閆　寒　馬博清　付彩雯　(河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北　石家莊　050051)

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糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

閆寒馬博清付彩雯(河北省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，河北石家莊050051)

〔關(guān)鍵詞〕糖尿病;糖尿病腎病

第一作者:閆寒(1987-)，女，碩士，主要從事糖尿病并發(fā)癥研究。

目前，糖尿病腎病(DN)的發(fā)病機(jī)制尚未完全清楚，其涉及遺傳因素、腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變、糖脂代謝紊亂、細(xì)胞因子、炎癥機(jī)制和氧化應(yīng)激等多因素的復(fù)雜相互作用。本文對(duì)DN的發(fā)病機(jī)制進(jìn)行綜述。

1　遺傳變異與DN

DN具有明顯的遺傳傾向，不同種族的發(fā)病率分析和家族聚集性研究顯示遺傳變異是DN發(fā)生、發(fā)展的重要危險(xiǎn)因素，大多數(shù)學(xué)者認(rèn)為遺傳變異和環(huán)境因素的共同作用決定了DN的易感性。1型和2型DN具有明顯的家族聚集性。Mooyaart等〔1〕對(duì)DN關(guān)聯(lián)變異位點(diǎn)的薈萃分析發(fā)現(xiàn)與DN顯著相關(guān)的16個(gè)基因(21個(gè)變異位點(diǎn))。包括:腎素-血管緊張素系統(tǒng)(RAS)相關(guān)的ACE基因(rs179975)、AGT基因(rs699)和AGTR1基因(rs5186);多元醇通路相關(guān)的AKR1B1基因(rs759853和CA重復(fù));脂肪代謝通路相關(guān)的APOC1基因(rs4420638)和APOE基因(E2、E3和E4);炎性反應(yīng)通路相關(guān)的VEGFA基因(rs833061)、CCR5基因(rs1799987)和EPO基因(rs1617640);氧化應(yīng)激反應(yīng)通路相關(guān)的HP基因(1/2)、UNCI3B基因(rs13293564)、PPARG基因(rs1801282)及一氧化氮合酶(NOS)3基因(rs2070744和rs31388808)。而ACE基因與DN的關(guān)聯(lián)研究最多〔2〕。遺傳因素在DN易感性中的作用還包括DN與染色體相關(guān)位點(diǎn)或等位基因的連鎖。Wessman等〔3〕在歐洲人群中開展的1型DN患者的全基因組連鎖分析，首次發(fā)現(xiàn)染色體22q11與1型DN存在顯著性連鎖。目前已經(jīng)發(fā)表的全基因組連鎖分析顯示位于染色體3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q與DN顯著連鎖〔4〕。McDonough等〔5〕的全基因組關(guān)聯(lián)研究分析證實(shí)ELMO1基因及MYH9基因與DN相關(guān)，另外，該研究首次發(fā)現(xiàn)SASH1、RPSI2、AUH、MSRB3-HMGA2和LIMK-2-SFI1基因與DN相關(guān)(P＜1. 0×10－5)。但遺傳變異只能解釋復(fù)雜疾病DN發(fā)病機(jī)制的一部分。

