半乳糖凝集素-3 及糖基化終末產(chǎn)物對(duì)糖尿病腎病的影響

李治璇，桂騰娟，孫紫娟，吳 蔚，李 俊，趙 升，趙慶蓉

（昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院腎內(nèi)科，云南 昆明 650032）

糖尿病腎病（diabetic kidney disease，DKD）是由糖尿?。╠iabetic mellitus）引起的一種慢性腎臟疾病（chronic kidney disease，CKD），主要表現(xiàn)為持續(xù)性尿白蛋白排泄量增加，和（或）腎小球?yàn)V過(guò)率（glomerular filtration rate，GFR）進(jìn)行性下降，最終發(fā)展成為終末期腎?。╡nd-stage renal disease，ESRD）[1]。全球30%～50%的ESRD 由DKD 導(dǎo)致[2]，而我國(guó)DKD 的數(shù)量在過(guò)去的10 年中翻了2 倍[3]，已成為我國(guó)ESRD 的首要病因[4]。體內(nèi)高糖環(huán)境下晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）增多或沉積，可能通過(guò)受體或非受體途徑導(dǎo)致DKD 的發(fā)生[5]。作為AGEs 的受體之一，半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）在平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和增生中發(fā)揮著重要作用[6]。但到目前為止，關(guān)于Gal-3 與DKD 的研究仍然有限，且有互相矛盾的觀點(diǎn)?；诖耍疚木虯GEs 和Gal-3 與DKD 的關(guān)系進(jìn)行綜述，以期為DKD 的病情評(píng)估及治療提供新靶點(diǎn)。

1 DKD 的發(fā)生機(jī)制

DKD 的病理形態(tài)分為早期與晚期，早期包括腎小球肥大、腎小球基底膜增厚、足細(xì)胞損傷、系膜基質(zhì)增生和腎小管損傷，而晚期主要有腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化[7]。而這些病理形態(tài)的形成與體內(nèi)的多種機(jī)制密切相關(guān)。DKD 由多種因素介導(dǎo)，其發(fā)生和進(jìn)展主要涉及2 個(gè)途徑：血液動(dòng)力學(xué)途徑和代謝途徑。血液動(dòng)力學(xué)途徑是腎素血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）激活，使出球小動(dòng)脈收縮、腎小球毛細(xì)血管壓力增加和腎小球?yàn)V過(guò)率增加，導(dǎo)致蛋白尿的發(fā)生。同時(shí)，血管緊張素還刺激腎臟纖維化、系膜基質(zhì)增生、腎小球基底膜增厚、足細(xì)胞損傷和腎單位丟失。而各種血管活性細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子如一氧化氮、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子和內(nèi)皮素的激活也在DKD 的血流動(dòng)力學(xué)變化中起重要作用。代謝途徑主要是持續(xù)性高血糖導(dǎo)致AGEs 的形成，刺激細(xì)胞因子和生長(zhǎng)因子合成，這些因子誘導(dǎo)腎小球細(xì)胞外基質(zhì)沉積、蛋白尿和腎損傷[8]。炎癥細(xì)胞因子如白細(xì)胞介素-1、白細(xì)胞介素-6 和白細(xì)胞介素-8 以及生長(zhǎng)因子如腫瘤壞死因子α 都與DKD 進(jìn)展有關(guān)[9]。有研究表明[10]，糖尿病的病程會(huì)加速腎功能的下降，糖尿病病程大于10 年的患者腎功能惡化時(shí)間間隔明顯短于糖尿病病程小于5 年的患者。此外，衰老和一些非糖尿病的相關(guān)病理情況都可能導(dǎo)致DKD 的發(fā)生。由于生存率增加，有更多時(shí)間發(fā)展慢性并發(fā)癥以及隨著年齡增長(zhǎng)，腎功能加劇下降，這些與年齡有關(guān)的因素可能會(huì)限制腎臟儲(chǔ)備，并使腎臟更容易受到多種因素的損害，如高血壓、動(dòng)脈粥樣硬化、肥胖和腎臟毒性藥物等[11]。

