細胞焦亡與糖尿病腎病腎小管間質(zhì)纖維化發(fā)病機制的研究進展

［摘要］糖尿病腎病（DN）是致使病情進展至腎病末期階段最主要的誘因，腎小管間質(zhì)纖維化系推動DN腎功能惡化的關(guān)鍵因素，高糖環(huán)境下，炎癥小體等誘導的程序性促細胞死亡方式——細胞焦亡，可促進腎小管間質(zhì)纖維化，促進腎功能惡化。本文主要從DN引起腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)病機制的角度，對抑制細胞焦亡從而阻止DN的進展作一綜述，為DN提供一個新的治療靶點和思路。

［關(guān)鍵詞］糖尿病腎?。荒I小管間質(zhì)纖維化；細胞焦亡

doi：10.3969/j.issn.1674-7593.2024.03.018

Recent Findings Regarding the Role of Pyroptosis in the Development ofDiabetic Nephropathy and Tubulointerstitial Fibrosis

Wang Xinru1，Guo "Zhaoan2**

1The First Clinical Medical College，Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan250014；2Nephrology Department，the Affiliated Hospital of Shandong University of Traditional Chinese Medicine，Jinan250014

**Corresponding author：Guo Zhaoan，email：gza63@163.com

［Abstract］Diabetic nephropathy（DN） is the primary factor leading to the advancement of end-stage renal disease.Tubulointerstitial fibrosis（TIF） is a crucial element that impacts renal function in DN.When exposed to high levels of glucose，the activation of inflammasomes can trigger cell death pathways，including pyroptosis.This can potentially lead to TIF，which in turn causes the decline of renal function.This article focuses on the pathogenic mechanisms of TIF resulting from DN.This study reviews the potential of blocking pyroptosis to slow down the course of DN，providing a new and promising target for therapeutic intervention in the treatment of DN.

［Key words］Diabetic nephropathy;Tubulointerstitial fibrosis;Cell pyroptosis

糖尿病腎?。―iabetic nephropathy，DN）不僅是糖尿病患者死亡率升高的重要原因，也是導致終末期腎病的主要病因之一。據(jù)統(tǒng)計，當前我國導致慢性腎臟疾病的首要病因就是DN。DN的發(fā)病機制復雜，且具體機制不清，從而導致DN的治療效果不佳［1］。研究證實，腎小管損傷與DN早期腎損傷關(guān)系密切，其中腎小管間質(zhì)纖維化是DN進展至腎病末期階段的重要病理變化，有效阻止DN中腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生對延緩DN的進程，保護DN患者腎功能至關(guān)重要［2］。近年來，炎癥在DN腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生和進展中的作用被廣泛關(guān)注［3］。細胞焦亡作為激活炎癥小體從而促進細胞死亡的一種方式，通過多種途徑促進了DN腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)展［4-5］。本文綜述了細胞焦亡在DN腎小管間質(zhì)纖維化中的研究進展和作用機制，以期為延緩DN的進程提供新的思考。

1細胞焦亡與炎癥小體

1.1細胞焦亡

與細胞凋亡有所區(qū)別的是，細胞焦亡并非由其自身的死亡過程引發(fā)，而是通過炎癥反應(yīng)來實現(xiàn)。炎癥小體啟動和激活是細胞焦亡的開始，接著由半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶（Cysteinyl aspartate specific proteinase，caspase）介導，經(jīng)執(zhí)行蛋白消皮素D（Gasdermin D，GSDMD）切割細胞膜，最后使白細胞介素-18（Interlukin-18，IL-18）等炎癥因子從中釋放，誘導細胞焦亡的發(fā)生［6］。細胞焦亡主要有經(jīng)典途徑和非經(jīng)典途徑。

經(jīng)典細胞焦亡途徑是在外界刺激下，炎癥小體促進caspase-1前體激活，激活后的caspase-1裂解GSDMD，產(chǎn)生GSDMD的N端結(jié)構(gòu)域，之后GSDMD的N端結(jié)構(gòu)域在細胞膜處結(jié)合脂質(zhì)成分，導致細胞膜形成裂孔，排出具有生物活性的IL-1β和IL-18等炎癥因子，引發(fā)炎癥反應(yīng)和細胞焦亡［7］。而非經(jīng)典細胞焦亡途徑區(qū)別于經(jīng)典途徑之處在于，它是由caspase-4或caspase-5直接辨別并連接細胞膜的脂蛋白，活化后裂解GSDMD，產(chǎn)生GSDMD的N端結(jié)構(gòu)域，繼而在細胞膜上形成裂孔，釋放炎癥因子，誘導細胞焦亡［8］。但是此方式誘導的細胞焦亡效果弱于經(jīng)典途徑。

