尾加壓素Ⅱ在糖尿病腎病發(fā)病中的作用機(jī)制研究進(jìn)展

鞠麗麗，方敬愛，常沁濤

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是以腎小球損害為特征的1型和2型糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥，是終末期腎病(end-stage renal disease，ESRD)的主要病因之一，其發(fā)病率逐年上升，已成為危害人類健康的危險性疾病。最近的研究表明，高達(dá)40%的糖尿病病人有發(fā)展成糖尿病腎病的風(fēng)險[1-2]。尾加壓素Ⅱ(urotensin Ⅱ，UⅡ)是一種具有強(qiáng)烈血管收縮效應(yīng)的血管活性肽，在腎臟廣泛分布。腎臟是人類和動物體內(nèi)UⅡ的主要來源，UⅡ受體(UT)在腎小管中表達(dá)[3]。Tian等[4]發(fā)現(xiàn)UⅡ及其受體在糖尿病腎病大鼠的腎組織中高度表達(dá)，表明UⅡ參與糖尿病腎病的發(fā)生與發(fā)展。本研究就近年來UⅡ在糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制中的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 UⅡ的生物學(xué)活性

UⅡ是一種由11個氨基酸組成的血管活性肽，最初是從硬骨魚的尾骺中分離出來，隨后在不同種類的魚、兩棲動物和人類中被發(fā)現(xiàn)，具有從魚類到哺乳動物高度保守的環(huán)狀六肽區(qū)域，是目前發(fā)現(xiàn)的最有效的血管收縮劑，在小鼠模型中，UⅡ的效力分別是血清素和內(nèi)皮素的660倍和16倍，最近發(fā)現(xiàn)UⅡ是一種新的G蛋白偶聯(lián)受體GPR-14(更名為尾加壓素受體)的配體[5-6]，該受體廣泛分布于中樞神經(jīng)系統(tǒng)、心血管系統(tǒng)、腎臟、膀胱、前列腺、肝臟和腎上腺等組織，此外，UⅡ受體特別在血管平滑肌、內(nèi)皮和心肌中高表達(dá)，在調(diào)節(jié)心血管內(nèi)穩(wěn)態(tài)方面起著關(guān)鍵作用。UⅡ和尾加壓素相關(guān)肽(URP)具有相同的環(huán)狀六肽區(qū)域，是UⅡ受體的內(nèi)源性選擇性配體。尿緊張素能系統(tǒng)的成分包括UⅡ、URP和UⅡ受體，廣泛表達(dá)于心血管、腎臟和內(nèi)分泌系統(tǒng)[7]。

UⅡ基因位于人類基因組1p36位，URP基因位于3q29位。URP的基因組效應(yīng)最終可以通過與人UⅡ受體的結(jié)合和激活來實現(xiàn)[8]，UⅡ和UⅡ受體結(jié)合的特點(diǎn)：特異性(UⅡ受體只能與UⅡ結(jié)合)；高親和力；結(jié)合速度緩慢；UⅡ與UⅡ受體結(jié)合介導(dǎo)的血管收縮反應(yīng)明顯慢于內(nèi)皮素-1(ET-1)所介導(dǎo)的反應(yīng)；UⅡ受體可因致病因素的影響而表現(xiàn)為上調(diào)和下調(diào)現(xiàn)象[9]。

作為一種調(diào)節(jié)因子，UⅡ在心血管疾病、代謝綜合征、急慢性炎癥、肝硬化、腎衰竭和糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。最初大多數(shù)對UⅡ的研究都集中在心血管系統(tǒng)，在心血管系統(tǒng)中，UⅡ被視為潛在的治療調(diào)節(jié)目標(biāo)，隨后發(fā)現(xiàn)UⅡ水平升高也與腎損害和糖尿病有關(guān)，UⅡ增加了腎臟鈉和水的排泄，并影響腎小球濾過率和尿液濃度[8]。UⅡ誘導(dǎo)劑量依賴性的血管收縮，這種作用主要通過細(xì)胞內(nèi)鈣的動員來傳遞[10]。在人類和其他動物中，腎臟是UⅡ的主要來源，而UⅡ受體在腎小管中表達(dá)，UⅡ內(nèi)源性張力的升高最近也被證明是導(dǎo)致大鼠腎功能惡化的原因之一[11]。

