糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

周桃桃，郭兆安

(1. 山東中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250014；2. 山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院，山東 濟(jì)南 250014)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的常見并發(fā)癥，其發(fā)病增加了糖尿病患者的病死率。2019年糖尿病地圖指出，全球約有4.63億20～79歲成人患糖尿病，預(yù)計(jì)2030年將增至5.784億。約15%～25%的1型糖尿病和30%～40%的2型糖尿病患者出現(xiàn)腎臟方面的損傷，并最終發(fā)展成終末期腎臟病(end-stage renal disease,ESRD)，患病率達(dá)33.6%[1]。DN病理改變包括早期腎小球肥大、腎小球基底膜增厚、足細(xì)胞損傷、腎小球系膜基質(zhì)擴(kuò)張和腎小管損傷，后期導(dǎo)致腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。然而目前DN的發(fā)病機(jī)制尚未明確，可能與多因素共同作用有關(guān)，了解其發(fā)病機(jī)制以及早期診斷是診治的要點(diǎn)?，F(xiàn)將DN發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展總結(jié)如下。

1 分子遺傳學(xué)

1.1表觀遺傳學(xué) MicroRNA(miRNA)是由內(nèi)源基因編碼的短鏈非編碼單鏈RNA，長(zhǎng)度為20～25個(gè)核苷酸，可與3’非編碼區(qū)結(jié)合，從而使目的mRNA降解或抑制蛋白翻譯以參與DN發(fā)病機(jī)制的表觀遺傳學(xué)干擾，轉(zhuǎn)錄后發(fā)揮其調(diào)控作用。研究發(fā)現(xiàn)，與未患糖尿病者相比，DN患者腎臟組織中miR-155和miR-146a表達(dá)增加了5倍以上，且miR-155表達(dá)與患者血肌酐水平密切相關(guān)，其機(jī)制是在高糖環(huán)境下，誘導(dǎo)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中miR-155和miR-146a過表達(dá)，增加腫瘤壞死因子-α(TNF-α)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)和核因子-κB(NF-κB)等炎癥因子的表達(dá)，從而導(dǎo)致腎小球內(nèi)皮細(xì)胞損傷[2]。

非蛋白編碼RNA162可降低miR-383 和升高組蛋白去乙?；?水平，通過兩面神激酶2/信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)及轉(zhuǎn)錄活化因子3(JAK2/STAT3)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)增強(qiáng)而促進(jìn)足細(xì)胞損傷、炎性細(xì)胞因子的釋放和腎小球硬化[3]。啟動(dòng)子區(qū)DNA甲基化是指通過DNA甲基轉(zhuǎn)移酶(DNMT)催化S-腺苷甲硫氨酸(SAM)作為甲基供體，再將胞嘧啶轉(zhuǎn)變?yōu)?-甲基胞嘧啶的過程。在高糖環(huán)境下，轉(zhuǎn)運(yùn)酶2結(jié)合增加，存在著TGF-β1調(diào)節(jié)區(qū)DNA甲基化的逐漸降低，導(dǎo)致TGF-β1的表達(dá)水平增加和細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化[4]。DNA甲基化還與炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激、腎纖維化、細(xì)胞凋亡等相關(guān)[5]。

1.2基因多態(tài)性 在糖尿病患者中，部分基因的基因型對(duì)腎臟有保護(hù)作用，部分則增加患者發(fā)生DN風(fēng)險(xiǎn)。有研究對(duì)DN和糖尿病患者的血清白細(xì)胞介素-18(IL-18)水平及其等位基因和單倍型頻率-137G/C、-607C/A和-656G/T進(jìn)行評(píng)估，發(fā)現(xiàn)-137G等位基因在兩類患者之間存在顯著差異，但-607或-656等位基因IL-18基因啟動(dòng)子無明顯變化[6]。另外，血漿五聚素3基因多態(tài)性、轉(zhuǎn)錄因子7樣2基因多態(tài)性、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶基因I/D均與糖尿病腎損傷有密切關(guān)系[7]。