1.2炎癥小體

細胞焦亡的核心是炎癥小體的活化，細胞接受外界刺激并激活caspase-1的過程需要有炎癥小體的調(diào)控。目前研究最廣泛的炎癥小體是Nod樣受體蛋白3（Nod-like receptor protein 3，NLRP3），它與腎病關(guān)系最為密切，且其介導的細胞焦亡在DN腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮了重要作用［9］。模式識別受體通過在凋亡相關(guān)微粒蛋白的N端和C端分別與NLRP3和caspase-1相結(jié)合，共同組成NLRP3炎癥小體［10］。單純的NLRP3激活劑不能夠促使NLRP3炎癥小體活化，其活化包含兩個過程，第一個過程是啟動，啟動步驟對于NLRP3炎癥小體進行轉(zhuǎn)錄至關(guān)重要。Toll樣受體、細胞因子受體的配體等刺激可誘導轉(zhuǎn)錄因子核因子κB（Nuclear factor kappa-B，NF-κB）的激活，從而提高NLRP3和IL-1β前體的表達，促進NLRP3炎癥小體的轉(zhuǎn)錄［11］。第二個過程是激活：NLRP3炎癥小體可以在啟動后被多種刺激激活。嘌呤能受體P2X配體門控離子通道7 （Purinergic receptor P2X，ligand-gated ion channel 7，P2RX7）在與天然配體ATP結(jié)合后促使細胞內(nèi)K+的外流、溶酶體的損傷以及線粒體功能失調(diào)導致活性氧的積累這3種模式是公認的誘導NLRP3炎癥小體激活的方式［12］。NLRP3炎癥小體被啟動和激活后，能夠通過激活caspase-1，裂解GSDMD，促進IL-1β等釋放，誘導細胞焦亡。

2DN與腎小管間質(zhì)纖維化

DN臨床表現(xiàn)多為持續(xù)性蛋白尿，伴或不伴腎小球濾過率下降。由于DN患者長期處于糖脂代謝紊亂的狀態(tài)，逐漸會引起腎臟結(jié)構(gòu)和功能的異常，導致腎功能衰竭，最終發(fā)展為終末期腎病。既往研究多傾向于DN是腎小球疾病，其實不然，DN是腎小球、腎小管、腎血管等多種組織結(jié)構(gòu)異常相互作用的結(jié)果。其中近端腎小管重吸收功能的減退是DN患者出現(xiàn)微量白蛋白尿的關(guān)鍵因素，也是DN患者出現(xiàn)單純腎小球濾過率下降的重要原因。諸多證據(jù)表明，腎小管間質(zhì)纖維化在糖尿病腎病的進展中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，并且DN和腎小管間質(zhì)纖維化相互影響［13］。一方面，長期的高糖環(huán)境、炎癥等會激活促纖維化因子，如轉(zhuǎn)化生長因子β1（Transforming growth factor-β 1，TGF-β1）、信號轉(zhuǎn)導與轉(zhuǎn)錄激活因子-1（ Signal transducer and activator of transcription 1，STAT1）等［14］。不僅可以刺激成纖維細胞誘導基質(zhì)合成，還能促進血管細胞中的纖維化表型，觸發(fā)上皮向成纖維細胞樣表型的轉(zhuǎn)化，從而使腎小管呈現(xiàn)生長反應(yīng)，誘導腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生。另一方面，腎小管間質(zhì)纖維化也是影響DN預后的關(guān)鍵因素，它的出現(xiàn)預示著DN患者腎功能出現(xiàn)不可逆的損傷，疾病已逐漸進展至終末期階段。綜上所述，DN患者容易發(fā)生腎小管間質(zhì)纖維化，腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生預示著DN病情的加重。