2 UⅡ與糖尿病腎病

糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，目前尚未完全闡明。Langham等[5]研究UⅡ及其受體在糖尿病腎病病人腎組織中的表達(dá)和定位時發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病病人UⅡ及其受體過度表達(dá)，配體基因表達(dá)增加45倍，受體表達(dá)增加近2 000倍。此外，免疫組織化學(xué)研究表明，糖尿病腎病病人活檢標(biāo)本中UⅡ肽和UⅡ受體均與腎小管上皮細(xì)胞結(jié)合，而在對照組織中均未檢測到UⅡ肽和UⅡ受體。有研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎臟中UⅡ及其受體的上調(diào)可能直接參與糖尿病腎病病人基質(zhì)擴(kuò)張的發(fā)病過程。UⅡ在糖尿病腎病腎臟組織中高表達(dá)，并隨著病變的加重表達(dá)增加，提示UⅡ可能在糖尿病腎病進(jìn)展過程中起著重要作用[12-14]。

2.1 UⅡ與腎血流動力學(xué) 腎臟是血管活性介質(zhì)的主要來源，包括血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)、前列環(huán)素(PGs)、內(nèi)皮素-1、緩激肽、血栓素和UⅡ，這些化合物可以通過內(nèi)分泌、自分泌或旁分泌的方式調(diào)節(jié)心血管和腎臟的動態(tài)平衡，因此，這些介質(zhì)及其受體的表達(dá)、功能和調(diào)節(jié)的改變是各種心血管和腎臟疾病的病理生理機(jī)制基礎(chǔ)[15]。UⅡ是迄今為止發(fā)現(xiàn)的最強(qiáng)的縮血管物質(zhì)，可通過促進(jìn)一氧化氮(NO)的合成來發(fā)揮擴(kuò)血管效應(yīng)。UⅡ具體發(fā)揮哪種效應(yīng)與UⅡ受體存在的部位有關(guān)，UⅡ若激活內(nèi)皮細(xì)胞，UⅡ受體則發(fā)揮擴(kuò)血管效應(yīng)，若激活血管平滑肌細(xì)胞，UⅡ受體則發(fā)揮縮血管效應(yīng)[16]。有研究發(fā)現(xiàn)，UⅡ?qū)用}和靜脈都有強(qiáng)烈的收縮作用，對動脈的收縮作用強(qiáng)于對靜脈的作用，收縮強(qiáng)度比既往認(rèn)為的最強(qiáng)縮血管物質(zhì)內(nèi)皮素要強(qiáng)得多[17]。然而，吳菲等[18]研究發(fā)現(xiàn)，UⅡ在Dahl鹽抵抗大鼠的高鹽負(fù)荷后(類似臨床上容量超負(fù)荷而血壓正常)的血壓調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用，具體機(jī)制可能與UⅡ?qū)π用}舒張作用及促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞對鈉的排泄有關(guān)。目前UⅡ?qū)δI動脈收縮或舒張的影響報道不一，可能取決于不同的病理狀態(tài)，有待進(jìn)一步研究。

2.2 UⅡ與氧化應(yīng)激 眾所周知，氧化應(yīng)激是糖尿病腎病發(fā)展的重要原因，在腎臟損害發(fā)生之前，氧化劑和抗氧化介質(zhì)之間存在失衡，并且氧化水平隨著疾病的進(jìn)展而增加[19]。還原型輔酶Ⅱ氧化酶(NOX)，特別是NOX4和最近發(fā)現(xiàn)的人類亞型NOX5，是腎臟中活性氧(ROS)的重要來源[20]。高血糖與各種糖尿病相關(guān)刺激因素，包括晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)、AngⅡ和轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)一起，參與增加各種NOX亞型的表達(dá)和活性，包括NOX1、NOX2、NOX4和NOX5，從而產(chǎn)生不必要的ROS，對腎組織造成氧化損傷[20]。在糖尿病腎病中，長期高糖狀態(tài)會使體內(nèi)ROS產(chǎn)生過多，NOX的表達(dá)增多，機(jī)體抗氧化能力下降，其氧化還原動態(tài)平衡失衡，進(jìn)而介導(dǎo)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致腎臟腎小球內(nèi)皮細(xì)胞受損，足細(xì)胞從腎小球毛細(xì)血管脫離，引起腎小球通透性增加。此外，高糖狀態(tài)還會破壞腎小管細(xì)胞基底側(cè)，導(dǎo)致腎小管結(jié)構(gòu)損傷，同時葡萄糖的過濾增加導(dǎo)致腎小管的葡萄糖負(fù)載量大量增加，引起葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白2(SGLT2)上調(diào)。 SGLT2 在葡萄糖吸收中發(fā)揮重要作用，SGLT2 上調(diào)和近端小管葡萄糖重吸收增加可導(dǎo)致相關(guān)的生長因子活化，繼而產(chǎn)生腎小管肥大，甚至出現(xiàn)腎小管細(xì)胞凋亡，造成腎臟損傷[21]。Tabur等[22]研究證明血清UⅡ水平升高與早期糖尿病腎病相關(guān)，相關(guān)性分析顯示，血漿UⅡ水平與總抗氧化物(TAS)、芳酯酶、氧磷酯酶-1(PON-1)水平呈負(fù)相關(guān)，與氧化應(yīng)激量(OSI)值呈正相關(guān)。多元Logistic回歸分析結(jié)果顯示，糖尿病病人微量白蛋白尿的發(fā)生與氧化應(yīng)激和血清UⅡ水平有關(guān)，除血清UⅡ水平外，氧化應(yīng)激增加也是早期糖尿病腎病發(fā)生的獨(dú)立危險因素，且氧化應(yīng)激是導(dǎo)致血清UⅡ水平升高的獨(dú)立危險因素。

