槲皮素治療糖尿病腎病的作用機制研究進展

孟德森,靳英麗

0 引言

在糖尿病患者中,約有30%～40%的患者會出現(xiàn)糖尿病腎病(Diabetic nephropathy,DN)并發(fā)癥[1]。DN的發(fā)生和發(fā)展主要受糖尿病患者體內(nèi)高糖環(huán)境的影響,異常的糖代謝加重了腎臟的糖負荷,高糖代謝也造成活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的大量產(chǎn)生,活性氧可誘導(dǎo)多種損傷因子,最終將導(dǎo)致腎小球、腎小管等結(jié)構(gòu)纖維化[2]。腎臟的血流動力也將改變,進一步加重腎小球、腎小管的腫脹和硬化,并影響其濾過功能[3]。另外,在DN的進展過程中,常常也伴隨著復(fù)雜的免疫炎癥反應(yīng)[4]。因此,DN是一種進行性的繼發(fā)性腎病,隨著疾病的進展逐漸發(fā)展為腎病綜合征甚至終末期腎病。

槲皮素是一類天然的分布廣泛的黃酮醇類化合物,基于其抗炎、抗氧化、調(diào)節(jié)免疫功能等作用[5],諸多研究者將其應(yīng)用于治療DN的基礎(chǔ)研究中,并取得了一些成果。本文從DN的發(fā)生發(fā)展機制及臨床病理改變著手,總結(jié)近年應(yīng)用槲皮素治療DN的作用機制研究進展,旨在為DN的治療提供探索方向。

1 槲皮素改善腎臟實質(zhì)損傷

1.1 緩解腎臟結(jié)構(gòu)纖維化 糖尿病患者體內(nèi)細胞在高糖環(huán)境下,由于線粒體超負荷工作,導(dǎo)致活性氧產(chǎn)生過多,同時細胞內(nèi)抗氧化的還原型輔酶Ⅱ含量不足,這一過程常常導(dǎo)致一定程度的炎癥反應(yīng)。在大量活性氧累積的作用下,腎小球、腎小管間質(zhì)等結(jié)構(gòu)也逐漸發(fā)生纖維化改變[2]。Zhu等[6]在對青錢柳水提取物的研究中發(fā)現(xiàn),其主要活性成分槲皮素通過阻斷ROS/NLRP3/IL-1β途徑的活化,對誘發(fā)的腎臟炎癥顯示出明顯的治療效果,表明槲皮素可以改善活性氧的累積,可能作為緩解腎臟炎癥損傷的治療藥物。

另外,在高糖和活性氧累積的作用下,腎小球系膜細胞(Glomerular mesangial cell,GMC)常常在DN進展中表現(xiàn)出明顯的增殖現(xiàn)象[7-9]。Lei等[10]研究了槲皮素對高葡萄糖誘導(dǎo)的小鼠GMC和瘦素缺陷型受體(Leprdb)突變小鼠(db/db)GMC增殖的影響機制,發(fā)現(xiàn)槲皮素可以抑制高葡萄糖處理小鼠和DN小鼠中的GMC增殖?？梢婇纹に啬軌蚓徑釪N的疾病進展,并在一定程度上可以減輕GMC的異常增殖及損傷,延緩腎小球的纖維化改變。Hu等[11]基于此研究,發(fā)現(xiàn)類黃酮化合物槲皮素可通過抑制上游氧化應(yīng)激和炎癥途徑,促進足細胞自噬并抑制腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的過度活躍,最終緩解DN。由此說明槲皮素可嘗試用于治療DN導(dǎo)致的腎小球纖維化病變。