3細胞焦亡與DN及腎小管間質(zhì)纖維化

高血糖、氧化應(yīng)激等因素會激發(fā)細胞焦亡［15］。繼而導致慢性炎癥反復刺激腎臟組織，造成組織損傷的長期不愈，同時促使成纖維細胞極度激活，使細胞外基質(zhì)過度積累［16］。腎小管上皮細胞外基質(zhì)的過度積累是腎小管間質(zhì)纖維化的重要標志，可導致腎臟中正常有功能的組織被無功能的瘢痕組織替代，改變腎臟正常功能，導致腎功能衰竭［17-22］。因此，了解細胞焦亡促進DN腎小管間質(zhì)纖維化的機制，并抑制細胞焦亡，減少炎癥反應(yīng)，可以在很大程度上保護DN患者的腎功能，提高患者生存質(zhì)量。

3.1巨噬細胞焦亡

巨噬細胞在DN腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，它不僅可以造成炎癥反應(yīng)和腎組織損傷，還可以導致腎間質(zhì)的過度增生，損傷腎功能，引發(fā)和加重腎小管間質(zhì)纖維化［18］。腎臟巨噬細胞的焦亡會釋放IL-18、IL-1β等促炎因子，使巨噬細胞轉(zhuǎn)化成M1型，進而導致IL-6等促炎因子的分泌增加，加重炎癥反應(yīng)和腎臟損傷。隨著腎臟損傷持續(xù)的時間增加，巨噬細胞極化成M2型，導致表皮生長因子、TGF-β1等持續(xù)增加，促進腎小管上皮-間充質(zhì)細胞的表型轉(zhuǎn)化，引發(fā)腎小管間質(zhì)纖維化［19］。阻止DN大鼠巨噬細胞轉(zhuǎn)化成M1型，可以減少腎臟中的炎癥水平，緩解腎纖維化。另一項研究也表明，抑制巨噬細胞焦亡，會減少炎癥因子的釋放和腎臟細胞損傷，減輕纖維化的進程［20］。此外，在腎組織細胞中，存在著巨噬細胞-肌成纖維細胞轉(zhuǎn)變的過程，抑制Smad同源物3（Recombinant SMAD family member 3，SMAD3）基因，可以有效阻斷巨噬細胞-肌成纖維細胞分化，減少腎組織纖維化中細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生，阻止纖維化的形成和發(fā)展［21］。因此，抑制巨噬細胞焦亡，可以在很大程度上延緩腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生和發(fā)展。

3.2腎小管上皮細胞焦亡

腎小管作為腎臟的重要組成部分，極易受到各種損傷，其中細胞焦亡是誘導腎小管損傷的關(guān)鍵機制之一。DN患者大多有持續(xù)性的蛋白尿，而蛋白尿本身就是造成腎功能受損的重要危險因素。在蛋白尿?qū)е履I損傷的發(fā)病過程中，腎小管細胞會出現(xiàn)壞死，進而啟動激活NLRP3炎癥小體，誘發(fā)腎小管細胞焦亡，導致促炎因子增加，進一步加重腎小管的損傷，使管狀上皮發(fā)生變化，驅(qū)動間質(zhì)炎癥和纖維化［22］。NLRP3炎癥小體的活化在白蛋白誘導的近端腎小管細胞的損傷中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，白蛋白處理組細胞中NLRP3、caspase-1、凋亡相關(guān)微粒蛋白水平升高，腎小管上皮細胞的炎癥反應(yīng)和細胞損傷也進一步加重［23］。該研究通過白蛋白模擬蛋白尿環(huán)境，建立人腎近端小管細胞損傷模型，證實了細胞焦亡參與并加重了DN蛋白尿?qū)е碌哪I小管損傷，而腎小管損傷后形成的纖維化也是DN腎臟功能進展的重要驅(qū)動力，進一步加重DN腎功能的惡化。此外，高血糖也是近端腎小管細胞焦亡的誘因，在體外培養(yǎng)的人腎近端小管細胞實驗中，高血糖組中近端腎小管細胞中NLRP3、caspase-1等焦亡相關(guān)蛋白表達升高，腎小管細胞焦亡增加，繼而導致腎小管重吸收障礙和腎小管間質(zhì)纖維化，從而加重腎功能損傷［24］。預防DN腎小管焦亡的發(fā)生，可以在一定程度上避免腎小管的損傷和腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生，繼而延緩DN患者腎功能的惡化。