2 糖代謝紊亂

2.1晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs) AGEs-糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)信號(hào)通路激活NF-κB，進(jìn)入細(xì)胞核中，同多種基因啟動(dòng)子特異性序列結(jié)合，引起大量促炎細(xì)胞因子、黏附分子、生長(zhǎng)因子的表達(dá)和釋放，致慢性腎臟細(xì)胞活化和組織損傷[8]；激活TGF-β1細(xì)胞因子，通過控制蛋白酶的合成和降解，使腎小球細(xì)胞外基質(zhì)增加和腎小管上皮間質(zhì)化，最終致腎組織纖維化[9]；誘導(dǎo)單核細(xì)胞因子趨化蛋白-1(MCP-1)基因，激活巨噬細(xì)胞及單核細(xì)胞，使休眠狀態(tài)下的纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)化為成纖維細(xì)胞，促進(jìn)腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化[10]；增加肌醇加氧酶(MIOX)的活性，激活磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)-蛋白激酶B(PKB)途徑的各種信號(hào)激酶以及增加NF-κB，TGF-β和纖連蛋白的表達(dá)，導(dǎo)致腎小管間質(zhì)損傷[11]。

2.2多元醇通路(PP) PP是動(dòng)物組織中葡萄糖的代謝途徑，主要包含由醛糖還原酶(AR)和山梨糖醇脫氫酶催化的2個(gè)反應(yīng)。生理狀態(tài)下PP的葡萄糖代謝很少，AR活性很低或者沒有，長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)時(shí)PP的葡萄糖代謝增強(qiáng)，AR活性增加[12]。AR通過還原型輔酶Ⅱ(NADPH)將葡萄糖還原為山梨糖醇，而山梨糖醇脫氫酶通過輔酶Ⅰ(NAD+)將山梨糖醇轉(zhuǎn)化為果糖，從而導(dǎo)致產(chǎn)生還原型輔酶Ⅰ(NADH)。NADH/NAD+氧化還原失衡、山梨糖醇的積累以及果糖和NADH的產(chǎn)生都與糖尿病的發(fā)病機(jī)制及其并發(fā)癥有關(guān)[13]。NADH/NAD+氧化還原失衡，導(dǎo)致氧化應(yīng)激(OS)以及對(duì)大分子(包括DNA、脂質(zhì)和蛋白質(zhì))的氧化損傷[14]，并通過激活磷脂酶C誘導(dǎo)二?；视偷纳?，從而導(dǎo)致蛋白激酶C(PKC)激活[15]。

2.3PKC PKC的激活改變了細(xì)胞信號(hào)分子，包括促炎性細(xì)胞因子，如NF-κB、IL-6和TNF-α，以及內(nèi)皮細(xì)胞和系膜細(xì)胞在內(nèi)的血管細(xì)胞中的纖溶酶原激活物抑制劑1細(xì)胞[16]。高血糖還可激活PKC-β的同工型，從而增強(qiáng)血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)對(duì)腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的毒性作用，并降低胰高血糖素樣肽1(GLP-1)的受體，從而導(dǎo)致針對(duì)GLP-1治療的耐藥性[17]。

3 血流動(dòng)力學(xué)異常

高星[18]研究表明，早期DN組與臨床期DN組患者腎內(nèi)血流信號(hào)逐漸減少，腎損害逐漸加重，雖然主腎動(dòng)脈清晰可見，但腎內(nèi)動(dòng)脈出現(xiàn)變細(xì)或粗細(xì)不等，部分可見突然變窄或截?cái)唷N患者腎動(dòng)脈血流速率下降、阻力增高不僅導(dǎo)致腎臟灌輸不足，而且會(huì)使腎臟組織損傷顯著加重。高糖環(huán)境下，激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)，AngⅡ的生成增加，從而使毛細(xì)血管收縮，增加醛固酮分泌，使腎臟處于高阻力、低流速狀態(tài)[19]。AngⅡ還可以活化細(xì)胞內(nèi)多條信號(hào)途徑，引起炎癥及腎細(xì)胞的生長(zhǎng)、分化、凋亡等[20]。