2　糖代謝紊亂與DN

2. 1晚期糖基化終產(chǎn)物(AGEs)的沉積在長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)下，體內(nèi)葡萄糖分子與蛋白質(zhì)發(fā)生非酶糖基化反應(yīng)，形成AGEs。AGEs的形成可使腎小球基底膜(GBM)結(jié)構(gòu)改變，濾過膜功能損傷，細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)增生，最終導(dǎo)致腎小球硬化和蛋白尿的產(chǎn)生。AGEs致DN的作用機(jī)制主要分為直接毒性作用和間接毒性作用〔6〕。其中直接毒性作用包括:引起ECM的分子結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變。AGEs的沉積，可直接降低腎臟ECM成分Ⅳ型膠原分子間結(jié)合能力，破壞其空間支架結(jié)構(gòu);AGEs具有化學(xué)趨向性，可吸引單核-巨噬細(xì)胞向ECM遷移，并促使單核-巨噬細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞及系膜細(xì)胞分泌可引起腎小球增殖性病變的細(xì)胞因子腫瘤壞死因子(TNF)-α、血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)、白細(xì)胞介素(IL)等; AGEs的沉積會(huì)導(dǎo)致大量活性基團(tuán)的產(chǎn)生，其與低密度脂蛋白交聯(lián)增加會(huì)使其清除障礙，進(jìn)一步促進(jìn)腎小球硬化。其間接毒性作用主要是通過與其受體結(jié)合后介導(dǎo)的。糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)是一種在腎臟細(xì)胞分布廣泛的AGEs受體。細(xì)胞表面的RAGE與AGEs結(jié)合而被激活，進(jìn)而激活細(xì)胞內(nèi)各種信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，包括p38絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)、Ras、Rac/Cdc42等，促進(jìn)多種細(xì)胞因子和炎性介質(zhì)釋放，如色素上皮衍生因子(PEDF)、轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)、細(xì)胞間黏附因子(ICAM)-1、血管細(xì)胞黏附因子(VCAM)-1、內(nèi)皮素(ET)、IL-1和TNF-α等，進(jìn)而加重細(xì)胞功能紊亂，促進(jìn)DN的發(fā)生、發(fā)展〔7〕。由此可見，AGEs是引起糖尿病腎血管損傷，導(dǎo)致腎小球硬化，產(chǎn)生蛋白尿的重要因素，它在DN發(fā)生發(fā)展過程中發(fā)揮著重要的作用。

2. 2多元醇通路的激活多元醇通路又稱山梨醇通路，由醛糖還原酶(AR)及山梨醇脫氫酶(SDH)共同構(gòu)成。AR是多元醇代謝通路的限速酶。在糖尿病高糖條件下，繼發(fā)性的細(xì)胞內(nèi)高葡萄糖可激活A(yù)R，導(dǎo)致葡萄糖大量轉(zhuǎn)換為山梨醇在組織內(nèi)蓄積，山梨醇極性很強(qiáng)，不能自由透過細(xì)胞膜，于是細(xì)胞內(nèi)形成高滲狀態(tài)，導(dǎo)致大量細(xì)胞外液滲入，靶細(xì)胞水腫，同時(shí)使細(xì)胞內(nèi)肌醇池耗竭，谷胱甘肽水平下降，煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(還原態(tài))(NADPH)1NADP(氧化態(tài))(NADP+)比值增高，Na+-K+-ATP酶活性下降，組織細(xì)胞缺氧，這種改變可直接影響腎小球及腎小管細(xì)胞的功能，從而促使DN的發(fā)生與發(fā)展。細(xì)胞培養(yǎng)研究發(fā)現(xiàn)，高糖環(huán)境及AR的過度表達(dá)可增加纖維連接蛋白的表達(dá)，而AR抑制劑可抑制纖維連接蛋白的表達(dá)〔8〕。這些結(jié)果提示，抑制AR可能有助于阻止DN患者的ECM的沉積。TGF-β1誘導(dǎo)的纖維連接蛋白的表達(dá)依賴于系膜細(xì)胞中的AR活性，且能被AR抑制劑抑制〔9〕。

2. 3蛋白激酶(PK)C激活PKC是絲氨酸/蘇氨酸PK家族中的主要成員，可通過參與膜蛋白磷酸化介導(dǎo)多種生物活性作用。高血糖狀態(tài)下，組織細(xì)胞內(nèi)二酯酰甘油(DAG)生成增多，可直接激活PKC;多元醇通路激活使NADH/NAD+比值增高，也有利于DAG從頭合成而激活PKC;此外，AR也能增加PKC表達(dá)〔10，11〕。PKC激活后可通過促進(jìn)前列腺素的生成，促進(jìn)DN早期腎小球高灌注、高濾過狀態(tài)的形成;通過改變ECM和基底膜結(jié)構(gòu)，使腎小球毛細(xì)血管通透性增加; PKC還可直接刺激腎小球系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞，導(dǎo)致ECM分泌增多或通過激活激活蛋白(AP)-1，上調(diào)TGF-β的表達(dá)，增加纖維連接蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的表達(dá)，使ECM合成增加而損害腎臟;此外，PKC可通過增加血管內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)因子(VEGF)的表達(dá)增加血管通透性，使血管內(nèi)皮功能下降;通過刺激血小板聚集來增加核因子(NF)-κB和纖溶酶原激活物抑制劑(PAI)-1的含量和活性，從而誘發(fā)局部組織炎性反應(yīng)和導(dǎo)致血栓性微血管病變，從而加重血管損傷〔12，13〕。抑制PKC的活性可以延緩或阻止DN的進(jìn)展。

