糖尿病腎病的發(fā)病機制研究

黨佳蓉，黨琳慧，郭煦妍，閆竹林，趙 菲

（陜西中醫(yī)藥大學基礎醫(yī)學院，陜西 咸陽 712046）

糖尿病腎?。╠iabetic nephropathy，DN）是糖尿病患者常見的微血管并發(fā)癥之一，是一種代謝性疾病，其中慢性高血糖癥會引發(fā)各種腎臟細胞功能障礙，最終導致進行性腎功能衰竭[1]。糖尿病腎病的臨床癥狀包括持續(xù)性蛋白尿，血壓升高，腎小球濾過率（GFR）持續(xù)降低，心血管事件發(fā)生率及相關死亡率的提高。糖尿病腎病是導致終末期腎衰竭的最常見原因之一，全球約有30%的糖尿病患者受到它的影響。糖尿病腎病的病理生理機制是多因素的，代謝、血流動力學、炎癥和自噬紊亂，均導致信號級聯(lián)的失調[2]，進而引發(fā)糖尿病腎病。本文主要對不同的發(fā)病機制進行探討，總結這些途徑及其中的關鍵因子，探索它們之間的相互關聯(lián)性，以期為臨床醫(yī)生診治及干預糖尿病腎病提供靶標。

1 糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展的階段

糖尿病腎病的發(fā)展可分為5 個階段。階段1：腎小球肥大和超濾（GHF）：在此階段，最典型的特征是腎小球肥大和超濾，但通常無明顯的癥狀，癥狀通常僅在第4 階段以后出現(xiàn)。階段2：結構改變伴正常白蛋白排泄（正常白蛋白尿）。無論糖尿病持續(xù)時間長短，該階段的特征都是白蛋白尿。在這一階段，不適當?shù)难强刂坪统瑸V是糖尿病腎病的發(fā)展的兩個必要因素[3]。階段3：初期糖尿病性腎病。該階段最典型的征象是持續(xù)性微蛋白尿。初發(fā)糖尿病腎病的患者，動脈壓和代謝控制與糖尿病腎病進展密切相關。有效的代謝控制，血管緊張素轉化酶抑制劑的治療和低蛋白飲食可減少微量白蛋白尿。階段4：明顯的糖尿病腎病。在患有糖尿病十多年的人群中，該階段的特征是持續(xù)性蛋白尿，并且通常伴有視網(wǎng)膜病和其他腎臟疾病。血清肌酐濃度正?；蚵杂猩撸谠撾A段高血壓很常見，并且隨著GFR 的降低，動脈壓升高。在此階段，通常有明顯的臨床癥狀，包括由于保水引起的腳踝、腿和手腫脹，血尿，血液中的低氧水平引起的疲勞和惡心。階段5：終末期慢性腎臟疾病。終末期腎病通常出現(xiàn)在糖尿病發(fā)作后20～25年，其特征是GFR 顯著降低，動脈高血壓和低血清腎素，蛋白排泄減少以及進行性腎功能不全。隨著腎功能的惡化，典型的尿毒癥癥狀出現(xiàn)：嗜睡、嘔吐、瘙癢、酸中毒引起的呼吸困難、水腫，偶爾還有驚厥和昏迷。

