維生素D在糖尿病腎病中的腎臟保護(hù)作用

李格菲 毛玉熠 韓 睿

昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌二科，云南昆明 650032

隨著糖尿病患病率的不斷增加，其已成為全球性的公共衛(wèi)生問(wèn)題，由糖尿病并發(fā)癥導(dǎo)致的醫(yī)療支出在全世界范圍內(nèi)造成巨大的社會(huì)、衛(wèi)生系統(tǒng)和家庭的負(fù)擔(dān)。2017年全世界有4.51億糖尿病患者，至2045年，這些數(shù)字預(yù)計(jì)將增加到6.93億，且估計(jì)有一半的人患有糖尿病，但未被確診[1]。對(duì)于糖尿病患者來(lái)說(shuō)，除了控制血糖，更重要的是延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展，以提高患者的生存質(zhì)量和生存率。其中糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常見(jiàn)和最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，也是全世界終末期腎?。╡nd stage renal disease，ESRD）的主要原因。流行病學(xué)調(diào)查顯示，糖尿病患者中有1/3的人會(huì)發(fā)生DN，且目前DN是ESRD的首要病因[1]。我國(guó)隨著人口老齡化進(jìn)程，生活方式的改變，糖尿病所導(dǎo)致的慢性腎衰竭比例正快速增長(zhǎng)，有資料顯示糖尿病患者已成為透析的主要人群[2]。因此，DN的預(yù)防及治療意義重大。

DN 早期病變隱匿，易被忽視，進(jìn)入臨床期后很難逆轉(zhuǎn)，最終將發(fā)展為ESRD。DN的致病機(jī)制復(fù)雜，高糖狀態(tài)下糖基化產(chǎn)物的堆積，多元醇途徑的激活，腎臟血流動(dòng)力學(xué)的改變，氧化應(yīng)激等導(dǎo)致的細(xì)胞因子活化，炎癥反應(yīng)持續(xù)作用，使腎小球發(fā)生硬化，腎功能逐漸下降。近年來(lái)越來(lái)越多的研究表明維生素D在蛋白尿和腎小球硬化的消退中起關(guān)鍵作用，動(dòng)物和細(xì)胞實(shí)驗(yàn)的證據(jù)也顯示，維生素D能通過(guò)多種途徑減輕腎細(xì)胞的損傷和過(guò)度增殖，從而改善DN患者的預(yù)后。本綜述主要從維生素D及維生素D受體（vitamin D receptor，VDR）基因多態(tài)性、DN的發(fā)病機(jī)制闡述維生素D對(duì)腎臟的保護(hù)作用。

1 維生素D及VDR基因多態(tài)性的概述

1.1 維生素D及VDR

維生素D是一種脂溶性維生素，也是一種類固醇激素，可通過(guò)紫外線照射皮膚中的7-脫氫膽固醇產(chǎn)生，也可通過(guò)從食物中攝取動(dòng)物來(lái)源的D3和植物來(lái)源的D2，然后在肝臟和腎臟中進(jìn)行2次羥化反應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)槟馨l(fā)揮生物學(xué)效應(yīng)的活性激素1,25 二羥基維生素D3[1,25-（OH）2D3][3]。

VDR是一種核受體，其與類視黃醇X 受體（retinol X receptor，RXR）家族的成員結(jié)合一起充當(dāng)異源二聚體，它們之間的相互作用對(duì)于發(fā)揮高親和力的DNA結(jié)合作用至關(guān)重要，但維生素D必須與其受體結(jié)合才能發(fā)揮其生物學(xué)效應(yīng)。1,25-（OH）2D3與VDR-RXR 復(fù)合物結(jié)合后，該復(fù)合物再與VDRE（用于維生素D反應(yīng)元件）的特定順式DNA 序列結(jié)合，然后VDRE 通過(guò)啟動(dòng)目標(biāo)基因來(lái)調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄，其性質(zhì)可能是激活作用，也可能是抑制作用[4]。1,25-（OH）2D3的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)具有廣泛的生理效應(yīng)，除最經(jīng)典的維持鈣磷穩(wěn)態(tài)的作用外，還能調(diào)節(jié)免疫反應(yīng)，參與炎癥反應(yīng)，抑制細(xì)胞增殖，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡和分化。

