衰老與老年糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

陳怡，詹明

目前糖尿病腎?。―KD）已成為全球終末期腎臟?。‥SRD）的主要原因之一，是一個(gè)重大公共衛(wèi)生問題[1]。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟最新的糖尿病地圖（第9版），糖尿病的發(fā)病率隨著年齡的增長而增加[2]。衰老是一個(gè)自然的、不可避免的、漸進(jìn)的過程，隨著年齡的增長，人體組織和器官的功能結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，而腎臟是與年齡相關(guān)的組織損傷的典型靶器官。美國疾病控制和預(yù)防中心的數(shù)據(jù)顯示，年齡的增加與DKD 的發(fā)病率直接相關(guān)。同樣，在DKD 患者中，ESRD 的發(fā)病率隨著年齡的增長而增加[3]。本研究擬綜述衰老和老年DKD 的研究進(jìn)展，報(bào)道如下。

1 衰老腎臟及老年DKD 的特點(diǎn)

研究發(fā)現(xiàn)，隨著年齡的增長，腎臟體積逐年減小，單純性腎囊腫發(fā)病率逐年增加，局部瘢痕和不確定腫塊的可能性也較前增加[4]。衰老腎臟的微觀病理變化包括腎硬化、腎小球硬化、腎小球肥大、腎小球數(shù)量減少、腎小管萎縮和間質(zhì)纖維化等[5]。衰老腎臟的功能改變包括腎小球?yàn)V過率（GFR）降低、腎小球毛細(xì)血管壓升高、促紅細(xì)胞生成素產(chǎn)生減少及尿鈉排泄減少等[6]。

老年DKD的主要特征是蛋白尿、高血壓和GFR降低[7]。DKD 和衰老的共同特征是GFR 降低，水和鈉離子的重吸收減少，表現(xiàn)為多尿，主要是夜尿[8]。老年DKD患者的主要病理變化包括腎臟萎縮加劇、腎單位減少、腎小管上皮細(xì)胞萎縮、間質(zhì)纖維化、系膜擴(kuò)張、足細(xì)胞丟失及基底膜增厚等[9]。

2 衰老相關(guān)的老年DKD 的發(fā)病機(jī)制

2.1 表觀遺傳學(xué)與端?？s短和DNA損傷 衰老的表觀遺傳學(xué)是指染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和甲基化組的動(dòng)態(tài)變化，以及非編碼RNA 在環(huán)境變化中的持續(xù)協(xié)調(diào)調(diào)節(jié)[10]。DKD可能出現(xiàn)的代謝變化和持續(xù)的炎癥，可能涉及并誘發(fā)多種表觀遺傳學(xué)變化，其中DNA 甲基化是相對(duì)穩(wěn)定的一種[11]。已經(jīng)證實(shí)端粒DNA 在人類衰老的腎臟中逐漸丟失，隨著慢性腎臟病的進(jìn)展及腎功能的下降端粒不斷縮短，而高血糖會(huì)加速上述端?？s短的過程[9]。在高血糖條件下，活性氧（ROS）的產(chǎn)生和晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs）的積累可能導(dǎo)致DNA 損傷，然后引發(fā)細(xì)胞過早衰老[12]。

最新實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，在原代小鼠腎小管細(xì)胞中，青蒿素的衍生物二氫青蒿素（DHA）還原的DNMT1 表達(dá)有效地逆轉(zhuǎn)了Klotho（一種抗衰老基因）啟動(dòng)子的高甲基化，抑制Wnt/ -連環(huán)蛋白和TGF- /Smad 信號(hào)通路，減弱了腎臟中的炎癥和纖維化反應(yīng)，達(dá)到腎臟保護(hù)作用[13]。

2.2 炎癥 炎癥是DKD 的重要發(fā)病機(jī)制，也是加速衰老的一個(gè)重要因素。衰老的腎臟細(xì)胞可以分泌衰老相關(guān)分泌表型（SASP）的各種細(xì)胞因子，如白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）和腫瘤壞死因子-（TNF- ）[6]。這些SASP 相關(guān)的分子可能以旁分泌和自分泌的方式引起持續(xù)的腎臟炎癥和纖維化，以及干細(xì)胞和腎臟細(xì)胞更新功能障礙。