2 AGEs 概述及對(duì)DKD 的影響

2.1 AGEs 的來(lái)源 AGEs 是在生物體中形成的有機(jī)分子，具有多種結(jié)構(gòu)和功能特性，被認(rèn)為是糖化過(guò)程的有機(jī)標(biāo)志物[12]。AGEs 的來(lái)源分為內(nèi)源性和外源性2 種途徑，其中內(nèi)源性途徑是健康正常的個(gè)體通過(guò)新陳代謝或衰老產(chǎn)生，而深加工食物、吸煙等是外源性AGEs 的主要來(lái)源[13]。AGEs 存在于體內(nèi)多個(gè)部位，包括血漿、血管、晶狀體、視網(wǎng)膜以及腎臟中的系膜、腎小球和基底膜等。生理狀態(tài)下，體內(nèi)的AGEs儲(chǔ)蓄量隨年齡的增長(zhǎng)而增加，并隨糖尿病患者的血糖升高而顯著增加。病理?xiàng)l件下，過(guò)量的AGEs 沒(méi)有得到降解和平衡，沉積于滑膜及細(xì)胞外基質(zhì)，可能引起多種疾病，如炎癥、糖尿病并發(fā)癥、心血管疾病、神經(jīng)退行性疾病和癌癥等。

2.2 AGEs 對(duì)DKD 的影響 在長(zhǎng)期體內(nèi)高糖環(huán)境下，AGEs 在腎臟沉積，可使腎小球細(xì)胞外基質(zhì)增生、基底膜結(jié)構(gòu)改變，最終產(chǎn)生蛋白尿，導(dǎo)致腎小球硬化[14]。AGEs 可以通過(guò)非吞噬細(xì)胞氧化酶和PKC 依賴性方式增加血管平滑肌中的電壓激活鈣進(jìn)入，從而增加大血管和微血管的血管收縮，進(jìn)一步加重DKD。此外，AGEs 還可以與多種細(xì)胞表面結(jié)合受體作用，導(dǎo)致細(xì)胞的內(nèi)吞、降解、活化、促氧化或促炎反應(yīng)[15]。最具特征的受體是AGEs 受體（RAGE），可以與AGE結(jié)合激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)，導(dǎo)致細(xì)胞的異常反應(yīng)，如炎癥、凋亡和自噬。在炎癥反應(yīng)中，RAGE 被誘導(dǎo)表達(dá)，導(dǎo)致持續(xù)的炎癥狀態(tài)。在DKD 中，RAGE 的表達(dá)上調(diào)，使活性氧物種（ROS）產(chǎn)生，降低細(xì)胞中抗氧化酶和谷胱甘肽水平，增加細(xì)胞內(nèi)氧化酶的水平，越發(fā)加劇炎癥的進(jìn)程，從而建立腎臟的慢性炎癥狀態(tài)，最終導(dǎo)致腎臟結(jié)構(gòu)和功能的逐步喪失[5]。Zhang P 等[16]研究提出，AGE 介導(dǎo)腎臟的損傷機(jī)制是通過(guò)長(zhǎng)非編碼序列Rpph1 與Gal-3 相互作用，促進(jìn)MERF/ERK轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，導(dǎo)致MCP-1 過(guò)表達(dá)和系膜細(xì)胞增殖。

3 Gal-3 概述及與DKD 的關(guān)系

3.1 Gal-3 的結(jié)構(gòu)及功能 半乳糖凝集素是一個(gè)廣泛表達(dá)的β-半乳糖苷結(jié)合凝集素家族，可調(diào)節(jié)所有生物體中的“細(xì)胞對(duì)細(xì)胞”和“細(xì)胞對(duì)基質(zhì)”的相互作用。根據(jù)碳水化合物識(shí)別域（CRD），半乳糖凝集素分為了原型、嵌合型和串聯(lián)重復(fù)型3 大類[17]。Gal-3 是約30 kDa 的嵌合型半乳糖凝集素，由LGAIS3 基因編碼，位于染色體ip13 上。Gal-3 的C 端有一個(gè)CRD，N 末端是一個(gè)多肽尾區(qū)，CRD 負(fù)責(zé)與含有N-乙酰乳糖胺的糖綴合物相互作用，N 末端結(jié)構(gòu)域?qū)|(zhì)金屬蛋白酶的蛋白水解敏感，對(duì)多聚化至關(guān)重要，并可能參與Gal-3 和其他細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)的相互作用[18]。因此，Gal-3 可以以依賴碳水化合物或不依賴碳水化合物的方式結(jié)合蛋白質(zhì)。