1.2 VDR基因多態(tài)性

VDR基因位于12cen-q12 染色體上，包含11個(gè)外顯子。VDR基因的多態(tài)性與包括糖尿病在內(nèi)的許多疾病的易感性相關(guān)，其中最常報(bào)道的VDR 單核苷酸多態(tài)性是VDR-FokI、VDR-BsmI、VDR-TaqI、VDRApaI[5]。個(gè)體的遺傳組成與DN 易感性之間有很強(qiáng)的聯(lián)系，因此，可以在具有高DN 風(fēng)險(xiǎn)的個(gè)體中檢測(cè)到某些基因的遺傳變異，作為DN的生物標(biāo)志物。多項(xiàng)研究證據(jù)均表明維生素D-VDR-RXR 復(fù)合物在腎臟中通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞分化、抗增殖和免疫調(diào)節(jié)，在DN的發(fā)展中發(fā)揮重要保護(hù)作用。其中Zhang 等[6]研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，VDR基因的BsmI 多態(tài)性與2型糖尿病患者的DN 風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)；另一篇關(guān)于TaqI（2777例和3522例對(duì)照）和ApaI（2440例和3279例對(duì)照）多態(tài)性與ESRD關(guān)聯(lián)的meta分析顯示VDR TaqI 和ApaI 多態(tài)性與ESRD 風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)[7]。

2 DN的發(fā)病機(jī)制

DN的發(fā)病機(jī)制是多因素且復(fù)雜的，高血糖是導(dǎo)致DN 發(fā)生、發(fā)展的重要因素，即高血糖狀態(tài)是DN發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，由高血糖引起的葡萄糖代謝異常及腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變是腎臟病變的基礎(chǔ)。在高糖環(huán)境下，晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）的堆積，氧化還原作用失衡及腎素-血管緊張素系統(tǒng)（renin-angiotensin system，RAS）的過(guò)度激活引發(fā)各種酶和細(xì)胞信號(hào)因子相互交叉作用，促進(jìn)炎癥反應(yīng)的發(fā)生，誘導(dǎo)腎細(xì)胞的損傷凋亡，加重腎纖維化，最終引起腎臟損傷。

2.1 AGEs 堆積

AGE 形成是指美拉德反應(yīng)中蛋白質(zhì)和葡萄糖之間的非酶促反應(yīng)，形成可逆的早期糖基化產(chǎn)物，隨著時(shí)間的流逝，其通過(guò)緩慢而復(fù)雜的重排而變成AGEs。過(guò)多的葡萄糖為糖化反應(yīng)提供羰基的主要來(lái)源，糖尿病患者腎臟AGEs的過(guò)度積累通過(guò)蛋白質(zhì)交聯(lián)使蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，直接造成細(xì)胞損傷。同時(shí)，AGE 與其受體RAGE 結(jié)合，發(fā)揮細(xì)胞外的調(diào)控作用，激活炎癥反應(yīng)和氧化應(yīng)激。如AGEs 通過(guò)激活NADPH氧化酶觸發(fā)活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生[8]，而ROS 又引起AGEs的進(jìn)一步形成。AGE-RAGE軸通過(guò)激活幾種細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)途徑，包括JAK-STAT、MAPK/ERK、PI3K/AKT/mTOR 和NF-κB，促進(jìn)有促炎作用的腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）以及有促纖維化作用的轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β（TGF-β）的釋放，在腎組織中形成惡性循環(huán)[9]。AGEs 刺激誘導(dǎo)足細(xì)胞中RAGE 及其下游途徑p38/MAPK，導(dǎo)致足細(xì)胞損傷和凋亡，增加蛋白尿排泄[10]。

