糖尿病腎臟疾病足細胞損傷機制及中醫(yī)藥干預研究進展

文曉晨 宮成軍 馬曉燕

1遼寧中醫(yī)藥大學 110032；2遼寧中醫(yī)藥大學附屬醫(yī)院 110032

糖尿病腎臟疾病(diabetic kidney disease，DKD)是糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，中國20%～40%糖尿病患者合并DKD，是慢性腎臟病和終末期腎病的首要原因[1]。DKD早期以微量白蛋白尿為主，直至產(chǎn)生大量白蛋白尿并伴隨腎功能下降，終末期治療較為棘手，嚴重影響患者的生存和預后。及早制定有效的干預措施可防止、逆轉(zhuǎn)和延緩DKD病程進展，但DKD發(fā)病機制復雜，目前研究尚未明確。足細胞是腎小球基底膜的高度分化上皮細胞，參與維持腎小球濾過屏障的結(jié)構(gòu)與功能，其數(shù)量減少，結(jié)構(gòu)功能破壞與蛋白尿密切相關(guān)。足細胞損傷在DKD發(fā)生發(fā)展過程中有關(guān)鍵作用，中藥防治足細胞損傷具有多途徑、多靶點優(yōu)勢。深入研究足細胞損傷機制，探尋中藥干預足細胞損傷靶點與途徑，能為明確DKD發(fā)病機制和DKD臨床干預治療提供新的思路。

一、足細胞損傷機制

足細胞是腎臟的固有細胞，相鄰足細胞體發(fā)出的足突包繞在腎小球基底膜上，通過黏附分子和蛋白多糖分子交織形成裂孔隔膜復合體，維持腎小球基底膜形態(tài)結(jié)構(gòu)、調(diào)節(jié)電荷屏障阻止大分子蛋白通過、穩(wěn)定腎小球毛細血管結(jié)構(gòu)和平衡毛細血管靜水壓、維持腎小球內(nèi)皮細胞功能、合成分泌血管內(nèi)皮生長因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等[2]。DKD中代謝紊亂、氧化應激、炎癥反應、自噬失調(diào)均可引起足細胞損傷，包括引起足細胞肥大、足細胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化、足細胞脫離和足細胞凋亡，使腎小球濾過屏障被破壞，導致系膜擴張、腎小球硬化和腎小管-間質(zhì)纖維化等組織學變化[3-4]。

(一)代謝紊亂

1.糖脂代謝紊亂 高糖使腎小球處于高壓力、高濾過的狀態(tài)，直接導致足細胞損傷。高糖狀態(tài)下葡萄糖與組織蛋白或游離氨基酸結(jié)合，形成不可逆的晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation endproducts，AGEs)，在體內(nèi)大量蓄積難以降解。腎臟晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(advanced glycation end product receptor，RAGE)主要在足細胞表達，DKD患者的足細胞RAGE表達上調(diào)，與AGEs結(jié)合激活下游多條信號通路，通過氧化應激、慢性炎癥，誘導足細胞肥大、脫落、凋亡。AGE-RAGE軸的激活在DKD發(fā)病機制中有重要作用，抑制AGEs形成和破壞AGEs的交聯(lián)結(jié)構(gòu)可延緩DKD進展，應用RAGE適體阻斷AGEs與RAGE結(jié)合，明顯抑制氧化應激的產(chǎn)生以及炎癥和纖維化反應[5-6]。糖尿病脂代謝紊亂可能對腎臟造成直接損害。與此同時，腎臟細胞內(nèi)脂質(zhì)代謝也發(fā)生顯著改變。三磷酸腺苷結(jié)合盒轉(zhuǎn)運蛋白1(ATP-binding cassette transporter 1，ABCA1)是一種參與細胞內(nèi)膽固醇和磷脂外排的蛋白質(zhì)，具有保護足細胞的作用。研究表明，高糖誘導足細胞膽固醇積累和足細胞損傷，與高血糖下調(diào)ADP-核糖基化因子6的表達導致ABCA1循環(huán)障礙有關(guān)[7]。足細胞中的ABCA1缺乏還可引起線粒體功能障礙，改變線粒體脂質(zhì)尤其是心磷脂，促使足細胞凋亡[8]。足細胞內(nèi)膽固醇大量蓄積，使轉(zhuǎn)運到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的膽固醇過載，誘發(fā)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，又加重了足細胞損傷。