Gal-3 在活化的巨噬細(xì)胞、肥大細(xì)胞、嗜堿性細(xì)胞、上皮細(xì)胞（如腎和腸）及一些感覺(jué)神經(jīng)元中表達(dá)最多，在心臟、腎臟、肝臟、大腦、胰腺中也有少量表達(dá)。細(xì)胞層面上，Gal-3 在細(xì)胞核、細(xì)胞質(zhì)、線粒體、細(xì)胞表面和細(xì)胞外空間中表達(dá)，通過(guò)加強(qiáng)IgE 及其受體之間的蛋白親和力，觸發(fā)嗜堿性粒細(xì)胞和肥大細(xì)胞的活化和趨化，參與炎性反應(yīng)調(diào)控及mRNA 剪接，因此參與了細(xì)胞黏附、增殖和凋亡、抗菌活性、免疫應(yīng)答、血管生成等重要機(jī)體過(guò)程[19]。Gal-3 容易從受損細(xì)胞和炎癥細(xì)胞分泌到細(xì)胞表面或生物體液（如血清和尿液）中[20]，因此Gal-3 可作為各種病理狀況診斷或預(yù)后的生物標(biāo)志，可用于檢測(cè)心血管疾病、腎臟疾病、糖尿病、病毒感染、自身免疫性疾病、神經(jīng)退行性疾病以及腫瘤形成等某些疾病的早期階段。

3.2 Gal-3 與CKD 的關(guān)系 在腎臟中，生理情況下，Gal-3 只表達(dá)于人類、大鼠、小鼠和倉(cāng)鼠成熟腎臟遠(yuǎn)端小管的頂端，在腎小球系膜上完全沒(méi)有或僅有微弱的表達(dá)。病理情況下，Gal-3 與慢性腎炎的腎功能下降及蛋白尿有關(guān)。Gal-3 在CKD 中發(fā)揮作用，可用于CKD 的診斷、臨床結(jié)局以及一般人群腎功能的預(yù)測(cè)。Ji F 等[21]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，CKD患者eGFR 降低和血清Gal-3 升高，表明Gal-3 在CKD 診斷中有潛在作用。O'Seaghdha CM 等[22]在Framingham Offspring 研究中發(fā)現(xiàn)，血清高水平Gal-3 可使eGFR 快速降低及CKD 的風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，Gal-3 與蛋白尿的關(guān)系也較為密切。Iacoviello M等[23]研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3 水平是微量白蛋白尿、糖尿病以及高中心靜脈壓的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，推測(cè)Gal-3 通過(guò)促進(jìn)腎纖維化，可能介導(dǎo)腎功能和心功能障礙。Yilmaz H 等[24]在研究血清Gal-3 水平與家族性地中海熱患者蛋白尿的關(guān)系時(shí)發(fā)現(xiàn)，蛋白尿組患者血清中Gal-3 的含量明顯高于非尿蛋白組患者，說(shuō)明Gal-3 與家族性地中海熱中的蛋白尿有關(guān)，可能在腎淀粉樣變性的發(fā)病機(jī)制中發(fā)揮作用。Gal-3 與腎功能及蛋白尿相關(guān)，由此可以推測(cè)Gal-3 與DKD 也有一定關(guān)聯(lián)。

3.3 Gal-3 與DKD 的關(guān)系

3.3.1 Gal-3 是DKD 的預(yù)測(cè)因子 有研究發(fā)現(xiàn)[6]，Gal-3 可以通過(guò)與膠原纖維、層黏連蛋白以及纖維連接蛋白結(jié)合，促進(jìn)巨噬細(xì)胞與血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附。而作為AGEs 的受體，同時(shí)可以與AGEs 修飾的蛋白結(jié)合，在平滑肌細(xì)胞轉(zhuǎn)移和增生中發(fā)揮重要作用，從而加速糖尿病患者的動(dòng)脈粥樣硬化進(jìn)程。然而近幾年的研究主要集中在血清Gal-3 水平與DKD 病程的聯(lián)系，相關(guān)病理機(jī)制的研究較少。Hodeib H 等[25]研究發(fā)現(xiàn)，大量蛋白尿患者的血清Gal-3 平均水平高于微量白蛋白尿患者，而微量白蛋白尿患者又高于正常白蛋白尿患者，這表明Gal-3 的增加在DKD的發(fā)展和進(jìn)展中起重要作用，提示Gal-3 是T2DM患者進(jìn)展為微量白蛋白尿、大量蛋白尿、透析和死亡的重要預(yù)測(cè)因子。Hussain S 等[26]研究發(fā)現(xiàn)，血清Gal-3 含量在DKD 患者中顯著增加，且與eGFR 呈負(fù)相關(guān)，提出Gal-3 是DKD 的潛在標(biāo)志物，具有診斷作用。Tan KCB 等[27]研究也發(fā)現(xiàn)，Gal-3 與DKD 的進(jìn)展（如大量白蛋白尿）、腎功能惡化（如血清肌酐加倍）以及平均隨訪9 年后開(kāi)始腎臟替代治療獨(dú)立相關(guān)。由此可以得出，Gal-3 與DKD 相關(guān)，可以作為DKD 診斷的預(yù)測(cè)因子，但Gal-3 是DKD 的生物標(biāo)志物，還是參與或加速了DKD 的發(fā)生進(jìn)展還需要進(jìn)一步研究證明。

