維生素D結(jié)合蛋白在糖尿病腎臟病中的作用機制探討

孫 妍，高玉葉，高 碩

(1.山東第一醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院 兒內(nèi)科，山東 濟南 250098；2.山東第一醫(yī)科大學(xué)，山東 濟南 250062)

糖尿病是威脅人們生命質(zhì)量的重要慢性疾病，三分之一的患者并發(fā)糖尿病腎臟病(diabetic kidney disease, DKD)，出現(xiàn)蛋白尿增多和腎小球濾過率(glomerular filtration rate, GFR)下降，腎功能下降可獨立于蛋白尿作為DKD新的臨床表型[1]。約30%的1型糖尿病(type 1 diabetes, T1D)患者和40%的2型糖尿病(type 2 diabetes, T2D)患者發(fā)生DKD[2]，DKD可逐步進展為終末期腎病(end stage renal disease，ESRD)，約40%患者需要腎移植[3]，是糖尿病患者的主要死因。作為代謝紊亂引起的炎性反應(yīng)性疾病[4-6]，DKD發(fā)病機制尚不明確。巨噬細胞在DKD的腎小球和腎小管均有浸潤，是DKD特征性炎性反應(yīng)，也是發(fā)病中心環(huán)節(jié)。尿維生素D結(jié)合蛋白(vitamin D binding protein，VDBP)是DKD早期診斷標志物，可轉(zhuǎn)化為強效巨噬細胞活化因子(macrophage activating factor，MAF)，又稱單核細胞趨化蛋白(monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)，激活并增強巨噬細胞功能?，F(xiàn)就VDBP在DKD的相關(guān)機制進行綜述。

1 VDBP的結(jié)構(gòu)

VDBP為Gc球蛋白，相對分子量為51 000～58 000的血漿球蛋白，屬于結(jié)合白蛋白超家族，此家族中還有白蛋白、甲胎蛋白等。人VDBP基因位于4號染色體(4q12-q13)，包含13個外顯子和12個內(nèi)含子。目前已發(fā)現(xiàn)多種VDBP基因多態(tài)性，最常見的2個單核苷酸多態(tài)性位點位于11號外顯子rs7041和rs4588，其突變組合產(chǎn)生的3種最常見的等位基因表型為GclF、GclS和Gc2。單核苷酸多態(tài)性可影響蛋白質(zhì)穩(wěn)定性、柔韌性和聚集性，功能位置、反應(yīng)動力學(xué)和對環(huán)境參數(shù)的依賴性。單核苷酸多態(tài)性是VDBP蛋白質(zhì)轉(zhuǎn)運的影響因素，rs7041純合子基因型人群中，25羥維生素D濃度顯著較高[7]。VDBP主要由肝臟合成，腎臟可分泌少量VDBP，也在人體其他多種組織表達，如性腺、脂肪組織及中性粒細胞。VDBP由腎小球濾過，在近端腎小管上皮細胞重吸收，經(jīng)尿液微量排泄[8]。血清VDBP表達水平相對恒定，肝臟疾病、腎病綜合征或嚴重營養(yǎng)不良狀態(tài)下表達水平降低。

2 VDBP生理作用

VDBP是血漿中維生素D及其代謝產(chǎn)物最主要的轉(zhuǎn)運蛋白，結(jié)合維生素D及其衍生物僅占VDBP總含量的5%，還具有其他重要作用。VDBP基因多態(tài)性與乳腺癌及前列腺癌的易感性相關(guān)，VDBP水平與肺病、多發(fā)性硬化癥嚴重程度及預(yù)后正相關(guān)，其炎性因子作用受到越來越多的重視。主要的生理作用包括以下幾個方面：

2.1維生素D轉(zhuǎn)運作用 25羥維生素D和1, 25(OH)2D3大部分都以VDBP結(jié)合形式轉(zhuǎn)運，少部分與白蛋白松散結(jié)合或自由流通。游離維生素D是生物活性部分，25羥維生素D是反映人體維生素D營養(yǎng)狀態(tài)的最佳指標。VDBP通過結(jié)合反應(yīng)顯著延長25羥維生素D的半衰期，對于維持血清維生素D濃度穩(wěn)定、調(diào)節(jié)生物活性具有重要作用。

2.2肌動蛋白結(jié)合作用 VDBP的氨基末端結(jié)構(gòu)域與維生素D代謝物結(jié)合，另外的羧基末端結(jié)構(gòu)域與肌動蛋白結(jié)合。通過結(jié)合并清除肌動蛋白，VDBP實現(xiàn)減輕全身血管閉塞和細胞損傷的作用，降低膿毒癥等炎性反應(yīng)以及多臟器功能損害的風(fēng)險。

2.3中性粒細胞趨化作用 通過增強補體相關(guān)肽的趨化作用，促進中性粒細胞聚集。中性粒細胞在機體抗感染中發(fā)揮著重要作用，在微生物病原體侵襲機體后快速趨化到炎癥部位，吞噬病原并防止擴散，具有重要的免疫防御功能。