2.胰島素抵抗 胰島素是由胰島β細胞分泌的一種蛋白質(zhì)激素，生理狀態(tài)下與其受體結(jié)合，通過細胞內(nèi)信號傳導，參與調(diào)節(jié)糖脂代謝、促進蛋白質(zhì)合成。當靶器官組織對胰島素的敏感性降低和(或)胰島素介導的信號傳導障礙，就會發(fā)生胰島素抵抗(insulin resistance，IR)。腎臟是胰島素受體的靶器官，足細胞是胰島素敏感細胞，完整的足細胞胰島素應答對維持足細胞功能至關(guān)重要。分子機制研究表明，足細胞胰島素抵抗的主要信號調(diào)控途徑包括胰島素受體底物1/磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/絲氨酸-蘇氨酸激酶(serine-threonine kinase，Akt)通路、絲裂原活化蛋白激酶通路、轉(zhuǎn)化因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smad3通路[9]。細胞內(nèi)脂質(zhì)如膽固醇決定足細胞胰島素信號的傳導，糖脂代謝紊亂與炎癥因子引起細胞內(nèi)膽固醇蓄積，可導致不同程度的IR[10]。IR貫穿DKD始終，伴隨IR加重，腎功能也不斷下降。足細胞胰島素反應失調(diào)促使足細胞損傷，足細胞功能的喪失更加重了IR，形成惡性循環(huán)。

3.血流動力學改變 DKD早期即存在血流動力學異常，許多因素參與這一過程，其中腎素-血管緊張素系統(tǒng)在維持腎臟生理功能和DKD發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮了重要作用。足細胞是血管緊張素Ⅱ的效應靶細胞，高血糖、AGEs以及高血壓等均能使血管緊張素Ⅱ水平升高進而引起足細胞損傷，其途徑主要包括：(1) 調(diào)節(jié)足細胞裂孔隔膜蛋白Nephrin和足細胞膜蛋白Podocin的表達，誘導足細胞肌動蛋白骨架重組和肌球蛋白輕鏈磷酸化，破壞足細胞骨架[11]；(2) 調(diào)節(jié)葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白和胰島素信號傳導，參與細胞基礎(chǔ)以及胰島素依賴性葡萄糖攝取，誘導足細胞膜去極化，破壞細胞電荷屏障[12]；(3) 引起足細胞自噬異常[13]；(4) 引起足細胞內(nèi)膽固醇代謝功能障礙，通過ERS等方式誘導足細胞凋亡[14]。DKD時足細胞和血清中VEGF水平升高，有研究認為，增強自噬可抑制VEGF的表達，維持足細胞功能，表明VEGF也參與了DKD的進展[15]。

