一類可介導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄的重要炎性因子，對于機體的炎癥反應(yīng)有重大的作用。此外，對于氧化應(yīng)激反應(yīng)，它也起到了不可忽視的作用。NF-κB具有高度的氧化還原敏感性，在ROS和炎癥之間具有重要作用［21］。NF-κB能使氧化應(yīng)激發(fā)生的主要原因是其介導(dǎo)的NF-κB信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路刺激細(xì)胞，導(dǎo)致ROS的產(chǎn)出超出清除能力，導(dǎo)致機體氧化損傷。氧化應(yīng)激的細(xì)胞內(nèi)主要作用靶點是NF-κB信號途徑的激活。ROS作為高分子、活性分子可對某些細(xì)胞基因進(jìn)行誘導(dǎo)表達(dá)。氧化應(yīng)激發(fā)生時，ROS可調(diào)控激活NF-κB，誘導(dǎo)基因引發(fā)細(xì)胞凋亡，誘使炎性分子增多；炎性分子又可進(jìn)一步激活NF-κB，二者相互刺激、誘導(dǎo)，使得炎癥信號一直維持在一個高水平狀態(tài)，且延長了作用時間，更加重了氧化應(yīng)激反應(yīng) 的發(fā)生［22］。

IL-18是一種能在炎癥和免疫應(yīng)答中起重要作用的前炎性細(xì)胞因子。其主要通過促進(jìn)炎癥，協(xié)同氧化應(yīng)激反應(yīng)參與DKD等糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展［23］。研究發(fā)現(xiàn)，IL-18可通過NF-κB胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑對近端腎小管上皮細(xì)胞進(jìn)行誘導(dǎo)，使之發(fā)生分化，進(jìn)而導(dǎo)致尿蛋白排泄率增加，使腎間質(zhì)纖維化。此外，它在肺纖維化方面的機制也與之類似［24］。IL-18是一種多功能細(xì)胞因子，能夠誘導(dǎo)T細(xì)胞進(jìn)行大量增殖，其也能在NK細(xì)胞和中性粒細(xì)胞中發(fā)揮作用，誘導(dǎo)產(chǎn)生中性粒細(xì)胞趨化因子IL-28、TNF-α以及和氧化應(yīng)激有關(guān)的一氧化氮等細(xì)胞因子產(chǎn)生，增強Fas介導(dǎo)的細(xì)胞凋亡。NO細(xì)胞因子的誘導(dǎo)產(chǎn)生，導(dǎo)致了氧化應(yīng)激的加重；氧化應(yīng)激的加重又使得IL-18的數(shù)目進(jìn)一步上升。有臨床實驗對照研究表明了IL-18在DKD中的相關(guān)性［25］。

2.4 高糖引起腎血流動力學(xué)改變導(dǎo)致氧化應(yīng)激損傷腎功能

高血糖或脂代謝紊亂狀態(tài)下，系膜毛細(xì)血管滲漏，系膜細(xì)胞基質(zhì)增多，蛋白蓄積，使得腎臟入球小動脈及出球小動脈血管壁增厚，塑性降低，使得腎臟產(chǎn)生高濾過、高灌注、血管高壓的狀態(tài)，從而引起腎小球血流動力學(xué)的改變［26］。Peng等［27］研究發(fā)現(xiàn)，高血糖條件下大鼠模型中的血管緊張素Ⅱ增加，從而激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，并通過產(chǎn)生大量的ROS和血漿內(nèi)皮素，使得基膜的脂質(zhì)發(fā)生過氧化及發(fā)生蛋白質(zhì)沉積。關(guān)鍵機理是腎內(nèi)血管阻力下降，且出球小動脈阻力下降的幅度低于入球小動脈的下降幅度，以致于單個腎單位血流量增多［28］。芝敏［29］通過對動物實驗?zāi)Ｐ妥⑸渎輧?nèi)酯驗證了腎血流動力學(xué)改變對氧化衰老損傷的干預(yù)。

3 抗氧化在治療糖尿病腎病中的應(yīng)用

雖然DKD發(fā)病機制眾多，但氧化應(yīng)激在其中卻有著不可替代的作用。近年來，抗氧化劑如維生素C（vitamin C，Vc）、維生素E（vitamin E，Ve）、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（angiotensin-converting enzyme inhibitor，ACEI）、醛固酮受體拮抗劑、硫辛酸等的研究與應(yīng)用對緩解治療糖尿病腎病發(fā)展皆有一定的幫助，對以后更好治療DKD提供了幫助。