2.4巨噬細胞活化作用 VDBP在T淋巴細胞唾液酸酶和B淋巴細胞β半乳糖甘酶轉(zhuǎn)化酶的脫糖基化作用下，生成DBP maf(巨噬細胞活化因子)即MAF或MCP-1，對于巨噬細胞具有強大趨化作用，通過刺激巨噬細胞炎癥反應(yīng)，參與宿主防御以及炎性損傷。巨噬細胞活化后分泌ROS、IL-1、TNF-α等炎性反應(yīng)介質(zhì)，進一步造成組織損傷。腎臟巨噬細胞浸潤與DKD血糖、糖化血紅蛋白水平、蛋白尿及血肌酐升高、腎臟纖維化密切相關(guān)，與預(yù)后密切相關(guān)。

3 DKD的發(fā)病機制

DKD除了經(jīng)典的蛋白尿表型，出現(xiàn)了兩種新的表型，即“非白蛋白腎損害”和“進行性腎功能降低”，通過進行性蛋白尿增加和腎小球濾過率下降，DKD可逐步進展為ESRD。DKD發(fā)病機制尚未完全闡明，主要包括以下幾個方面：

3.1遺傳因素 家族聚集性證實了遺傳因素在DKD發(fā)病中的重要作用。許多基因如吞噬和細胞運動蛋白1、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶、內(nèi)皮型一氧化氮合酶、超氧化物歧化酶1等均是DKD的易感基因。全基因組關(guān)聯(lián)發(fā)現(xiàn)染色體3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q均與DKD顯著相關(guān)。

3.2高血糖毒性作用 高血糖涉及多種細胞和多種信號通路的激活，包括非酶糖化終產(chǎn)物增加、山梨醇產(chǎn)生增加、氧化應(yīng)激增強、蛋白激酶C和TGF-β活性增強等。長期高血糖使腎小球處于高濾過狀態(tài)，腎小球內(nèi)的高灌注和球內(nèi)高壓加重，毛細血管通透性增加，蛋白尿不斷進展，腎小球逐步硬化。

3.3脂毒性作用 DKD常伴有血脂異常。腎組織局部腎素-血管緊張素系統(tǒng)在DKD過度激活，血管緊張素Ⅱ誘導(dǎo)腎臟系膜細胞LDL受體負反饋調(diào)節(jié)失衡，導(dǎo)致LDL受體表達上調(diào)，細胞內(nèi)脂質(zhì)攝入增加。游離脂肪酸(free fatty acids，F(xiàn)FA)通過促進胞漿內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激反應(yīng)及活性氧的過量產(chǎn)生，導(dǎo)致細胞功能失常甚至死亡，稱為“脂毒性”，累及腎組織多種細胞功能。其中，足細胞脂質(zhì)沉積是DKD的重要決定因素。DKD患者腎小球中連接黏附分子樣蛋白(junctional adhesion molecule-like protein，JAML)高表達，JAML通過SIRT1/SREBP1信號調(diào)節(jié)足細胞脂質(zhì)代謝[9]，其水平與腎組織脂質(zhì)積聚和腎小球濾過率密切相關(guān)。

3.4其他通路作用 多種炎癥細胞、信號通路在DKD發(fā)生發(fā)展中具有重要作用，非編碼RNA( non-coding RNA，ncRNA)、細胞焦亡、自噬、外泌體等在新近報道中證實參與DKD病程進展。非編碼RNA參與表觀遺傳修飾，可通過調(diào)節(jié)炎癥反應(yīng)、細胞焦亡和自噬參與糖尿病腎損傷。細胞焦亡是一種細胞程序性死亡方式，炎癥小體通過激活Caspase-1等途徑，促使細胞腫脹、細胞破裂并釋放炎性物質(zhì)。Gasdermin D(GSDMD)是細胞焦亡特征性蛋白，在DKD患者腎小管表達明顯增加。另外，足細胞自噬功能不全可通過激活DKD內(nèi)皮損傷的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，導(dǎo)致足細胞損傷，產(chǎn)生大量蛋白尿[10]。外泌體miR-19b-3p介導(dǎo)腎小管上皮細胞和巨噬細胞之間交流，通過促進小管間質(zhì)炎癥參與DKD發(fā)生發(fā)展。

4 VDBP在DKD的作用

新近研究表明，尿VDBP水平是DKD新的早期診斷標志物。DKD患者尿VDBP水平提高，呈現(xiàn)促炎性狀態(tài)下的反應(yīng)[11-13]。隨著DKD病情進展，血清和尿VDBP表達增加[14]，尿VDBP表達與患者GFR、尿素氮、肌酐、尿蛋白有關(guān)，對評估DKD病情有一定價值，成為診斷和疾病評估的生物學(xué)指標[15-17]。VDBP通過以下機制參與糖尿病相關(guān)腎臟病的進展：