(二)氧化應激

氧化應激是指機體內(nèi)氧化物質(zhì)的產(chǎn)生大于清除，造成組織細胞損傷的一種應激狀態(tài)。高糖、AGEs積累、TGF-β1、血管緊張素Ⅱ等使大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)蓄積，細胞內(nèi)蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA快速氧化，進而通過多方面多途徑導致足細胞損傷。ROS主要來源于還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和線粒體電子傳遞鏈，可直接攻擊足細胞。煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活和過量ROS使心磷脂過氧化，募集B細胞淋巴瘤-2(B cell lymphoma-2)相關(guān)蛋白(Bcl-2 Associated X Protein，BAX)改變線粒體通透性，刺激線粒體呼吸鏈釋放細胞色素C，啟動凋亡蛋白的轉(zhuǎn)運，促進凋亡因子caspase-3等的激活與釋放，從而觸發(fā)線粒體介導的足細胞凋亡途徑[16]。過量的ROS還能激活SAPK通路，主要由絲裂原活化蛋白激酶信號包括細胞外信號傳導蛋白激酶、C-Jun N-末端激酶和P38-MAPK構(gòu)成的通路介導足細胞凋亡[17]。持續(xù)氧化應激減少線粒體DNA的拷貝數(shù)，增加受損線粒體DNA，通過免疫炎癥反應引起線粒體功能障礙，導致ROS的進一步產(chǎn)生[18]。ERS是另一種氧化應激，也是介導足細胞凋亡的途徑之一。DKD的高血糖、脂代謝紊亂、氧化應激等均是ERS的誘發(fā)因素。研究發(fā)現(xiàn)，棕櫚酸酯誘導的氧化應激引起線粒體功能障礙，通過激活磷脂酶C-二?；视?蛋白激酶C 途徑，介導內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中Ca2+釋放使ERS增加，促使足細胞肌動蛋白細胞骨架重塑，誘導足細胞凋亡[19]。未折疊或錯誤折疊蛋白蓄積以及Ca2+穩(wěn)態(tài)改變引起線粒體損傷，損傷的線粒體釋放大量ROS又加重了ERS。

(三)炎癥因子

炎癥因子的激活是DKD發(fā)病機制中的重要因素。高糖狀態(tài)下AGEs-RAGE軸激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路，引起腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白細胞介素-1β、白細胞介素-6、白細胞介素-8以及黏附分子的釋放，使線粒體產(chǎn)生的ROS增多，增加炎癥反應，觸發(fā)炎癥級聯(lián)反應中的其他下游，引起慢性炎癥和組織重塑，誘發(fā)足細胞損傷。TNF-α利用細胞表面趨化因子受體2抗體受體和NF-κB與PI3K/Akt通路刺激足細胞產(chǎn)生單核細胞趨化蛋白-1，單核細胞趨化蛋白-1/人腫瘤壞死因子受體表達抑制足細胞骨架蛋白的表達，并與TGF-β1之間相互作用，引起足細胞凋亡[20-21]。蛋白質(zhì)S高表達能抑制高糖和TNF-α引起的這一促炎反應[22]。NF-κB還能誘導核苷酸結(jié)合寡聚化結(jié)構(gòu)域樣受體家族pyrin結(jié)構(gòu)域蛋白3(NOD-，LRR-and pyrin domain-containing protein3，NLRP3)炎性小體激活。NLRP3促進炎癥反應、降低Nephrin表達，并通過“NF-κB-p62-線粒體”回路抑制其自身的促炎活動，協(xié)調(diào)維持穩(wěn)態(tài)，高糖狀態(tài)下滅活NLRP3炎性小體能恢復足細胞自噬，減輕足細胞損傷[23-24]。Toll樣受體(Toll-like receptors，TLRs)是免疫應答的調(diào)節(jié)因子，參與激活NF-κB通路，TLR4低表達通過NALP3/ASC/Caspase-1信號通路減弱高糖誘導的足細胞損傷[25]。足細胞分泌表達組織蛋白酶C也是炎癥反應的調(diào)節(jié)劑，能誘導足細胞骨架重排，增加足細胞帶蛋白的通透性[26]。國內(nèi)外研究發(fā)現(xiàn)[27]，DKD時腸道微生物菌群的組成與結(jié)構(gòu)均發(fā)生了變化，毒性代謝產(chǎn)物通過免疫炎癥反應介導了足細胞損傷，如腸源性尿毒癥毒素可直接作用于足細胞，還能與內(nèi)毒素脂多糖(lipopolysaccha-ride，LPS)通過LPS/TLRs/NF-κB或p38MAPK信號通路導致足細胞損傷；誘導Th17/白細胞介素-17下調(diào)Nephrin磷酸化和Bcl-2水平誘導足細胞凋亡；引起肥胖疾病進而通過介導炎癥、氧化應激造成足細胞損傷等。炎癥因子和免疫損傷與糖脂代謝紊亂、氧化應激等相互作用，在DKD足細胞損傷機制中有重要意義。