2.2 RAS的激活

RAS是血壓、水和鈉穩(wěn)態(tài)的調(diào)節(jié)劑，主要通過(guò)激活血管緊張素Ⅱ（Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ）調(diào)節(jié)動(dòng)脈張力，維持腎血流動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定。高血糖下RAS的激活是DN的關(guān)鍵因素，當(dāng)RAS 過(guò)度激活，Ang Ⅱ發(fā)揮調(diào)節(jié)血流動(dòng)力學(xué)作用，在近端小管處刺激鈉的重吸收，誘導(dǎo)出球小動(dòng)脈血管收縮，并增加腎小球毛細(xì)血管的壓力和通透性，使腎小球超濾[11]。同時(shí)，Ang Ⅱ發(fā)揮非血液動(dòng)力學(xué)作用包括：腎臟中TNF-α 產(chǎn)生增加，并上調(diào)其他炎癥介質(zhì)的釋放，加速腎臟損傷；通過(guò)增加鈣流入和促進(jìn)ROS的產(chǎn)生而間接造成足細(xì)胞損傷[12]；促進(jìn)腎小球和腎小管細(xì)胞增殖，加快DN 進(jìn)展。

2.3 氧化還原作用失衡

高糖環(huán)境下，葡萄糖的自氧化、晚期糖基化、多元醇途徑、線粒體呼吸鏈缺陷等途徑產(chǎn)生過(guò)多的ROS，超過(guò)了局部抗氧化能力，則會(huì)發(fā)生氧化應(yīng)激。當(dāng)高糖使腎臟發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)，腎細(xì)胞膜脂質(zhì)過(guò)氧化，蛋白質(zhì)氧化，腎血管收縮和DNA 損傷促進(jìn)DN的發(fā)展[13]。ROS 除了直接造成大分子損害外，還可充當(dāng)信號(hào)分子激活多條信號(hào)傳導(dǎo)途徑，誘導(dǎo)蛋白激酶C、TGF-β、NADPH 和Ang Ⅱ的進(jìn)一步活化，導(dǎo)致ROS的進(jìn)一步產(chǎn)生，產(chǎn)生惡性信號(hào)放大循環(huán)，從而加劇腎實(shí)質(zhì)損傷[14]。

盡管DN的病因及明確的發(fā)病機(jī)制尚不完全清楚，但在DN 發(fā)生發(fā)展的過(guò)程中，如以上所述維生素D/VDR 對(duì)糖尿病腎臟具有一定的保護(hù)作用。

3 維生素D/VDR的腎臟保護(hù)作用

3.1 維生素D/VDR 減輕炎癥反應(yīng)

單核巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)在腎臟中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，巨噬細(xì)胞是腎小球和腎小管間質(zhì)炎癥和纖維化的關(guān)鍵介質(zhì)，因?yàn)樗鼈儺a(chǎn)生促炎性和促纖維化細(xì)胞因子。然而，巨噬細(xì)胞是異質(zhì)細(xì)胞群，可響應(yīng)各種信號(hào)進(jìn)行經(jīng)典M1 激活或替代M2 激活。M1 表型被認(rèn)為會(huì)加重炎癥和組織損傷，M2 巨噬細(xì)胞在抑制炎癥和促進(jìn)組織修復(fù)中發(fā)揮作用。一項(xiàng)體外實(shí)驗(yàn)表明，1,25-（OH）2D3可以在體外將高糖誘導(dǎo)的M1 巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)換為M2[15]。NF-κB信號(hào)通路在維生素D及其受體的腎臟保護(hù)中起重要作用。高糖狀態(tài)下細(xì)胞內(nèi)NF-κB 釋放，以轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)方式參與免疫和炎癥的多種基因表達(dá)，使多種細(xì)胞因子活化，侵潤(rùn)腎細(xì)胞[16]。來(lái)自文獻(xiàn)的數(shù)據(jù)表明1,25-（OH）2D3可能通過(guò)多種機(jī)制調(diào)節(jié)NF-κB，如關(guān)于維生素D的抗炎作用研究發(fā)現(xiàn)，維生素D可通過(guò)抑制NF-κB的活化，減少足細(xì)胞中單核細(xì)胞趨化蛋白1（MCP-1）和IL-6的表達(dá)，以及巨噬細(xì)胞對(duì)腎小球的浸潤(rùn)和細(xì)胞外基質(zhì)沉積，以減輕炎癥反應(yīng)，延緩DN 發(fā)展[17]。JAK/STAT信號(hào)通路與炎癥的進(jìn)展關(guān)系密切，能與多種炎性信號(hào)通路相互作用，如NF-κB 和TGF-β。研究發(fā)現(xiàn)維生素D可通過(guò)VDR 介導(dǎo)，調(diào)控JAK/STAT信號(hào)通路，從而減輕炎癥反應(yīng)，改善腎臟病理?yè)p傷[18]。