隨著AGEs 等毒性產(chǎn)物的累積、血流動(dòng)力學(xué)的改變以及腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（RAAS）的激活，代謝改變會(huì)增強(qiáng)腎臟的炎癥。腎臟組織中過量的ROS 產(chǎn)生會(huì)激活炎癥相關(guān)的信號(hào)通路，如蛋白激酶C（PKC）、核因子B（NF- B）和絲裂原活化蛋白激酶（MAPK），并導(dǎo)致產(chǎn)生大量細(xì)胞因子和生長因子，從而加速DKD 的進(jìn)展。在這個(gè)過程中，腎小球中細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的沉積，腎小管上皮細(xì)胞（TEC）和間質(zhì)的分化以及系膜區(qū)腎小球纖連蛋白合成的增加，最終導(dǎo)致腎臟纖維化。衰老腎臟中持續(xù)的微炎癥增加，并在衰老的表觀遺傳學(xué)改變和腎功能不全之間提供了潛在的聯(lián)系[9]。炎癥還可能與許多機(jī)制相互作用，如端?？s短、DNA損傷和表觀遺傳學(xué)改變，從而加劇腎小球和腎小管細(xì)胞的衰老損傷[14]。

2.3 自噬 自噬-溶酶體系統(tǒng)是糖尿病背景下腎臟中多種抗衰老機(jī)制的核心[9]。自噬可能通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化生長因子-（TGF- ）的表達(dá)來抑制腎臟纖維化[15]，抑制DKD 的進(jìn)展。研究表明，mTOR 信號(hào)通路[16]和絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶（AMPK）[17]是協(xié)調(diào)自噬和衰老事件的兩個(gè)關(guān)鍵因素。由此可見，通過上調(diào)參與自噬過程的因素，從而激活自噬，可以抑制老年DKD的進(jìn)展。研究發(fā)現(xiàn)，高糖可抑制腎小管上皮細(xì)胞中PINK1（一種蛋白激酶）和OPTN的表達(dá)，而線粒體自噬可以抑制高糖誘導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞過早衰老[18]。越來越多的證據(jù)表明，Klotho通過對(duì)IGF-1/PI3K/Akt/mTOR 信號(hào)通路，Beclin 1 表達(dá)和活性以及醛固酮水平的影響，在不同生理或病理?xiàng)l件下發(fā)揮誘導(dǎo)劑或抑制劑的雙重作用，可以幫助將自噬恢復(fù)到有益水平，從而抑制糖尿病腎臟細(xì)胞衰老[19]。

2.4 氧化應(yīng)激（OS） OS 是DKD 的重要致病機(jī)制之一，同時(shí)OS 對(duì)腎臟細(xì)胞有損傷和誘導(dǎo)細(xì)胞生長抑制的作用而導(dǎo)致細(xì)胞衰老。高糖誘導(dǎo)的線粒體功能障礙是氧化應(yīng)激的主要原因，并觸發(fā)腎小管上皮細(xì)胞衰老，而腎小管上皮細(xì)胞可通過線粒體自噬來調(diào)節(jié)該過程[18]。氧化應(yīng)激可通過對(duì)腎臟細(xì)胞的損傷增加、基因突變率增加，誘導(dǎo)細(xì)胞生長抑制從而導(dǎo)致細(xì)胞衰老。在糖尿病腎臟中，OS 的主要來源包括煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶激活、黃嘌呤氧化酶途徑異常、線粒體功能障礙、環(huán)氧合酶途徑失調(diào)和內(nèi)皮一氧化氮合酶解偶聯(lián)等。這些有害過程將導(dǎo)致細(xì)胞核和線粒體內(nèi)的DNA損傷，并最終通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和細(xì)胞衰老導(dǎo)致的凋亡導(dǎo)致腎固有細(xì)胞死亡。此外，高糖誘導(dǎo)的活性氧產(chǎn)生可導(dǎo)致TGF- 1 表達(dá)增加從而導(dǎo)致糖尿病腎臟纖維化，并導(dǎo)致上皮-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化[9]。

筆者以前研究表明，線粒體破壞是腎小管細(xì)胞損傷的一個(gè)重要特征，在細(xì)胞應(yīng)激或損傷過程中，動(dòng)力學(xué)的改變可導(dǎo)致線粒體的破壞[20]。在高糖環(huán)境下的近端腎小管細(xì)胞中觀察到線粒體動(dòng)力學(xué)和裂變?nèi)诤系鞍妆磉_(dá)的改變，而p66Shc 的基因消融減弱了HG誘導(dǎo)的線粒體斷裂，從而表明腎小管細(xì)胞的線粒體斷裂與氧化應(yīng)激和p66Shc 上調(diào)密切相關(guān)[21]。此外，肌醇加氧酶（MIOX）是一種調(diào)節(jié)糖尿病腎小管細(xì)胞氧化還原和凋亡的特異性酶，筆者研究發(fā)現(xiàn)，MIOX 在HG 環(huán)境中干擾線粒體質(zhì)量控制的作用，包括線粒體動(dòng)力學(xué)和線粒體自噬[22]。