(四)自噬

自噬是真核生物細胞中的保護機制，在營養(yǎng)匱乏時能為細胞聚集能量，氧化應激環(huán)境下可清除多余的細胞器和蛋白質(zhì)，對維持足細胞結(jié)構(gòu)功能和代謝有重要作用。自噬異常導致ROS或AGEs等蓄積，造成足細胞損傷。哺乳類雷帕霉素靶分子抑制劑(inhibitor of mammalian target of rapamycin，mTOR)、AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)、沉默信息調(diào)節(jié)因子2相關(guān)酶1(silent information regulator factor 2-related enzyme 1，SIRT1)通路均參與調(diào)控自噬。mTOR通路包括mTORC1和mTORC2兩種復合體，mTORC1是直接調(diào)控自噬的因子，mTORC2通路主要參與足細胞骨架相關(guān)蛋白的調(diào)節(jié)。AGEs通過活化mTOR和抑制轉(zhuǎn)錄因子EB的核轉(zhuǎn)位抑制足細胞自噬體的形成和轉(zhuǎn)換，促進足細胞凋亡[28]。PI3K通路和AMPK通路是調(diào)控mTOR 的上游通路，PI3K/Akt通路還能介導生長因子或胰島素引起的自噬[9]。AMPK是細胞內(nèi)的能量感受器，其活性受腺苷一磷酸/三磷酸腺苷比值調(diào)控，具有正向調(diào)節(jié)自噬的能力，直接磷酸化自噬啟動因子使其下游通路激活，還可通過磷酸化TSC2使mTORC1抑制間接激活自噬啟動因子引起自噬[29]。SIRT1對自噬相關(guān)蛋白去乙?；?，如Atg5、Atg7、Atg8和FOXO3a，介導自噬。SIRT1含量下降能引起AGEs促使FOXO4乙?；?，啟動凋亡基因Bax的轉(zhuǎn)錄從而引起足細胞凋亡[30]。此外，醛固酮能通過氧化應激和ERS等途徑誘導自噬，其與CHOP依賴性自噬與凋亡的觸發(fā)有關(guān)[31]。血紅素加氧酶-1也是激活足細胞自噬的有效途徑。

二、中醫(yī)藥對DKD足細胞損傷的干預

DKD歸屬于中醫(yī)學中的“腎消”等范疇，中醫(yī)藥在防治DKD方面具有多途徑、多靶點和不良反應小等優(yōu)勢。近年來單味中藥及其活性成分、中藥復方等干預治療DKD足細胞損傷研究均取得了一定程度的進展。

(一)單味中藥及其提取物

1.三七及其提取物 三七又名田七，具有化瘀止血、消腫止痛的功效。皂苷是三七中的主要成分，含有多種單體皂苷如人參皂苷、三七皂苷R1的三七總皂苷(panax notoginseng saponins，PNS)，被廣泛應用于DKD的研究和治療之中。PNS保護DKD足細胞的作用機制主要包括(1)抗炎：PNS上調(diào)SIRT1，減少TGF-β1和NF-κB介導的炎癥細胞因子誘導，起到抑制炎癥的作用[32]；(2)抗氧化應激：三七皂苷R1促進Nrf2和血紅素加氧酶-1的表達，消除誘導凋亡和TGF-β信號傳導的ROS，抑制由氧化應激因子的足細胞凋亡和腎纖維化[33]；(3)調(diào)控自噬：三七皂苷R1通過PI3K/ALT/mTOR信號通路激活自噬和抑制細胞凋亡來減輕葡萄糖誘導的足細胞損傷[34]；(4)保護足細胞骨架：三七皂苷R1通過體內(nèi)和體外α3β1整合素上調(diào)改善高糖狀態(tài)下的足細胞黏附，改善足細胞病變[35]。PNS口服生物利用度低，通過對比定量大鼠糞便中皂苷和產(chǎn)生的代謝物，發(fā)現(xiàn)正常對照組能鑒定出73種PNS代謝物，而假無菌組僅11種，可見腸道菌群在體內(nèi)PNS的生物轉(zhuǎn)化中起重要作用[36]。