4.1VDBP基因多態(tài)性與糖尿病及并發(fā)癥密切相關(guān) VDBP基因型gc1s-2在日本人群證實與T2DM相關(guān)[18]。VDBPrs7041GG/GT基因型的慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)發(fā)生率較低，25羥維生素D水平較高[19]。25羥維生素D水平在糖尿病患者與GFR下降速度呈負相關(guān)。由此證明，VDBP基因型不僅與糖尿病發(fā)病密切相關(guān)，也與糖尿病腎功能具有相關(guān)性。

4.2影響糖代謝和增加胰島素抵抗 糖尿病患者VDBP水平增加，維生素D生物利用度降低。維生素D通過其受體作用于免疫、血液多種組織系統(tǒng)。胰島β細胞上存在維生素D3受體，1, 25(OH)2D3是正常胰島素分泌所必需。維生素D低水平與肥胖個體糖代謝損傷有關(guān)[20]，與糖尿病控制不良高度相關(guān)[21]，對β細胞功能和胰島素敏感性(insulin sensitivity，IS)有負影響。尿VDBP升高可通過調(diào)節(jié)胰腺β細胞的活性維生素D含量，促進高胰島素血癥和胰島素抵抗[22]。此外，VDBP轉(zhuǎn)化為MAF，激活TNF-α等細胞因子和免疫反應(yīng)，在胰島素分泌中亦發(fā)揮重要影響。

4.3VDBP的脂毒性作用 胰島β細胞VDBP可結(jié)合血液中游離脂肪酸，誘導(dǎo)β細胞功能異常，損傷正常自噬功能，誘導(dǎo)細胞凋亡，最終減少β細胞絕對數(shù)量，加重胰島素的分泌功能受損。同時，游離脂肪酸具有脂毒性，介導(dǎo)氧化應(yīng)激，提高系膜細胞炎性因子的分泌，對腎小管和腎小球造成脂質(zhì)腎損害。細胞實驗中，棕櫚酸通過增加肌醇酶1水平與激活c-Jun氨基端激酶途徑產(chǎn)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激激活I(lǐng)κB激酶β/核因子κB等途徑促進炎癥效應(yīng)，并活化氧化應(yīng)激途徑。

4.4VDBP介導(dǎo)炎癥反應(yīng) VDBP在脫糖基化作用下轉(zhuǎn)化為強效MAF，其是已知最強的趨化和激活單核細胞的因子。糖尿病腎組織的巨噬細胞浸潤是DKD進展的重要組織學(xué)特征[23]。MAF通過刺激活性氧促使氧化應(yīng)激反應(yīng)和蛋白酶產(chǎn)生而不斷激活巨噬細胞，釋放趨化因子CCL18等各種炎性介質(zhì)，促進細胞外基質(zhì)增多，加速腎小球硬化和腎纖維化[24]。腎間質(zhì)纖維化是慢性腎臟病的共同轉(zhuǎn)歸。氧化應(yīng)激又進一步引起糖醛還原酶及多元醇途徑、己糖胺途徑等激活，最終形成糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)，使腎臟纖維化相關(guān)基因表達上調(diào)，產(chǎn)生腎臟慢性炎性反應(yīng)，加劇纖維化[25]。糖尿病的高血糖狀態(tài)、AGEs共同誘導(dǎo)腎組織細胞產(chǎn)生一系列趨化因子，促進炎癥不斷進展。此外，DKD患者腎小管上皮細胞富含亮氨酸的α-2-糖蛋白1通過TGFβR1途徑激活巨噬細胞，細胞之間存在通訊機制[26]。炎癥反應(yīng)推動DKD不斷進展，黃芩苷可通過減輕氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)對DKD有一定的治療作用[27]。

5 展望

尿VDBP水平升高，為我們臨床上早期診斷DKD開辟一條新的思路[28]。糖尿病慢性炎癥增加尿VDBP濃度，并降低維生素D生物可利用度，腎功能損害亦會加重維生素D的缺乏。尿VDBP增加預(yù)示著腎內(nèi)和腎外維生素D的缺乏[29]，而維生素D缺乏與DKD發(fā)展密切相關(guān)[30]。研究發(fā)現(xiàn)，腎病患者適當補充維生素D類似物，一方面通過抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)減輕DKD炎癥反應(yīng)，另外還具有抗增殖、抗轉(zhuǎn)移作用并改善內(nèi)皮功能，從而顯著降低尿蛋白排泄率[31]。有研究報道，1, 25(OH)2D3通過對多聚二磷酸腺苷核糖聚合酶的抑制，發(fā)揮抗炎作用，減少高糖對足細胞的損傷，降低蛋白尿[32]。隨著VDBP作用機制的進一步明確，為DKD的治療提供了新的方向。

綜上所述，尿VDBP與DKD密切相關(guān)，通過基因多態(tài)性、胰島素抵抗、脂毒性作用及氧化還原等炎癥反應(yīng)，在DKD的發(fā)生發(fā)展中具有重要作用。VDBP水平增加，維生素D生物利用度下降，補充維生素D可以降低蛋白尿，對于DKD的防治具有良好的應(yīng)用前景。