3.1 Vc與Ve

Vc又稱抗壞血酸，它和Ve是人們目前所應(yīng)用最廣泛且最重要的兩大抗氧化劑。Abiko T等將Vc和Ve對處于糖尿病腎病的大鼠動物實驗?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行治療時，發(fā)現(xiàn)可導(dǎo)致一些重要診斷指標(biāo)，如NF-κB下降，甚至恢復(fù)正常［30］。此外，還有報道指出二者的獨自或聯(lián)合用藥還可改善糖尿病并發(fā)癥的早期改變，如血漿、尿及循環(huán)細(xì)胞中的氧化應(yīng)激標(biāo)志物［31］。

3.2 ACEI和醛固酮受體拮抗劑

由于高糖環(huán)境的作用，引起機體腎血流動力學(xué)的改變，使得腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)得以激活，血管緊張素和醛固酮大量產(chǎn)生，造成機體進(jìn)入氧化應(yīng)激狀態(tài)。ACEI和醛固酮受體拮抗劑可以通過有效抑制系統(tǒng)激活酶的活性從而降低氧化應(yīng)激的發(fā)生。大量研究表明，二者在預(yù)防DKD的發(fā)生方面有奇效［32］。此外，劉小娟等［33］實驗指出醛固酮受體拮抗劑也可通過抑制ROS的產(chǎn)生來減少足細(xì)胞的損傷，從而達(dá)到治療糖尿病腎病的目的。

3.3 硫辛酸

硫辛酸是產(chǎn)自于線粒體內(nèi)的天然強效抗氧化劑，其能通過參與多種代謝途徑來清除體內(nèi)過多的ROS，且能還原其他抗氧化劑來保護(hù)機體免受氧化應(yīng)激的傷害［34］。硫辛酸還有萬能抗氧劑之稱，其原因在于它的氧化形式以及還原形式均能改善DKD的癥狀［35］。硫辛酸還可通過增強細(xì)胞運輸功能來減少胞質(zhì)內(nèi)葡萄糖的堆積，進(jìn)而避免造成氧化應(yīng)激狀態(tài)。張繼剛等［36］通過臨床藥物研究證實了硫辛酸對2型糖尿病早期腎病具有良好的治療效果。除了直接抗氧化外，硫辛酸還可通過降低炎癥分子水平，間接地對抗氧化應(yīng)激的失調(diào)［37］。

3.4 其他抗氧劑

其他抗氧劑，如鈣離子拮抗劑、PKC抑制劑、噻唑烷二酮類藥物，均可降低氧化應(yīng)激對機體的損害［38］。近年來，中藥制劑迅速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)許多中藥提取物也有很好的抗氧化效果，如銀杏葉提取物、蘑菇提取物、黃芪等。通過對銀杏葉的提取，并與Vc進(jìn)行抗氧化活性對照，發(fā)現(xiàn)其有良好的抗氧化活性［39］。此外，通過對大鼠進(jìn)行實驗研究發(fā)現(xiàn)，中藥復(fù)方制劑糖腎方對DKD有很好的治療效果［40］。

氧化應(yīng)激在糖尿病患者體內(nèi)的產(chǎn)生是多樣的，它通過多種途徑直接或間接作用于腎臟，因此抗氧化治療不失為一種治療DKD的重要手段。隨著對DKD的不斷研究，多種抗氧化藥物已在動物實驗或臨床研究方向取得重大成果。雖然目前有多種治療糖尿病腎病的方法，但仍有很大的復(fù)發(fā)風(fēng)險。傳統(tǒng)的治療只是在表觀層次進(jìn)行治療，經(jīng)過廣大研究者的努力，治療研究有了很大的進(jìn)展，出現(xiàn)了一批以靶向藥物為代表的新型的治療糖尿病腎病的方法。目前靶向治療糖尿病腎病的主要研究方向為靶向減少氧化應(yīng)激的產(chǎn)生途徑和靶向?qū)鼓I損傷，包括干預(yù)氧化應(yīng)激通路靶向治療糖尿病腎病、靶向干預(yù)治療足細(xì)胞等等。期待未來會有更多、更安全、更有效的新型的治療糖尿病腎病的藥物和治療方法出現(xiàn)。