4 炎癥反應(yīng)

在高血糖環(huán)境下，可激活腎細(xì)胞內(nèi)下游信號(hào)傳導(dǎo)級(jí)聯(lián)反應(yīng)，從而導(dǎo)致多種炎癥途徑的激活，如NF-κB/NLRP3、NOD1-RICK-NF-κB、NLRP3-Caspase-1-IL-1β等炎癥通路，激活的信號(hào)通路致循環(huán)中炎癥細(xì)胞、炎癥因子浸潤(rùn)，參與腎臟疾病的炎癥過程[21]。Nod樣受體蛋白3(NLRP3)炎癥小體是調(diào)控慢性微炎癥的關(guān)鍵因子之一，可以直接誘導(dǎo)腎臟固有細(xì)胞形態(tài)和功能的改變。NLRP3炎癥小體使其組分蛋白NLRP3、ASC、Caspase-1前體表達(dá)和結(jié)合水平改變，下游的Caspase-1、IL-1β、IL-18等效應(yīng)蛋白表達(dá)水平升高，并促進(jìn)相關(guān)炎癥介質(zhì)的釋放，其分子調(diào)控機(jī)制涉及ROS/TXNIP通路、NF-κB通路、Nrf2通路、IncRNA通路以及MAPKs等多條通路[22]。

糖尿病環(huán)境中的高糖、高脂、糖基化終末產(chǎn)物、多種炎癥因子等能夠促進(jìn)巨噬細(xì)胞的募集遷移活化，M1巨噬細(xì)胞啟動(dòng)免疫反應(yīng)并產(chǎn)生促炎細(xì)胞因子，釋放IL-1、TNF-α等因子通過JAK/STAT途徑誘導(dǎo)產(chǎn)生NF-κB[23]，并刺激MCP-1、TGF-β等大量細(xì)胞因子的分泌，損傷腎臟，又反過來促進(jìn)巨噬細(xì)胞的遷移活化，形成以巨噬細(xì)胞為核心的腎臟損傷的惡性循環(huán)。白細(xì)胞介素是炎癥初期產(chǎn)生的一類細(xì)胞因子，IL-1β主要由足細(xì)胞產(chǎn)生，對(duì)足細(xì)胞損傷和修復(fù)起作用，IL-6可以促進(jìn)腎小球細(xì)胞增生，濃度過高則抑制胰島素分泌；IL-8能引起腎小球通透性增加，產(chǎn)生蛋白尿。另外，補(bǔ)體系統(tǒng)、肥大細(xì)胞、輔助T細(xì)胞在炎癥反應(yīng)以及腎臟損傷中起重要作用[24]。

5 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)

在外界刺激下，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中未折疊或從錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)累積，導(dǎo)致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)的紊亂，稱為ERS。正常情況下，啟動(dòng)未折疊蛋白質(zhì)反應(yīng)(UPR)屬于細(xì)胞保護(hù)機(jī)制，主要通過IRE1、PERK和ATF6三條信號(hào)通路影響細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)錄和翻譯以減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。當(dāng)ESR過強(qiáng)時(shí)，促凋亡機(jī)制占主導(dǎo)，通過激活Caspase-12、誘導(dǎo)CHOP表達(dá)、激活線粒體介導(dǎo)的凋亡通路引起細(xì)胞凋亡。