2. 4葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)的表達(dá)及轉(zhuǎn)位障礙細(xì)胞糖代謝的第一道限速步驟是葡萄糖攝入，受多方面調(diào)控，GLUT的調(diào)節(jié)是其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。GLUT是介導(dǎo)哺乳動(dòng)物細(xì)胞葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)的主要載體。目前已在腎臟中發(fā)現(xiàn)了GLUT1～5的表達(dá)。GLUT在機(jī)體糖代謝中具有重要作用，與糖尿病及其慢性并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展關(guān)系密切。腎小球系膜細(xì)胞有GLUT4表達(dá)，有試驗(yàn)顯示高糖可明顯抑制系膜細(xì)胞中GLUT4 mRNA表達(dá)，這就使參與轉(zhuǎn)位的GLUT4數(shù)量減少，GLUT4由細(xì)胞內(nèi)囊泡轉(zhuǎn)位到細(xì)胞膜，才能完成葡萄糖的轉(zhuǎn)運(yùn)，所以GLUT4的表達(dá)和轉(zhuǎn)位障礙參與了DN的發(fā)生〔14〕。GLUT1是目前已知體內(nèi)分布最為廣泛的GLUT，是介導(dǎo)系膜細(xì)胞葡萄糖攝取的主要糖轉(zhuǎn)運(yùn)載體。GLUT1主要分布在腎臟組織的腎小球、近端腎小管、髓襻升支粗段、集合管、系膜等部位。體外研究顯示經(jīng)GLUT1基因轉(zhuǎn)染的系膜細(xì)胞，即使在正常葡萄糖濃度下也表現(xiàn)出過度的糖攝入、細(xì)胞肥大及ECM增加等類似糖尿病情況下出現(xiàn)的病理改變〔15〕。

3　腎臟血流動(dòng)力學(xué)的改變與DN

高血糖可使糖尿病患者毛細(xì)血管持續(xù)性擴(kuò)張，導(dǎo)致腎小球毛細(xì)血管壁的通透性增加，腎小球毛細(xì)血管基底膜增厚，內(nèi)皮損傷，腎動(dòng)脈及其分支硬化、彈性阻力增加及血管管腔閉塞，表現(xiàn)為腎臟各級(jí)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)改變。糖尿病早期對(duì)腎內(nèi)血管的影響首先發(fā)生在腎小球入球小動(dòng)脈或距其最近的小血管，而后隨著糖尿病病情進(jìn)展逐漸呈現(xiàn)高阻、低流速、低灌注的血流動(dòng)力學(xué)特征。尿蛋白定量是臨床判斷DN進(jìn)展的最常用指標(biāo)。有關(guān)糖尿病患者彩色多普勒腎動(dòng)脈血流檢查的研究結(jié)果顯示，尿白蛋白排泄率(UAER)與腎各級(jí)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)改變密切相關(guān)，提示彩色多普勒腎動(dòng)脈血流檢查有望用于臨床判斷DN進(jìn)展情況〔16〕。糖尿病狀態(tài)下，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)被激活，腎臟局部腎素、血管緊張素(Ang)Ⅱ、醛固酮等活性增加。增加的AngⅡ通過影響腎臟血流動(dòng)力學(xué)，使腎小球出球小動(dòng)脈張力增加，腎小球內(nèi)壓增加，進(jìn)而增加尿蛋白排泄率，最終導(dǎo)致蛋白尿、腎小球硬化及腎間質(zhì)纖維化〔17～19〕。