1.2 緩解腎臟血管病變 K-W結(jié)節(jié)又稱結(jié)節(jié)性腎小球硬化癥,是DN的特征性病理改變之一。有報道,微血管損傷是K-W結(jié)節(jié)形成的重要條件[12],因此,通過控制血管損傷,可能緩解K-W結(jié)節(jié)的形成與腎纖維化。研究顯示,部分中藥方劑可通過多靶點結(jié)合參與控制炎癥反應(yīng)、促進血管生成等方式,緩解高糖導(dǎo)致的血管損傷,通過篩選靶標驗證,其組分之一的槲皮素具有較好的靶點結(jié)合活性[13-14],可以采用單一的槲皮素提取物或者含槲皮素的復(fù)方中藥制劑修復(fù)患者的血管功能。此外,槲皮素可以在糖尿病患者血管內(nèi)皮受損的基礎(chǔ)上,促進全身多處器官的損傷血管再生成。應(yīng)用槲皮素可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜微血管內(nèi)皮細胞[15]、腸道微血管內(nèi)皮細胞[16]等再生和修復(fù)。因此,槲皮素應(yīng)用于腎臟微血管的再生修復(fù)具有一定可行性,有待基礎(chǔ)和臨床研究進一步證實。

同時,腎臟的血管損傷及實質(zhì)病變常常導(dǎo)致腎動脈高壓,多數(shù)糖尿病患者也常伴隨血壓、血脂的升高。因此,在臨床中常要輔以降血壓藥物和降血脂藥物治療。Elbarbry等[17]的研究中證明了槲皮素的抗高血壓作用,并且其會抑制腎臟細胞色素酶CYP4A的活性,從而影響花生四烯酸在腎臟中的代謝。這表明槲皮素在保護血管內(nèi)皮完整、增加血管彈性的同時,具有一定程度的抗高血壓能力。此外,Li等[18]通過實驗驗證槲皮素有助于調(diào)節(jié)糖尿病患者的血脂異常,這將有效地緩解高血脂對腎臟血管結(jié)構(gòu)的損害。因此,槲皮素可能在改善DN的同時,解決糖尿病患者血壓、血脂異常的問題,也可以緩解腎臟結(jié)構(gòu)在腎血管高壓、高脂血液環(huán)境下的進一步受損。

2 槲皮素調(diào)節(jié)腎臟生理功能

2.1 調(diào)節(jié)腎臟異常糖代謝 葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白由SLC2 (Solute carrier family 2)基因編碼,屬于協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白超家族,負責(zé)葡萄糖的攝取和代謝[19]。糖尿病患者在高糖狀態(tài)下,全身糖代謝發(fā)生障礙,此時體內(nèi)近半數(shù)的葡萄糖經(jīng)過腎臟代謝。因此,腎臟細胞葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的活性增強,高糖誘導(dǎo)的損傷介質(zhì)也進一步增強了腎細胞葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的活性。在腎臟細胞糖代謝中,參與葡萄糖攝取轉(zhuǎn)運的蛋白包括位于腎小管上皮細胞管腔膜的介導(dǎo)繼發(fā)性主動轉(zhuǎn)運的鈉-葡萄糖協(xié)同轉(zhuǎn)運蛋白(Sodium-dependent glucose cotransporters,SGLTs)和位于腎小管上皮細胞基側(cè)膜的介導(dǎo)易化擴散的葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白(Glucose transporters,GLUTs),調(diào)節(jié)腎臟異常糖代謝可從這2類葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白的研究著手。

在Nassar等[20]的研究中,研究者聯(lián)合應(yīng)用槲皮素和二甲雙胍,證實了槲皮素可以影響GLUT基因的表達,實驗組對病變腎臟的改善最明顯,且作用強于單獨應(yīng)用二甲雙胍。另有研究證實,槲皮素也可以增強胰島素受體β亞基的mRNA表達,進而降低高血糖水平[21-22]。

SGLT抑制劑是新型口服抗糖尿病藥物,可以顯著減少2型糖尿病患者的心血管事件以及腎臟疾病的進展[23],但研究顯示,SGLT-2抑制劑可引起生殖器感染[24]。因此,SGLT-2在臨床上的應(yīng)用價值仍待進一步研究闡明,且槲皮素是否可以影響SGLT基因的表達目前未見相關(guān)文獻報道。