3.3樹突狀細胞焦亡

樹突狀細胞在調(diào)節(jié)免疫過程中起重要作用，具有強大的免疫調(diào)節(jié)及抗原呈遞作用，是啟動、保持免疫應(yīng)答和炎癥反應(yīng)的中心環(huán)節(jié)。外界刺激或致病物質(zhì)造成腎臟損傷后，形成的變異組織會被樹突狀細胞捕獲、加工并將其呈遞至免疫細胞，進一步促進免疫誘導的腎損傷［25］。腎小管間質(zhì)中存在豐富的樹突狀細胞，在腎臟疾病中，樹突狀細胞焦亡不僅是導致免疫紊亂和過度炎癥反應(yīng)的主要因素，還會出現(xiàn)在纖維化的早期，導致腎小球、腎小管出現(xiàn)纖維化。通過抑制樹突狀細胞表面的趨化因子受體7（Chemokine C-C motif receptor 7，CCR7）干預樹突狀細胞的成熟，抑制腎小管細胞外基質(zhì)的發(fā)生和進展，為腎小管間質(zhì)纖維化提供了潛在的治療靶點［26］。此外，樹突狀細胞還對啟動T細胞免疫應(yīng)答至關(guān)重要，它可以提供T細胞刺激分子和T細胞受體配體促進T細胞的活化。T細胞活化后可以促進成纖維細胞和結(jié)締組織的增生，破壞腎組織結(jié)構(gòu)，加快纖維化的形成和發(fā)展。因此，抑制樹突狀細胞焦亡，可以在免疫應(yīng)答方面抑制腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生和進展。

3.4細胞焦亡與微小核糖核酸

微小核糖核酸（MicroRNA，miRNA）是外泌體的組成成分之一，其在DN的腎臟組織中低水平表達，是診斷DN的重要生物標志物。miRNA對腎臟纖維化也具有診斷作用，當前腎纖維化多依賴于有創(chuàng)的腎活檢來評估，其他非侵入性指標的準確性和靈敏度較差，而miRNA在體液中容易被檢測，并且具有靈敏度高、無創(chuàng)、性價比高的優(yōu)勢。miRNA在DN腎小管間質(zhì)纖維化中的表達較低，miRNA可以直接或間接抑制NF-κB通路的活化，抑制DN中的纖維化［27］。DN患者體內(nèi)不間斷的高脂肪、高糖刺激，會導致細胞焦亡的產(chǎn)生，促進炎癥因子，如IL-6、IL-1β的釋放，進而促進TGF-β1的活化來促進腎小管上皮-間充質(zhì)細胞的表型轉(zhuǎn)化，引發(fā)腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化，致使DN患者出現(xiàn)腎功能的減退和持續(xù)性的蛋白尿［28］。抑制細胞焦亡、減少炎癥反應(yīng)是緩解DN腎小管間質(zhì)纖維化的主要手段之一。當miRNA-203的表達增加后，DN大鼠體內(nèi)炎癥活化被抑制，促纖維化因子的表達也顯著降低，腎臟損傷也得到改善［29］。骨髓間充質(zhì)干細胞外泌體衍生的miR-30e-5p也顯示對高血糖誘導的人腎近端小管細胞焦亡發(fā)揮抑制作用，這都為DN腎小管間質(zhì)纖維化提供了一個新的治療方案。

4結(jié)語

綜上所述，腎小管間質(zhì)纖維化在DN病情預后方面起著至關(guān)重要的作用，腎小管間質(zhì)纖維化的出現(xiàn)多預示著病情的進展和惡化。因此，亟需知曉腎小管間質(zhì)纖維化的發(fā)生機制及治療措施，但目前臨床上對于DN腎小管間質(zhì)纖維化尚無特異性的診療措施，發(fā)生后多進行對癥治療。但是細胞焦亡在炎癥導致的DN腎小管間質(zhì)纖維化中發(fā)揮關(guān)鍵作用已得到多方面的證實，進一步研究細胞焦亡和DN腎小管間質(zhì)纖維化之間作用機制，或許可以為其診療提供靶點和方向。

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（2023-11-21收稿）