2 糖尿病腎病的發(fā)病機制

2.1 晚期糖化終產物 晚期糖化終產物（AGEs）是葡萄糖與蛋白質、脂類和核酸在高糖狀態(tài)下發(fā)生一系列非酶反應的產物，在糖尿病腎病中起著關鍵作用。AGE 可以與RAGE 結合激活細胞內信號通路，包括JAK-STAT、絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）、Nox/ROS/NF-κB 等[4]。在糖尿病腎病患者中，AGEs 的積累上調RAGE 表達，激活內質網(wǎng)（ER）和細胞膜上的Nox2，以及內質網(wǎng)膜上的Nox4。NOx 誘導ROS 產生和IKK 依賴的NF-κB 激活，發(fā)揮了促炎作用。Rap1/Raf/MAPK 通路的激活也建立在PKC 激活和ROS上調的發(fā)生后，這些都是AGE 與RAGE 相互作用之后產生的[5]。這種信號機制在體外和體內均被闡明可以引起高糖環(huán)境中Rap1b 上調，導致細胞外基質-纖維連接蛋白合成增加[6]。據(jù)報道，p38MAPK/p65NF-κB 作為RAGE 的下游途徑之一，對足細胞凋亡也起著重要作用[7]。在RAGE 刺激后，PI3K/Akt/mTOR 信號通路也可以被激活[8]。而Akt 又能夠促進NF-κB 蛋白復合物的活性，從而進一步加劇炎癥過程。另外，AGEs 本身也可以與細胞外基質（ECM）或細胞蛋白共價結合，從而進一步使細胞凋亡率增加。這些證據(jù)都表明，在高糖狀態(tài)下產生的AGEs 刺激其表面受體RAGE,激活不同的細胞內信號通路，并導致糖尿病腎病的有害后果[9]。研究表明在實驗模型中，AGE 降低或RAGE 抑制劑對糖尿病腎病起巨大作用[10]。

2.2 炎癥 高血糖、代謝紊亂、腎臟血流動力學的改變等都可以加重腎臟損傷，刺激炎癥介質和炎癥因子的產生，從而加快糖尿病腎病的進展[11]。近年來，有許多學者提出炎癥在糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要作用，并認為糖尿病腎病是一種免疫炎癥性疾病。

2.2.1 巨噬細胞 單核巨噬系統(tǒng)主要由血液單核細胞和組織巨噬細胞構成，巨噬細胞的浸潤是由多種趨化因子介導的，而高血糖和AGES 可促進單核細胞趨化因子的產生。巨噬細胞同時還可以產生多種物質，如ROS、促炎因子、趨化因子、金屬蛋白酶和補體系統(tǒng)因子，可進一步加重腎臟的損害[12]。巨噬細胞有M1 和M2 兩種激活狀態(tài)，M1 狀態(tài)的巨噬細胞可以產生TNF-α 從而促進炎癥的發(fā)生，M2 狀態(tài)的巨噬細胞可以分泌IL-10 抑制炎癥的進展[13]。因此，可以通過誘導產生M2 型的巨噬細胞從而達到控制炎癥的作用。

2.2.2 細胞因子 細胞因子被認為是糖尿病腎病的重要的發(fā)病因素，高血糖、氧自由基都可以刺激腎臟細胞產生各種細胞因子，如TNF-α、IL-6 等。它們之間相互作用、影響，構成了糖尿病腎病發(fā)病過程中復雜的細胞因子網(wǎng)絡。當腎臟出現(xiàn)炎癥病灶時，肥大細胞可以產生炎癥介質（TNF-α）誘導腎臟的損害如腎臟的過度濾過和肥大。TNF-α 可以通過作用于TNFR1 和TNFR2 來發(fā)揮作用：當TNF-α 與TNFR1受體結合后可激活凋亡信號通路，與TNFR2 結合可以招募NF-κB 誘導激酶（NIK）從而激活下游的NF-κB，導致細胞因子的產生[14]。TNF-α 與TNFR2還能促進ROS 的產生，引起微血管內皮細胞的損傷，降低了屏障功能，導致蛋白尿的產生[15]。IL-6 是由巨噬細胞、纖維母細胞及血管內皮細胞等多種細胞合成的具有多種效應的細胞因子。IL-6 可以作用于毛細血管附近的間質細胞并合成釋放膠質酶及其他細胞外蛋白酶，使糖蛋白酶和在基地膜處帶負電荷的糖蛋白降解，使得血漿中帶負電荷的蛋白質滲漏，從而導致微量白蛋白尿的發(fā)生，促進糖尿病腎病的進展[16]。

2.2.3 趨化因子 趨化因子是一種小的可溶性蛋白，可參與腎小球與腎小管的炎癥。浸潤的巨噬細胞和產生的TNF-α 可刺激腎細胞表達單核細胞趨化因子蛋白1（MCP1），MCP1 可引起腎小球基底膜的損傷還能激活單核細胞并且刺激單核巨噬細胞分泌TGF-β 從而參與腎小球的硬化，促進小管間質纖維化[17]。