2.2 控制腎臟免疫復(fù)合物沉積 DN患者常常伴隨腎臟炎癥反應(yīng),造成腎臟實質(zhì)的破壞與免疫復(fù)合物的沉積加重,免疫復(fù)合物的沉積又進一步導(dǎo)致腎臟炎癥反應(yīng)的加重。因此,控制腎臟免疫復(fù)合物沉積和緩解炎癥反應(yīng)是治療DN的一條重要途徑。同時,參與免疫炎癥反應(yīng)的補體系統(tǒng)、模式識別受體、免疫因子等激活途徑為DN的治療提供了多種可供參考的干預(yù)靶點選擇。近年來,相關(guān)學(xué)者基于網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)及分子研究,篩選出一系列的DN疾病基因靶點、中藥有效成分及作用靶點,見表1。從表1中可見,在目前常見的用于治療DN的中藥制劑中,對DN治療有意義的有效成分大多含有槲皮素,且這些有效成分影響調(diào)控的信號通路分布廣泛。

表1 常見治療糖尿病腎病的中藥制劑的主要活性成分及其主要調(diào)控通路

研究顯示,含有槲皮素的天然植物成分可以減少炎癥因子IL-6、TNF-α和免疫球蛋白IgG的血清水平[39],但槲皮素是否可以改善IgG與補體成分在腎小球、腎小管的沉積仍未見相關(guān)研究。有報道,槲皮素可抑制IL-1β、IL-6、TNF-α等基因的表達[40-41]。表1說明槲皮素具有多靶點藥物的性質(zhì)并有一定的抗炎作用,上述基因表達靶點也將可能成為DN治療的重要干預(yù)靶點。

2.3 改善腎臟濾過功能 腎臟足細胞,即腎小囊臟層上皮細胞,附著于腎小球基底膜(Glomerular basement membrane,GBM)的外側(cè),參與構(gòu)成腎臟血液濾過屏障的一部分[42]。在DN的發(fā)生與進展中,腎小球的高灌注、高濾過常起關(guān)鍵作用,導(dǎo)致足細胞損傷。此外,足細胞損傷也可因免疫復(fù)合物介導(dǎo)[43]、腎小球細胞功能異常等機制發(fā)生。槲皮素可以改善DN患者異常的糖代謝和免疫復(fù)合物沉積,有利于延緩足細胞的損傷。Liu等[44]研究顯示,槲皮素通過抑制表皮生長因子受體(EGFR)信號通路減輕足細胞凋亡,同時可以減少蛋白尿的生成。此外,槲皮素可增加足細胞標記蛋白ncphrin和WT-1的表達,以改善足細胞損傷[45]。由此可見,槲皮素可以緩解足細胞損傷,改善腎臟受損的濾過功能。

此外,在DN的進展過程中,由于腎小球、腎小管等損傷及腎動脈高壓的出現(xiàn),常伴發(fā)病理性蛋白尿。在Chen等[46]的一項關(guān)于先兆子癇的研究中,證實補充槲皮素可以進一步增強降低收縮壓和減少蛋白尿的效果。同時,通過網(wǎng)絡(luò)藥理學(xué)模型分析,部分主要活性成分為槲皮素的中藥制劑,可以通過結(jié)合多靶點,減少蛋白尿的生成[47]。

3 槲皮素對高糖環(huán)境細胞的保護作用

3.1 槲皮素保護胰島B細胞 目前臨床常用的治療糖尿病藥物(如雙胍類藥物、α-糖苷酶抑制劑等)均可有效控制高血糖,但血管并發(fā)癥在糖尿病患者中仍很常見。Ghorbani等[48]采用隊列研究證明,保留的胰島B細胞功能可延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)展,同時,高糖環(huán)境導(dǎo)致過量的活性氧累積,通過內(nèi)在途徑誘導(dǎo)胰島B細胞凋亡。因此,為保護患者未受損傷的胰島B細胞,臨床用藥的同時,應(yīng)清除細胞中積累的過量活性氧,而槲皮素可以改善活性氧的過度累積,聯(lián)合應(yīng)用槲皮素和降血糖藥物,可能實現(xiàn)保護胰島B細胞的目的。