3.2 維生素D/VDR 延緩腎臟病理改變

足細(xì)胞是腎小球?yàn)V過(guò)的最外層，是腎小球基底膜中高度分化的上皮細(xì)胞，形成腎小球主要的過(guò)濾屏障，其凋亡和損傷將導(dǎo)致蛋白尿，并加速DN 發(fā)展。一項(xiàng)大鼠腎小球分離并體外培養(yǎng)的研究表明[19]，在高糖環(huán)境下，大鼠的足細(xì)胞標(biāo)志蛋白nephrin表達(dá)下降。nephrin是相鄰交叉足突之間形成縫隙隔膜的關(guān)鍵成分，可作為足細(xì)胞胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)的調(diào)節(jié)劑，具有腎臟保護(hù)作用。而1,25-（OH）2D3能促進(jìn)nephrin的表達(dá)，減輕足細(xì)胞損傷。高糖下RAS的激活可促進(jìn)足細(xì)胞的凋亡，而1,25-（OH）2D3-VDR 信號(hào)可通過(guò)抑制腎素的表達(dá)來(lái)減少釋放到細(xì)胞外的Ang Ⅱ的水平，從而抑制高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞凋亡[20]。一項(xiàng)用高糖和AGEs造模的體外實(shí)驗(yàn)表明[21]，高糖和AGEs 對(duì)β-catenin 和P-鈣黏蛋白的重新分布以及足細(xì)胞β-catenin的表達(dá)有影響，從而引起高通透性，維生素D可以逆轉(zhuǎn)該反應(yīng)，降低腎小球的超濾。

腎小球系膜細(xì)胞參與腎小球系膜基質(zhì)和基底膜的修復(fù)和更新，調(diào)節(jié)腎小球?yàn)V過(guò)率，對(duì)腎小球的生理功能和病理反應(yīng)起重要作用。在高糖環(huán)境下腎小球系膜細(xì)胞的過(guò)度增殖，系膜區(qū)域中細(xì)胞外基質(zhì)的擴(kuò)展造成腎小球結(jié)節(jié)性硬化。Wang 等[22]的研究發(fā)現(xiàn)，維生素D3能抑制mTOR，使其下游標(biāo)靶的磷酸化作用減弱，從而抑制高糖誘導(dǎo)的大鼠系膜細(xì)胞的增殖。維生素D3還可抑制高糖血癥引起的系膜細(xì)胞中RAS的激活和TGF-β的產(chǎn)生，通過(guò)阻斷TGF-β，減輕系膜細(xì)胞的過(guò)度增殖，延緩腎小球硬化的發(fā)展[23]。