除了與DKD 的蛋白尿相關(guān)，Gal-3 與DKD 終末期的透析治療預(yù)后有關(guān)。Drechsler C 等[28]對(duì)德國(guó)LURIC 和4D 糖尿病透析患者研究中發(fā)現(xiàn)，血清Gal-3 水平隨著腎功能下降而升高，并且與腎功能受損患者的心血管事件、感染和全因死亡率等臨床終點(diǎn)獨(dú)立相關(guān)。另一項(xiàng)多中心、前瞻性、觀察性研究也發(fā)現(xiàn)[29]，Gal-3 水平增加是血液透析患者全因死亡率和心臟死亡率的決定因素。Hogas S 等[30]研究證實(shí)，血清Gal-3＞23.73 ng/ml 是血液透析患者死亡的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子。可見(jiàn)，血清Gal-3 的升高預(yù)示著DKD 的發(fā)生，也提示了DKD 透析患者的預(yù)后較差，為DKD 的病情評(píng)估及干預(yù)治療提供了方向。

然而，也有研究認(rèn)為Gal-3 可能與DKD 無(wú)關(guān)，如Yücel N 等[31]納入了137 例T2DM 患者，根據(jù)ACR 將其分為3 組并測(cè)定血清中Gal-3 含量，統(tǒng)計(jì)分析后發(fā)現(xiàn)3 個(gè)亞組的血清Gal-3 水平?jīng)]有顯著差異，且血清Gal-3 含量與尿白蛋白、糖化血紅蛋白、空腹血糖值沒(méi)有任何關(guān)系。因此，Gal-3 與DKD 的關(guān)系需臨床多中心、大樣本的前瞻性研究進(jìn)一步探索。

3.3.2 Gal-3 是DKD 的保護(hù)因子 在動(dòng)物學(xué)實(shí)驗(yàn)中，Okamura DM 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，與野生型小鼠相比，Gal-3 敲除小鼠的腎臟纖維化程度更嚴(yán)重，說(shuō)明Gal-3 可能減少腎小管細(xì)胞的凋亡，調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)，從而抑制腎臟纖維化，改善細(xì)胞外重塑，這提示Gal-3 對(duì)慢性腎損傷有保護(hù)作用。而Luís C 等[33]發(fā)現(xiàn)，在糖尿病小鼠中，Gal-3 含量在腎臟皮質(zhì)和髓質(zhì)集合管內(nèi)表達(dá)中上調(diào)，腎小球、近端小管、遠(yuǎn)端小管也有少量表達(dá)，在抑制Gal-3 表達(dá)后，內(nèi)皮細(xì)胞中的氧化應(yīng)激產(chǎn)物含量增加，這說(shuō)明Gal-3 可以防止細(xì)胞內(nèi)的氧化應(yīng)激。以上實(shí)驗(yàn)表明，Gal-3 在DKD 的腎臟損傷機(jī)制中起到一定的保護(hù)作用，但關(guān)于Gal-3 與DKD 的機(jī)制性研究目前較少，還需要大量研究來(lái)證實(shí)。

4 總結(jié)

由于糖尿病患者人數(shù)不斷上升，DKD 已成為糖尿病患者死亡和致殘的首要原因。DKD 起病隱匿，病理變化不易逆轉(zhuǎn)，因此尋找更加靈敏可靠的分子標(biāo)志物對(duì)其早期診治具有重要意義。在DKD 的發(fā)病機(jī)制中，糖尿病患者體內(nèi)AGEs 增多或沉積，可以通過(guò)非受體依賴途徑和受體依賴途徑引起腎臟的損害，使腎小球細(xì)胞外基質(zhì)增生、基底膜結(jié)構(gòu)改變，最終產(chǎn)生蛋白尿，致使腎小球出現(xiàn)硬化，導(dǎo)致DKD 的發(fā)生。Gal-3 作為AGEs 的一個(gè)受體，與DKD 患者的蛋白尿及透析治療的預(yù)后密切相關(guān)，可能還對(duì)腎臟有一定的保護(hù)作用。但關(guān)于Gal-3 與DKD 的相關(guān)病理機(jī)制研究較少，兩者之間的關(guān)系還需要深入研究，以期為DKD 的病情評(píng)估及治療提供新靶點(diǎn)。