此外,研究表明,類黃酮化合物槲皮素可以通過抑制NF-κB信號傳導(dǎo)、激活PI3K/Akt途徑、抑制一氧化氮的產(chǎn)生[48-50]、逆轉(zhuǎn)溶酶體功能障礙[51]等方式維持胰島B細胞存活。Dhanya等[52]也通過實驗證明了槲皮素通過激活mTOR信號傳導(dǎo),導(dǎo)致誘導(dǎo)氧化應(yīng)激下胰島B細胞中的胰島素分泌增加,從而調(diào)控血糖水平。因此,臨床上可以嘗試應(yīng)用槲皮素保護胰島B細胞,并避免受損的胰島B細胞損傷加重,表明槲皮素可以延緩糖尿病及其并發(fā)癥的進展程度。

3.2 槲皮素緩解其他細胞損傷 DN是糖尿病患者最重要的合并癥之一,在發(fā)生DN時,往往同時合并其他器官或系統(tǒng)的微血管病,如糖尿病視網(wǎng)膜病變和外周神經(jīng)病變等,表2總結(jié)了槲皮素對糖尿病患者不同細胞的保護作用及機制。Dong等[53]應(yīng)用槲皮素治療,顯著抑制高糖環(huán)境誘導(dǎo)的大鼠海馬中神經(jīng)細胞凋亡。血糖水平影響血管內(nèi)皮功能,Tumova等[54]研究顯示,采用類黃酮化合物槲皮素長期治療,可以顯著增加內(nèi)皮細胞中的葡萄糖攝取及代謝水平,從而改善心血管損傷。在糖尿病患者中,持續(xù)高血糖水平進一步損傷胰島B細胞,加重體內(nèi)胰島素抵抗,進一步升高血糖,稱為葡萄糖毒性[55]。Civelek等[56]報道,槲皮素可以通過隔離潛在的細胞毒性聚集體,保護秀麗隱桿線蟲免受糖毒性,表明槲皮素可以防止高糖誘導(dǎo)的蛋白質(zhì)聚集和功能喪失,從而避免了細胞生理功能的破壞。Sozuer等[57]采用鏈脲佐菌素誘導(dǎo)糖尿病大鼠模型,經(jīng)槲皮素治療后血糖水平降低,腎細胞凋亡比例下降。由此可見,槲皮素可緩解高糖環(huán)境下的大部分細胞包括腎臟細胞的損傷,并降低血糖水平。結(jié)合表2,表明槲皮素可減少或延緩糖尿病并發(fā)癥的發(fā)生。

表2 槲皮素對糖尿病患者不同細胞的保護作用及機制

4 結(jié)語

本綜述總結(jié)了近年來槲皮素治療改善糖尿病腎病作用機制的基礎(chǔ)研究進展,包括改善腎臟實質(zhì)損傷、緩解修復(fù)血管病變、降低血糖、血壓、血脂水平、調(diào)節(jié)異常糖代謝、改善腎臟濾過功能等,部分結(jié)果有待臨床進一步研究和證明。槲皮素具有抗炎、血管內(nèi)皮修復(fù)、心腦血管的保護作用等功能,其在糖尿病腎病及其他并發(fā)癥的發(fā)生和進展中起到一定作用。槲皮素具有良好的安全性,但臨床用藥時,需注意劑量的不同導(dǎo)致藥物毒性的升高。尋求合適的藥物載體以及槲皮素聯(lián)合用藥仍需要進一步探索。

此外,表觀遺傳學(xué)通過多種機制改變基因表達,造成細胞功能異常,槲皮素在腫瘤治療中常應(yīng)用表觀遺傳的思路[63],這一思路可能借鑒到糖尿病腎病的治療研究之中。同時,由于腎小球的損傷很難逆轉(zhuǎn),導(dǎo)致腎臟疾病往往呈進行性加重。因此,未來的研究可更多關(guān)注槲皮素結(jié)合靶點的探索以及使用槲皮素治療能否恢復(fù)損傷的腎小球功能,這有待基礎(chǔ)和臨床研究的進一步探索。