DN 過(guò)去被認(rèn)為是腎小球疾病，這種觀念近些年已經(jīng)受到置疑。據(jù)報(bào)道，僅有1/3的2型糖尿病患者和微量白蛋白尿患者中存在典型的腎小球病變，很多患者在糖尿病性蛋白尿發(fā)作之前，已經(jīng)明顯出現(xiàn)了腎小管肥大，有機(jī)離子運(yùn)輸減少和其他腎小管改變[22]。最近一項(xiàng)研究表明，活性維生素D能夠通過(guò)上調(diào)AKT/UCP2信號(hào)通路保護(hù)腎小管細(xì)胞免受高糖的侵害，減少腎小管細(xì)胞的凋亡[24]。Liu 等[25]研究表明，高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞色素P450（CYP）2J5 下調(diào)加重腎小管上皮細(xì)胞的損傷，VDR的激活通過(guò)上調(diào)CYP2J5 在腎小管上皮細(xì)胞中的表達(dá)，減輕高糖誘導(dǎo)的腎小管萎縮及間質(zhì)纖維化。此外，活性維生素D可直接阻斷培養(yǎng)的腎小管上皮細(xì)胞中由TGF-β1 誘導(dǎo)的腎小管上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而在腎間質(zhì)纖維化過(guò)程中發(fā)揮有益作用[26]。VDR 還可以與β-catenin 形成復(fù)合物，而后者是一種重要的信號(hào)傳遞介質(zhì)，可以整合來(lái)自多種途徑的信號(hào)，并在上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化過(guò)程中起關(guān)鍵作用。糖尿病導(dǎo)致Wnt1/β-catenin 信號(hào)傳導(dǎo)的過(guò)度活化，促進(jìn)足細(xì)胞損傷，誘導(dǎo)足細(xì)胞EMT 以及腎損傷和纖維化，VDR激活可以通過(guò)調(diào)節(jié)Wnt信號(hào)通路的關(guān)鍵分子來(lái)減少高糖誘導(dǎo)的足細(xì)胞損傷和腎臟纖維化[27]。另有研究提示，1,25-（OH）2D3可以通過(guò)減少膠原蛋白及其他關(guān)鍵促纖維化因子的表達(dá)，增加抗纖維化因子（如BMP7和MMP8）的表達(dá)來(lái)改善間質(zhì)纖維化[28]。

3.3 維生素D在DN患者中的作用

維生素D在腎臟中合成的核心作用已得到了充分證明：腎臟疾病患者中普遍存在的維生素D代謝功能障礙。一項(xiàng)meta分析顯示，維生素D缺乏型糖尿病患者患腎病的風(fēng)險(xiǎn)更高[29]。Esfandiari 等[30]一項(xiàng)為期8 周的隨機(jī)雙盲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，補(bǔ)充維生素D可以降低炎癥標(biāo)志物如TNF-α 和IL-6 來(lái)延緩DN的進(jìn)展。有研究發(fā)現(xiàn)，如果用血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（ACEI）或血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑（ARB）的同時(shí)加入骨化三醇可以安全地使白蛋白尿顯著減少[31]，這一發(fā)現(xiàn)增加了證據(jù)支持維生素D在腎臟保護(hù)中的作用。同時(shí)，Liyanage 等[32]的隨機(jī)雙盲試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，每月給予維生素D50 000 IU 持續(xù)6個(gè)月，可降低DN患者的尿白蛋白、血清肌酐和腎素水平。維生素D除了改善腎功能，也可改善其他生化指標(biāo)，如有研究表明早期DN患者接受高劑量維生素D治療6個(gè)月后，血清高密度脂蛋白（HDL）水平顯著改善[33]；另一項(xiàng)隨機(jī)對(duì)照試驗(yàn)顯示，阿法骨化醇能改善動(dòng)脈僵硬度和血壓[34]。

4 小結(jié)與展望

近年來(lái)，糖尿病相關(guān)的腎臟疾病越來(lái)越普遍，DN成為ESRD的主要病因。因此，研究DN的發(fā)病機(jī)制，探索新的治療方法意義重大。維生素D通過(guò)不同信號(hào)

通路減輕AGEs 堆積、RAS 過(guò)度激活、氧化還原作用失衡造成的腎實(shí)質(zhì)損傷，從而延緩腎小球硬化、腎小管萎縮、腎間質(zhì)纖維化，表現(xiàn)出出色的治療潛力。因此，對(duì)于維生素D及其受體基因與DN的研究，將有利于進(jìn)一步探索其調(diào)控與發(fā)生機(jī)制，為DN 干預(yù)治療提供新的思路，也為臨床內(nèi)分泌及腎臟科醫(yī)師提供新的臨床證據(jù)，從而為DN患者提供價(jià)廉物美的治療藥物。