2.2.4 黏附分子 細胞間黏附分子1（ICAM-1）和血管細胞黏附分子1（VCAM-1）在白細胞和血管內皮細胞的黏附作用中起重要的作用，ICAM-1 血漿水平在T1DM 患者和T2DM 患者中均升高，與蛋白尿的排泄和微量的蛋白尿有關[18]。ICAM-1 可以通過激酶反應使炎癥細胞聚集發(fā)生炎癥反應。有研究表明[19]，ICAM-1 可以加強巨噬細胞的浸潤從而促進糖尿病腎病的進展，但阻斷ICAM-1 的表達可以使腎臟病變減輕。內皮細胞和腎間質中的浸潤細胞可以增加VCAM-1 的表達，而VCAM-1 水平在T2DM患者中的升高與蛋白尿有關。

2.2.5 炎癥分子的信號通路 炎癥與糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展涉及復雜的分子網(wǎng)絡和信號通路，關注某些炎癥分子的信號通路對抑制糖尿病腎病的進展有著積極的意義。NF-κB 作為一種轉錄因子在糖尿病腎病的炎癥過程中起著重要的作用。NF-κB 可以被高血糖、晚期糖基化終末產物、ROS、炎性細胞因子、和蛋白尿等刺激激活，從而誘導激活多種炎癥基因的表達，刺激細胞因子，黏附分子，趨化因子的轉錄，驅動糖尿病腎病的發(fā)展[20]。JAK 屬于細胞質絡氨酸激酶家族，由4 個JAK 絡氨酸受體（JAK1，JAK2，JAK3和TYK2）組成，Janus 激酶/信號轉導子和轉錄激活子（JAK-STAT）途徑可以將細胞因子，趨化因子等的信號直接傳導到細胞核并激活多種細胞應答。ROS 可以激活JAK2，從而改變JAK-STAT 途徑的活化并促進腎小球的肥大[21]。研究發(fā)現(xiàn)，JAK2 可以導致糖尿病腎病小鼠的腎小球功能和病理特征顯著增加，通過口服JAK2 抑制劑可以得到明顯改善[22]。因此抑制JAK-STAT 可能會延緩糖尿病腎病的進展。Nrf2 是一種與氧化應激有關的蛋白，氧化應激又與糖尿病和糖尿病腎病的炎癥密切相關[17]。Nrf2可以直接調節(jié)促炎細胞因子，抑制炎癥和氧化應激反應，使得腎小管上皮細胞得到保護。有臨床實驗證明Nrf2 激活劑對2 型糖尿病患者具有腎保護作用[23]。

2.3 纖維化 正常的腎小球基底膜成分，如Ⅳ型膠原蛋白，纖連蛋白和層粘連蛋白在糖尿病腎病中增加，而在結節(jié)性腎小球硬化癥中，正?；啄こ煞譁p少甚至消失。有研究表明，僅在病理條件下表達的Ⅰ型和Ⅲ型膠原蛋白，出現(xiàn)在腎小球硬化的晚期[24]。TGF-β 廣泛存在于腎臟中，TGF-β1 是一種致纖維化的細胞因子，可導致腎臟的纖維化，抑制TGF-β1的表達，可使纖維化得到逆轉[25]。在進行性糖尿病腎病中，纖維化TGF-β 信號傳導被認為是“主調節(jié)劑”，它驅動細胞外基質積聚，腎小球和腎小管間質纖維化以及隨后的正常組織結構破壞，導致終末期腎臟疾病。高糖可以激活TGF-β 通路，Smad 蛋白是TGF-β 通路的一個效應蛋白，Smad 蛋白與受體結合后誘導下游的Samd2 或Samd3 磷酸化，與Samd4結合形成復合物，移位到核中，刺激足細胞分泌血管內皮生長因子（VEGF），使得足細胞肥大，導致腎小球濾過屏障受損，促進糖尿病腎病的發(fā)展[26]。而給予中和性抗TGF-β1 抗體可防止腎細胞肥大，腎小球系膜基質擴張。