2.雷公藤及其提取物 雷公藤具有祛風除濕、消腫止痛、殺蟲解毒的功效。雷公藤多苷是提取自雷公藤根的總苷，包括雷公藤甲素、雷公藤已素、雷公藤紅素等，具有抗炎、調(diào)節(jié)免疫的藥理作用。雷公藤多苷保護DKD足細胞的機制主要包括(1)抗炎：雷公藤甲素抑制TLR4-NF-κB通路減少炎癥反應[37]，適當劑量范圍內(nèi)(濃度為5 μg/L，10 μg/L)的雷公藤甲素還可通過抑制NLRP3炎癥小體活性而改善足細胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化[38]；(2)保護足細胞骨架：雷公藤內(nèi)酯醇能提高CD2AP、Synatopodin、Palladin和黏著斑蛋白的表達，降低Angptl3表達，保護足細胞骨架，緩解LPS造成足細胞損傷[39]；(3)調(diào)控自噬：雷公藤多苷是激活自噬下調(diào)β-arrestin-1抑制足細胞凋亡[40]。與此同時，雷公藤提取物也存在肝毒性、腎臟毒性、心臟毒性、血液系統(tǒng)毒性和生殖系統(tǒng)毒性等毒副作用，臨床通過合理炮制、配伍和改變劑型可有效減毒，但仍應注意監(jiān)控，及時糾正。雷公藤內(nèi)酯醇具有細胞毒性，其毒副作用有待進一步研究，尚未應用于臨床。

3.黃芪及其提取物 生黃芪有益衛(wèi)固表、利水消腫、托毒生肌之效，炙用可補中益氣。黃芪的成分主要包括黃芪多糖、黃芪甲苷(astragaloside IV，AS-IV)等，具有降糖、抗炎、調(diào)節(jié)免疫的藥理作用。黃芪及其提取物保護DKD足細胞的主要機制包括(1)抗炎：AS-IV抑制NF-κB介導的炎癥基因表達保護足細胞[41]；(2)抗氧化應激：AS-IV調(diào)控Sirt1/p53/Drp1信號通路改善高糖誘導足細胞線粒體異常分裂，下調(diào)PERK-ATF4-CHOP通路抑制ERS，減少足細胞凋亡[42-43]；(3)調(diào)控自噬：AS-IV調(diào)節(jié)SIRT1-NF-κB途徑和激活自噬，逆轉(zhuǎn)葡萄糖誘導的足細胞上皮間充質(zhì)轉(zhuǎn)分化[44]；(4)保護足細胞骨架：黃芪多糖能上調(diào)Nephrin表達、下調(diào)Desmin表達[45]，AS-IV穩(wěn)定Nephrin和Podocin，抑制黏著斑激酶磷酸化改善高糖環(huán)境下的足細胞黏附能力[46-47]，從而保護足細胞。黃芪從不同機制上保護DKD足細胞，具有明顯改善腎功能、減少蛋白尿、減緩DKD發(fā)生發(fā)展的作用。

4.黃連及其提取物 黃連具有清熱燥濕、瀉火解毒的功效，黃連素又稱小檗堿，是從黃連中提取的一種異喹啉生物堿單體。黃連素保護DKD足細胞的主要機制包括(1)抗炎：抑制TLR4/NF-κB通路減輕炎癥反應和高糖誘導的足細胞凋亡[48]；(2)抗氧化應激：抑制AGEs-RAGE信號通路，抑制棕櫚酸引起的足細胞線粒體功能障礙[49-50]；(3)調(diào)控自噬：調(diào)控AMPK-mTOR信號通路增強足細胞自噬[51]。黃連素能通過腸道菌群-炎癥軸干預代謝性疾病，對調(diào)節(jié)腸道菌群的組成和代謝、改善腸道微環(huán)境有重要作用，但其通過腸道菌群干預DKD發(fā)生發(fā)展的分子機制鮮有報道，有待進一步研究。