2.3 UⅡ與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中起重要作用。糖尿病腎病的許多特征，如高血糖、蛋白尿、AGEs和游離脂肪酸的增加，都可以導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激[23]。Pang等[24]研究體內(nèi)和體外UⅡ在誘導(dǎo)糖尿病腎病內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ER應(yīng)激)和上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(EMT)中的作用，證實UⅡ可誘導(dǎo)糖尿病早期腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和EMT，增加細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，UⅡ在體外可能通過觸發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞EMT，這可能是糖尿病腎病腎纖維化發(fā)生發(fā)展的新的致病途徑，該研究還發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激標(biāo)志物葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78(GRP78)和C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(CHOP)在糖尿病腎病病人腎組織中高表達(dá)，尤其是在腎小管上皮細(xì)胞。UⅡ受體基因敲除不影響UⅡ受體基因敲除糖尿病病人UⅡ的表達(dá)，但UⅡ的作用依賴于UⅡ受體，UⅡ受體基因敲除可抑制糖尿病大鼠內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、EMT的上調(diào)和細(xì)胞外基質(zhì)的積累[24]。UⅡ可促進(jìn)人腎小管上皮細(xì)胞(HK-2)mRNA表達(dá)和GRP78、CHOP蛋白表達(dá)，誘導(dǎo)體外培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，并且作用于HK-2細(xì)胞可明顯增加EMT標(biāo)志物Alpha-SMA和FSP1的蛋白和mRNA表達(dá)，同時可抑制上皮細(xì)胞標(biāo)志物E-cadherin蛋白表達(dá)，此作用可被UⅡ受體拮抗劑阻斷[24]。北京大學(xué)第三醫(yī)院腎內(nèi)科研究團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)，糖尿病腎病腎穿刺病理切片中，UⅡ與其受體在腎小球僅有微弱表達(dá)，而在腎小管卻有很強(qiáng)的表達(dá)；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激的分子伴侶GPR78在腎小球也僅微弱表達(dá)，而在腎小管強(qiáng)表達(dá)；CHOP則只存在于腎小管上皮細(xì)胞，此兩者與UⅡ的表達(dá)密切相關(guān)，與尿蛋白排泄率和腎小球硬化及間質(zhì)纖維化密切相關(guān)；之后他們通過體外培養(yǎng)的HK-2細(xì)胞，加入不同濃度UⅡ刺激，發(fā)現(xiàn)HK-2細(xì)胞GRP78 mRNA及CHOP mRNA表達(dá)明顯增加，證實UⅡ確實能誘發(fā)腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，同時，還能誘發(fā)腎小管上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)換，且UⅡ誘發(fā)腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)換經(jīng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑[25]。