研究表明，長(zhǎng)非編碼RNA(lncRNA)TUG1通過介導(dǎo)高糖誘導(dǎo)的DN中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)-CHOP-PGC-1α信號(hào)傳導(dǎo)途徑影響足細(xì)胞凋亡[25]。蛋白超負(fù)荷通過足細(xì)胞中的活性氧(ROS)可誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，從而降低整聯(lián)蛋白β1的翻譯和糖基化，可能會(huì)進(jìn)一步降低足細(xì)胞對(duì)腎小球基底膜的黏附力，致蛋白質(zhì)滲入尿液增多[26]。腎小球系膜細(xì)胞(GMCs)可維持腎系膜基質(zhì)和腎小球毛細(xì)血管的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，高糖誘導(dǎo)GMCs發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，通過誘導(dǎo)CHOP表達(dá)導(dǎo)致細(xì)胞壞死[27]。另外，AGEs通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激觸發(fā)信號(hào)通路誘導(dǎo)GMCs凋亡[28]。在腎小管上皮細(xì)胞(RTECs)中，尿激酶Ⅱ誘導(dǎo)ERS并增加早期糖尿病RTECs細(xì)胞外基質(zhì)的產(chǎn)生[29]。

6 氧化應(yīng)激

OS與炎癥細(xì)胞募集相關(guān)，通過誘導(dǎo)炎癥因子的產(chǎn)生導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生增加，體內(nèi)低水平的ROS可以維持缺氧誘導(dǎo)因子(HIF)的穩(wěn)定性，大量ROS刺激HIF，導(dǎo)致機(jī)體對(duì)缺氧的反應(yīng)性變?nèi)?，?dǎo)致腎小管間質(zhì)的低氧損傷，當(dāng)氧自由基的增加超過了人體的抗氧化能力時(shí)，就會(huì)發(fā)生OS反應(yīng)。

OS可以損傷足細(xì)胞并引起腎臟纖維化，通過激活足細(xì)胞NADPH氧化酶、TGF-β1[30]和Caspase-3途徑，生成大量ROS，誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡，并通過影響足細(xì)胞的信號(hào)傳遞致足細(xì)胞凋亡[31]。肌醇加氧酶(MIOX)通過葡萄糖醛酸-木酮糖途徑將肌醇代謝為D-葡萄糖醛酸。在高糖環(huán)境下，MIOX的過度表達(dá)擾動(dòng)了NAD+/NADH的比率，增加ROS的產(chǎn)生，還伴隨著線粒體功能障礙，DNA損傷和凋亡誘導(dǎo)，原纖維形成細(xì)胞因子的增強(qiáng)活性和纖連蛋白的表達(dá)，從而加劇了腎臟損傷[32]。高糖刺激了ROS的產(chǎn)生，降低了抗氧化酶超氧化物歧化酶活性和谷胱甘肽的水平，增加了NADPH氧化酶的活性，上調(diào)了P53的表達(dá)和Bax/Bcl-2的比例并增強(qiáng)了Caspase-3的裂解，導(dǎo)致GMCs程序性死亡[33]。ROS還可以介導(dǎo)腎臟炎癥的發(fā)生加速糖尿病腎病的發(fā)展，機(jī)體清除氧自由基的能力下降亦會(huì)導(dǎo)致腎細(xì)胞的損傷。

7 自 噬

自噬是應(yīng)激誘導(dǎo)的適應(yīng)性反應(yīng)，通過內(nèi)源性物質(zhì)的再循環(huán)為細(xì)胞提供營(yíng)養(yǎng)和能量，并在缺氧、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激等環(huán)境下清除大量聚集的蛋白質(zhì)和受損的細(xì)胞器，因此，自噬被認(rèn)為是維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài)的必須系統(tǒng)。目前已知的細(xì)胞自噬主要通過雷帕霉素靶蛋白(mTOR)信號(hào)通路、腺苷酸激酶(AMPK)信號(hào)通路和組蛋白去乙酰酶1(Sirt1)信號(hào)通路進(jìn)行調(diào)控。高糖狀態(tài)下，自噬在維持足細(xì)胞的溶酶體穩(wěn)態(tài)中起著關(guān)鍵作用，并且其損傷與足細(xì)胞丟失的發(fā)病機(jī)制有關(guān)，導(dǎo)致大量蛋白尿產(chǎn)生[34],由于營(yíng)養(yǎng)過剩而導(dǎo)致的營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)改變可能會(huì)干擾細(xì)胞內(nèi)的自噬反應(yīng)，從而導(dǎo)致細(xì)胞器功能障礙和DN惡化[35]。