2.4 腎素 腎素對于維持完整過濾屏障的完整性至關重要。糖尿病性腎病患者的腎臟中腎素表達明顯降低，電子致密裂隙膜片較少，而且糖尿病患者（有或沒有蛋白尿）的腎素排泄增加了17%～30%。因此，腎素分泌對于白蛋白尿發(fā)作之前的早期診斷具有重大的意義[27]。高血糖和AGEs 通過ROS 和腎特異性G 蛋白偶聯(lián)代謝受體GPR91 誘導腎細胞中腎素和血管緊張素原的表達，腎素-血管緊張素-醛固酮（RAAS）系統(tǒng)過度活躍加劇了DKD 的惡化[28]。通常認為，腎素原和腎素只能通過血管緊張素Ⅱ的形成和結合來發(fā)揮作用，但最近的體內研究表明，這些物質也可以通過其受體（心臟、肝臟、胎盤、大腦和腎臟能夠以高親和力結合腎素和腎素原）直接發(fā)揮血管緊張素非依賴性的作用，從而促使腎素原受體的過度表達導致血壓升高[29]。在鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠中已經表明，阻斷腎素原與受體的結合可以預防糖尿病性腎病的發(fā)展。

2.5 血脂異常 在糖尿病腎病中控制血脂非常重要，因為糖尿病腎病患者處于與心血管疾病相關的死亡的高風險中。此外，血脂異常已顯示在糖尿病腎病的發(fā)生和發(fā)展中起關鍵作用。在糖尿病患者中，脂蛋白代謝受損，出現(xiàn)極低密度脂蛋白膽固醇（VLDL-C）和低密度脂蛋白膽固醇（LDL-C）的增加以及高密度脂蛋白膽固醇（HDL-C）的降低[30]?？梢园l(fā)現(xiàn)，一系列與脂質有關的致病途徑可能與糖尿病腎病有關，如促進巨噬細胞過濾和活性氧的產生[31]：除了直接的腎小球損傷外，腎臟中的脂質沉積還可能導致腎小球系膜細胞的活化和增殖。腎小球系膜細胞的激活導致趨化因子的產生，促進了系膜中單核細胞的聚集并轉化為駐留的巨噬細胞。這些細胞產生生長因子和化學趨化因子，分別刺激細胞增殖并增強更多單核細胞向系膜的遷移[32]?；罨哪I小球膜細胞擴散的炎癥以及促纖維化介質的產生增加導致腎纖維化[33]。

2.6 活性氧 ROS 介導高糖誘導的NF-κβ 活化以及NF-κβ 依賴性單核細胞趨化蛋白（MCP）-1 的表達，從而導致腎小球系膜細胞的細胞毒性和增殖以及內皮功能障礙；此外，TGF-β1 誘導的腎小管上皮細胞中MAPK，Smad 2 的磷酸化和上皮-間質轉化也由ROS 介導。由此可見，ROS 可能充當高葡萄糖環(huán)境中發(fā)生的信號傳導細胞事件的互感器和放大器[34]。

2.7 低氧 糖尿病早期可誘導腎小球超濾，并通過鈉葡萄糖共轉運蛋白（SGLTs）增加腎小管鈉和葡萄糖的再吸收，提高了Na/K-ATP 酶的活性，導致哇巴因敏感性耗氧量增加[35]。因此，在糖尿病腎臟中，超濾在增加氧氣輸送和氧氣消耗之間觸發(fā)惡性循環(huán)，從而導致更多的氧氣供應需求，可造成缺氧，使腎血管收縮，腎血流量減少，導致腎小球濾過率降低，最終引起尿量減少與氮質血癥發(fā)生。嚴重者可發(fā)生腎小管上皮細胞壞死導致急性腎功能不全。慢性缺氧導致腎纖維化、腎功能降低、糖尿病腎病、高血壓腎病、CKD，還可通過腎球旁細胞產生促細胞生成素因子，刺激骨髓引起繼發(fā)性紅細胞增多[36]。