4　炎癥反應(yīng)與DN

近年來，研究報(bào)道炎癥因子及促炎癥因子在DN的發(fā)生和發(fā)展機(jī)制中有重要作用，并認(rèn)為DN是一種炎癥性疾病。糖尿病狀態(tài)下，高血糖、腎臟血流動(dòng)力學(xué)的改變、脂類代謝紊亂等都可以刺激炎癥介質(zhì)及炎癥因子的產(chǎn)生，加重腎臟組織損傷，促進(jìn)DN進(jìn)展。高血糖及AGEs可誘導(dǎo)單核細(xì)胞趨化蛋白(MCP)-1、TGF-β、重組人結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)和VEGF的產(chǎn)生，促使腎小球硬化; AGEs與RAGE結(jié)合可激活細(xì)胞，尤其是巨噬細(xì)胞分泌大量的細(xì)胞因子和細(xì)胞介質(zhì)，如IL-1、TNF-α、TGF-β等，引起組織損傷。MCP-1是強(qiáng)有力的單核/巨噬細(xì)胞趨化因子，可募集單核/巨噬細(xì)胞到腎小球和腎小管間質(zhì)，并刺激單核/巨噬細(xì)胞釋放TGF-β等炎癥因子，促進(jìn)腎小球硬化、腎小管萎縮和腎間質(zhì)纖維化。研究表明，降低腎MCP-1的表達(dá)，可通過減少巨噬細(xì)胞浸潤(rùn)，減輕炎癥反應(yīng)，從而對(duì)糖尿病腎臟起保護(hù)作用〔20〕。TNF-α是機(jī)體炎性反應(yīng)與免疫功能的重要調(diào)節(jié)因子。在腎臟組織炎癥反應(yīng)中，TNF-α可以引起多種炎性細(xì)胞因子的釋放，放大炎癥級(jí)聯(lián)效應(yīng)。研究表明，DN時(shí)多種炎性細(xì)胞因子和炎癥介質(zhì)(TGF-β1，IL，TNF-α，ICAM)等合成和釋放增加，提示炎癥反應(yīng)可加重腎組織炎癥損傷，促進(jìn)DN進(jìn)展〔21，22〕。但是，它們與DN的具體關(guān)系尚沒有明確定論。

5　氧化應(yīng)激與DN

臨床研究結(jié)果提示氧化應(yīng)激的增加是DN發(fā)病的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。氧化應(yīng)激是指機(jī)體受到有害刺激時(shí)活性氧(ROS)或活性氮(RNS)產(chǎn)生增多和(或)清除減少，從而導(dǎo)致ROS/RNS在體內(nèi)蓄積，引起的分子、細(xì)胞和機(jī)體的損傷反應(yīng)。體外研究結(jié)果顯示，糖尿病狀態(tài)下腎小球上皮細(xì)胞、系膜細(xì)胞和近端腎小管上皮細(xì)胞的葡萄糖攝取率升高，糖代謝紊亂可通過影響線粒體呼吸鏈、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、黃嘌呤氧化酶和NOS等導(dǎo)致ROS大量產(chǎn)生。細(xì)胞質(zhì)中ROS主要來源于NADPH氧化酶系統(tǒng)。糖尿病狀態(tài)下，高糖導(dǎo)致ROS增多，刺激腎小球足細(xì)胞從基底膜上脫落，使足細(xì)胞不能有效地覆蓋基底膜，破壞了腎小球?yàn)V過膜的完整性，導(dǎo)致蛋白尿的產(chǎn)生〔23〕。此外，氧化應(yīng)激時(shí)增多的自由基可導(dǎo)致腎小球基底膜磷脂過氧化，使基底膜增厚，氧化應(yīng)激還參與AGEs增多所介導(dǎo)的腎臟毛細(xì)血管細(xì)胞凋亡過程〔24〕。線粒體中生成過多的自由基可激活多元醇通路、AGEs通路、PKC通路，進(jìn)一步誘導(dǎo)自由基的產(chǎn)生，形成惡性循環(huán)?？寡趸敢彩窃u(píng)價(jià)氧化應(yīng)激的指標(biāo)，是機(jī)體清除體內(nèi)自由基的重要生物酶。糖尿病時(shí)高血糖可通過抑制腎臟組織中抗氧化酶的表達(dá)，提高腎臟組織的氧化應(yīng)激水平〔25〕。

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〔2013-10-21修回〕

(編輯杜娟)

通訊作者:馬博清(1964-)，女，主任醫(yī)師，碩士，碩士生導(dǎo)師，主要從事糖尿病并發(fā)癥研究。

〔文章編號(hào)〕1005-9202(2015)20-5973-03;

doi:10. 3969/j. issn. 1005-9202. 2015. 20. 145

〔文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼〕A

〔中圖分類號(hào)〕R587. 2