2.5 Klotho 缺失和Wnt/ -連環(huán)蛋白信號(hào)激活Klotho 的抗衰老作用與它對(duì)細(xì)胞因子和生長因子信號(hào)的下調(diào)有關(guān)，如干擾素- 、胰島素樣生長因子-1 和TGF- ，并通過IGF-1 信號(hào)誘導(dǎo)胰島素介導(dǎo)的抗氧化壓力[23]。在人腎小管上皮細(xì)胞培養(yǎng)過程中，Klotho 不僅能保持線粒體質(zhì)量，抑制線粒體ROS 的產(chǎn)生，還能明顯抑制線粒體損傷，從而抑制細(xì)胞衰老[24]。

另外，Wnt/ -連環(huán)蛋白信號(hào)在DKD中被重新激活，觸發(fā)腎小管上皮細(xì)胞的細(xì)胞衰老，該通路誘導(dǎo)的線粒體功能障礙，如線粒體質(zhì)量的丟失，ROS 產(chǎn)生的增加和線粒體碎裂，在腎小管細(xì)胞衰老和年齡相關(guān)的腎纖維化中起著非常重要的作用[24]。研究表明，Klotho 阻斷Wnt 信號(hào)傳導(dǎo)可防止高級(jí)氧化蛋白產(chǎn)物對(duì)足細(xì)胞的傷害[25]。

2.6 Sirtuins 沉默信息調(diào)節(jié)因子2（Sir2）是一種依賴NAD+的去乙?；?，是熱量限制促進(jìn)壽命延長或抗衰老相關(guān)疾病的分子之一。在高等真核生物中，Sir2 被稱為Sirtuins，哺乳動(dòng)物有七個(gè)Sirtuins[26]。

Sirt1 與衰老的關(guān)系最為密切。Sirt1 蛋白表達(dá)可在正常腎臟中檢測(cè)到，其在糖尿病腎臟中的表達(dá)水平降低[27]，Sirt1 與多種細(xì)胞過程的調(diào)控有關(guān)，包括應(yīng)激反應(yīng)、細(xì)胞生存、線粒體的產(chǎn)生、自噬活性的調(diào)控、細(xì)胞能量的代謝反應(yīng)和氧化還原狀態(tài)。Sirt1 抑制NF- B的TNF- 依賴性反式活化，限制了幾種促炎基因的表達(dá)。DNA 損傷和氧化應(yīng)激可導(dǎo)致p53 的Sirt1依賴性去乙?；?，導(dǎo)致腎臟細(xì)胞凋亡和衰老減少[28]。

Sirt3是一種NAD+依賴性線粒體脫乙酰酶，正向調(diào)節(jié)許多細(xì)胞過程，包括能量代謝，線粒體反應(yīng)和抗氧化應(yīng)激[29]。熱量限制延長了各種物種的生命，研究發(fā)現(xiàn)，Sirt3 為熱量限制背景下增強(qiáng)線粒體谷胱甘肽抗氧化防御系統(tǒng)的重要參與者，表明Sirt3 依賴性線粒體適應(yīng)可能是哺乳動(dòng)物衰老遲緩的中樞機(jī)制[30]。Sirt3 的高表達(dá)降低了線粒體應(yīng)激反應(yīng)，包括氧化應(yīng)激和細(xì)胞凋亡。有研究表明，CD38 可以抑制Sirt3活性和增加腎小管細(xì)胞中的線粒體氧化應(yīng)激，從而促進(jìn)DKD 發(fā)生發(fā)展[31]。

Sirt6 也與壽命的調(diào)節(jié)有關(guān)[26]。在哺乳動(dòng)物中，組織和器官的衰老伴隨著端粒的縮短，而Sirt6 可以使組蛋白H3 的賴氨酸脫乙酰化，以維持遺傳穩(wěn)定性和端粒功能，達(dá)到抗衰老的效果。研究證實(shí)，小鼠近端腎小管上皮細(xì)胞中Sirt6 的低表達(dá)加劇了TGF-誘導(dǎo)的體外纖維化。其機(jī)制可能是Sirt6 與-連環(huán)蛋白相互作用以阻斷纖維化相關(guān)基因的轉(zhuǎn)錄過程[32]。

綜上，Sirtuins與衰老和DKD密切相關(guān)，是未來治療DKD的有效治療靶點(diǎn)，可以延緩腎臟衰老的進(jìn)程。

3 展望

目前DKD的發(fā)病率逐年上升，尤其是老年人，而衰老的早期通常不影響腎功能，這就導(dǎo)致了診斷的延遲。臨床迫切需要研究衰老背景下DKD的特殊機(jī)制，并在此基礎(chǔ)上研究早期診斷和改善預(yù)后的治療方法。