2.4 UⅡ與腎小管上皮細(xì)胞及細(xì)胞外基質(zhì) 糖尿病腎病一個典型特征是腎小球和腎小管間質(zhì)中細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)蛋白過度沉積，導(dǎo)致腎小球硬化和間質(zhì)纖維化，這是糖尿病腎病最典型的形態(tài)學(xué)改變[26]。AGEs通過上調(diào)腎小管上皮細(xì)胞因子的表達(dá)，刺激細(xì)胞外基質(zhì)的積聚，在糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮重要作用。已有研究表明，當(dāng)血液AGEs濃度升高時，近端腎小管可重新吸收大量AGEs。AGEs可能改變腎臟的結(jié)構(gòu)和功能，導(dǎo)致糖尿病病人腎小球高濾過、基底膜增厚、腎小球硬化和/或腎小管間質(zhì)纖維化[27]。UⅡ以自分泌和旁分泌的方式促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的合成，其作用機(jī)制包括蛋白激酶C(PKC)和細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)激酶(ERK)1/2通路的激活，以及通過電壓依賴性Ca2+通道的Ca2+內(nèi)流[27-28]。白瓊等[29]研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病腎病病人中，血、尿UⅡ水平均升高，兩者并無相關(guān)性；尿中UⅡ水平與尿中腎小管損傷標(biāo)志物獨(dú)立相關(guān)，表明腎內(nèi)UⅡ水平獨(dú)立于全身血循環(huán)水平，作用靶點(diǎn)可能在腎小管間質(zhì)，但其確切的關(guān)系和致病機(jī)制尚需進(jìn)一步研究。

2.5 UⅡ與腎小球系膜細(xì)胞 GMC增殖和細(xì)胞外基質(zhì)積聚是糖尿病腎病的早期特征之一。Ca2+水平影響GMC增殖和細(xì)胞外基質(zhì)積聚，Ca2+濃度的增加可以由細(xì)胞外Ca2+通過質(zhì)膜定位的Ca2+通透通道流入細(xì)胞或從細(xì)胞內(nèi)庫釋放Ca2+，或兩者兼而有之，Ca2+的變化通過調(diào)控蛋白將Ca2+敏感的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)機(jī)制(如蛋白磷酸化和去磷酸化)傳播到細(xì)胞核以影響基因轉(zhuǎn)錄，從而將Ca2+的變化轉(zhuǎn)變?yōu)樯锓磻?yīng)[30]。與許多其他類型的細(xì)胞一樣，Ca2+敏感的轉(zhuǎn)錄因子，如激活的B細(xì)胞的核因子κ輕鏈增強(qiáng)子，激活的T細(xì)胞的核因子，以及Ca2+/環(huán)磷酸腺苷(cAMP)反應(yīng)元件結(jié)合蛋白(CREB)控制著GMC存活。鈣通道阻滯劑抑制Ca2+升高，抑制GMC增殖和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白合成[30]。UⅡ能夠促進(jìn)體外高糖培養(yǎng)的腎小球系膜細(xì)胞纖連蛋白、Ⅳ膠原mRNA的表達(dá)[31]。張勇剛等[32]研究發(fā)現(xiàn)UⅡ能夠以濃度依賴的方式促進(jìn)腎系膜細(xì)胞3H-胸腺嘧啶(3H-TdR)摻入增加，促進(jìn)細(xì)胞增殖，該作用能夠分別被Ca2+通道阻斷劑NI、鈣調(diào)素激酶阻斷劑W7以及蛋白激酶C抑制劑H7所阻斷，提示凡影響胞漿Ca2+水平上的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，即L型鈣通道、CaM-PK以及蛋白激酶C都能夠影響對 GMC的促增殖效應(yīng)，即UⅡ能夠促進(jìn)體外培養(yǎng)的大鼠腎系膜細(xì)胞GMC增殖，提示UⅡ可能在腎小球炎癥與硬化等疾病的發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用。Soni 等[33]研究表明UⅡ誘導(dǎo)的Ca2+濃度升高刺激了GMC的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生，而且UⅡ是由GMCs在高糖條件下合成的，高糖誘導(dǎo)的GMC增殖和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白積聚至少部分依賴于UⅡ介導(dǎo)的Ca2+信號。

3 小結(jié)與展望

UⅡ在腎臟廣泛表達(dá)，在糖尿病腎病發(fā)病過程中發(fā)揮重要作用，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)UⅡ可參與糖尿病腎病的氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，促進(jìn)腎小管上皮細(xì)胞的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)的合成，促進(jìn)腎小球系膜細(xì)胞的增殖。有效的、選擇性的、口服長效的跨物種UⅡ受體拮抗劑，可能為糖尿病腎病提供新的治療機(jī)會，UⅡ受體拮抗是糖尿病腎病治療的一個有吸引力的靶點(diǎn)，但還有待進(jìn)一步的實驗研究。