5.葛根及其提取物 葛根具有解肌退熱、生津止渴、升陽止瀉、透疹的功效，葛根素又名葛根黃酮，是葛根的主要成分。葛根素保護DKD足細胞的主要機制包括(1)抗氧化應激：導致SIRT1介導的NF-κB脫乙酰化并抑制NOX4表達發(fā)揮抗氧化作用[52]；(2)調(diào)控自噬：介導PERK/eIF2α/ATF4信號通路增強ERS條件下的自噬，也能上調(diào)血紅素加氧酶-1和Sirt1介導的自噬保護DKD足細胞損傷[53-54]。(3)保護足細胞骨架：減少足細胞足突融合，增加Nephrin、Podocin的表達[55]。葛根素無明顯毒性，但可造成溶血反應，亦存在口服生物利用度低、半衰期短等弊端，深入研究提高其生物利用度和安全性的方法，有助于該藥在DKD治療過程中的進一步運用。

(二)中藥復方

二至丸出自《扶壽經(jīng)方》，由女貞子、墨旱蓮1∶1組成，有補益肝腎、滋陰止血的功效。研究發(fā)現(xiàn)，二至丸提取物各劑量組均能顯著降低鏈脲佐菌素和高糖高脂飼料聯(lián)合復制的DKD大鼠炎癥因子水平，顯著提高抗氧化指標，上調(diào)CD2AP和Podocin表達，起到保護足細胞、降低尿蛋白、保護腎功能的作用[56]。黃芪湯出自楊士嬴的《仁齋直指方論》，由生黃芪、生地黃、瓜蔞根、麥冬、五味子、茯苓、炙甘草組成，有益氣生津、補腎養(yǎng)陰之功效，沈倩等[57]的研究結(jié)果表明，黃芪湯能通過抑制PERK介導的ER途徑，抑制高糖誘導的足細胞損傷。除此之外，自擬方藥在干預治療DKD足細胞損傷方面也頗有療效。如固本化瘀通絡合劑由黃芪葛根湯和水陸二仙丹加減而成，方有黃芪、葛根、黃連、酒大黃、金櫻子、芡實、山藥、水蛭、鬼箭羽、菟絲子 10 味中藥，其含藥血清能提高Nephrin的mRNA和蛋白表達水平，抑制高糖誘導的足細胞損傷[58]。目前中藥復方干預DKD足細胞損傷的作用機制研究較少，且研究僅限于固定方藥，但中醫(yī)處方具有辨證施治、臨證加減的特點，藥味及用量加減是否對該方干預足細胞保護作用有影響暫無報道。

三、展望

DKD足細胞損傷機制多重復雜，發(fā)病機制之間存在交叉和相互影響，很難證明哪種機制在DKD發(fā)生和發(fā)展中起到?jīng)Q定性作用。目前研究比較熱門的是炎癥因子和自噬功能失調(diào)，還有許多對足細胞損傷起調(diào)控作用的微RNA被陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA對足細胞的影響也是一個新的研究方向。中醫(yī)藥干預DKD足細胞損傷具有優(yōu)勢，目前單味中藥及其提取物干預DKD足細胞損傷的單一機制研究較多，但對足細胞損傷的多途徑交叉作用方面、多味中藥聯(lián)合作用干預足細胞損傷機制方面研究較少，可深入探析。與此同時，“腸-腎軸”理論提出后，已有研究證明了調(diào)節(jié)腸道菌群可干預DKD的進展，但中藥恢復腸道微生態(tài)對足細胞保護的機制尚不明確，有待進一步研究，以充分發(fā)揮中醫(yī)藥多靶點整體治療的優(yōu)勢。除此之外，中藥及提取物干預DKD足細胞損傷機制面向患者研究較少，部分領(lǐng)域機制研究尚局限于動物和細胞實驗階段，希望能在安全有效的基礎(chǔ)上研制出更多的中藥制劑，真正走向臨床，解決DKD患者的病痛。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突