2.8 高血壓 腎RAAS 和血管緊張素Ⅱ（Ang Ⅱ）活性升高，可能是ACE2 降低和血管緊張素轉化酶（ACE）活性升高所致。AngⅡ通過對腎臟的直接作用以及通過醛固酮的釋放間接增加腎臟對鈉的重吸收和誘導NADPH 氧化酶與血管平滑肌細胞結合增加氧化應激和血管收縮[37]。腎鈉重吸收增加和周圍血管收縮引起的血容量增加會導致RAAS 的激活，內皮素-1（ET-1）的上調，ROS 的上調和一氧化氮（NO）的下調從而引起高血壓的發(fā)生[38]。高血壓遠期可以引起腎動脈硬化，造成蛋白尿，腎功能肌酐水平的增高，進而造成腎功能不全。

3 糖尿病腎病的治療和新觀點

糖尿病腎病導致的蛋白尿和高血壓都會導致腎小球肥大，纖維化和腎功能惡化。高糖和機械應激激活RAAS 是其主要原因，其中，AngⅡ升高了蛋白尿和腎小球內壓力；此外，蛋白尿既誘導了細胞因子的產生又進一步刺激炎癥途徑的發(fā)生[39]。目前臨床針對糖尿病腎病的重點療法主要是降壓和抗蛋白尿，這取決于ACE 抑制劑或血管緊張素受體1 受體抑制劑對RAAS 的激活的抑制作用，這些干預措施抑制了AngⅡ的產生和形成，從而降低了腎小球內壓力并減緩了AngⅡ的產生及其介導的信號傳導[40]。

糖尿病腎病的其他療法包括二肽基肽酶4（DPP-4）和鈉葡萄糖共轉運蛋白2（SGLT2）抑制劑，它們都是降血糖藥[41]。DPP-4 抑制劑可通過抑制DPP-4 酶（通常在糖尿病腎病患者中增加）來降低血糖水平，從而引起內源性血漿胰高血糖素樣肽1的增加，后者可增強胰島素分泌并抑制胰高血糖素的分泌[42]。除了降低血糖外，DPP-4 抑制劑還抑制近端腎小管細胞中高葡萄糖誘導的TGF-β1。這導致Smad2 磷酸化的下游減少以及纖連蛋白的轉錄和表達，從而改善了腎臟纖維化[43]。

一些他汀類藥物可以改善糖尿病腎病患者的蛋白尿。在ACEi 或ARB 治療的糖尿病腎病患者中，他汀類藥物具有強大的腎素保護作用，有利于腎素維持過濾屏障的完整性[44]。接受以他汀類藥物為基礎的治療可以降低LDL 的水平和減少發(fā)生重大動脈粥樣硬化事件的風險。有許多不同的研究證明他汀類藥物不僅可以降低LDL 水平，還可以影響其他糖尿病腎病機制。所有這些作用都會導致細胞外基質蛋白（如纖連蛋白）減少，以及Ⅰ、Ⅲ和Ⅳ型膠原在腎小球和間質中的積聚，從而減少腎小球和腎小管間質纖維化[45]。

4 總結

糖尿病腎病是一種全身代謝性綜合征，在其發(fā)病過程中涉及各種細胞活動和信號通路的激活、大量細胞因子和生物活性物質的相互作用。糖尿病腎病發(fā)病過程中晚期糖基化終末產物、炎癥因子、纖維化、腎素、血脂、活性氧、高血壓等均會對糖尿病腎病產生影響，如抑制AGE-RAGE 的激活可減輕炎癥反應、抑制TGF-β 可減輕腎臟的纖維化、抑制細胞因子TNF-α 的產生可以改善腎臟的屏障功能，減輕蛋白尿的產生。通過調節(jié)相應信號通路可減輕腎損傷，改善糖尿病腎病。雖然目前尚不能完全掌握各通路之間的聯(lián)系，但隨著對糖尿病腎病發(fā)病機制的不斷深入研究，可為糖尿病腎病的防治提供更多理論依據(jù)以及臨床治療的靶點和方向。