線粒體自噬紊亂在DN進(jìn)展中起重要作用。在DN中，存在足細(xì)胞、GMCs、RTECs等各細(xì)胞的線粒體自噬紊亂，致腎臟細(xì)胞損傷及凋亡。足細(xì)胞內(nèi)富含大量線粒體，主要依靠氧化磷酸化來供能，Sirt6保護(hù)足細(xì)胞的線粒體并通過激活A(yù)MPK途徑發(fā)揮抗凋亡作用,高糖情況下，Sirt6和AMPK被抑制，引起線粒體形態(tài)異常最終抑制自噬[36]。高血糖誘導(dǎo)的硫氧還蛋白互作蛋白通過激活mTOR信號(hào)通路，導(dǎo)致糖尿病腎病中腎小管自噬和線粒體的失調(diào)[37]。高糖誘導(dǎo)RTECs中動(dòng)態(tài)相關(guān)蛋白1表達(dá)增加而線粒體融合蛋白2的表達(dá)降低，加劇線粒體碎片，線粒體膜電位表達(dá)降低。

8 外泌體

外泌體是一種起源于胞內(nèi)的多囊體，由腎臟細(xì)胞主動(dòng)分泌的脂質(zhì)雙分子層小囊泡，可反映細(xì)胞的病理生理狀態(tài)，并已成為無創(chuàng)性DN生物標(biāo)志物以及疾病階段和進(jìn)展的指示劑[38]，如DN患者尿液外泌體Elf3蛋白的出現(xiàn)表明足細(xì)胞存在不可逆轉(zhuǎn)的損傷[39]。外泌體通過細(xì)胞間信息交流進(jìn)而發(fā)揮調(diào)控功能，參與細(xì)胞存活與凋亡、血管新生、炎癥免疫反應(yīng)等相關(guān)，還在纖維化、自噬、免疫抑制及免疫激活等多方面發(fā)揮作用。

研究發(fā)現(xiàn)，微蛋白尿患者有16種外泌體miRNA表達(dá)失調(diào)，其中miRNA-6068、miRNA-320c等14種表達(dá)上調(diào)，miR-30d-5p和miR-30e-5p表達(dá)下調(diào)，大多數(shù)失調(diào)的miRNA參與腎臟疾病的進(jìn)展[40]。高糖刺激可增加各種腎臟細(xì)胞中TGF-β1的分泌，富含TGF-β1mRNA的外泌體分泌增加可通過TGF-β1/Smad3信號(hào)通路促進(jìn)GMCs中α-平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)、增殖和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的過度生產(chǎn)[41]。此外，腎小球內(nèi)皮細(xì)胞和GMCs均可通過增加富含TGF-β1mRNA的外泌體的分泌而與足細(xì)胞相互作用。另外，TGF-β1mRNA和經(jīng)典的Wnt/β-catenin信號(hào)傳導(dǎo)與外泌體誘導(dǎo)的足細(xì)胞上皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化有關(guān)[42]。

9 小 結(jié)

DN發(fā)病機(jī)制較復(fù)雜，全面系統(tǒng)地了解其發(fā)病機(jī)制，可更好地完善DN患者的診療，雖然目前有多種治療方法，但仍不能全面控制疾病的發(fā)展，因此必須重視糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制，針對(duì)相應(yīng)機(jī)制采用合理的靶向治療藥物，例如減輕炎癥、保護(hù)足細(xì)胞、改善細(xì)胞自噬等已經(jīng)成為治療DN的有效途徑。希望隨著現(xiàn)代臨床、動(dòng)物及細(xì)胞實(shí)驗(yàn)研究的不斷深入，將對(duì)其發(fā)病機(jī)制、治療及預(yù)防的認(rèn)識(shí)不斷更新。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突。