張秀華，曹式麗

(1.天津中醫(yī)藥大學研究生院，天津 301617； 2.天津中醫(yī)藥大學第二附屬醫(yī)院科教部，天津 300250；3.天津中醫(yī)藥大學第一附屬醫(yī)院腎病科，天津 300193)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，早期臨床表現(xiàn)為微量白蛋白尿。在早期病理上，DN主要表現(xiàn)為腎小球濾過率增加，腎小球系膜區(qū)增寬和腎小球毛細血管基膜增厚；后期表現(xiàn)為腎小球濾過率下降，腎小球、腎小管間質(zhì)纖維化。在糖尿病患者中，出現(xiàn)腎臟并發(fā)癥約占25%，其中糖尿病腎病已成為發(fā)達國家終末期腎臟病的首要病因[1-2]。故導致因腎衰竭而進行的血液凈化和腎移植治療日益增多。我國是糖尿病患者最多的國家之一，DN發(fā)病率也呈逐年上升趨勢[3]。據(jù)統(tǒng)計，到21世紀中葉，全世界糖尿病患者將達3.66億，而作為其常見并發(fā)癥的DN患者將超過1億[4]。DN發(fā)病機制十分復雜，迄今尚未完全明確。目前普遍認為，DN的發(fā)生和發(fā)展，與遺傳因素[微RNA(microRNA，miRNA)、DNA甲基化]、代謝機制紊亂(多元醇通路、蛋白激酶C等)、血流動力學改變、炎癥反應、氧化應激(活性氧類、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激)等諸多因素有關。因此，研究DN的發(fā)病機制，對早期干預其發(fā)病及有效防治疾病進展具有十分重要的意義?，F(xiàn)就DN的發(fā)病機制研究進展予以綜述。

1 遺傳因素

1.1miRNA miRNA是一種非編碼RNA分子，其組成包括21～25個核苷酸，通過作用于腎臟多種細胞，參與了DN的發(fā)生。其中，miR-192通過活化轉(zhuǎn)化生長因子β信號途徑，導致DN患者出現(xiàn)蛋白尿，并向腎纖維化發(fā)展[5]。Wu等[6]研究發(fā)現(xiàn)，miR-27A在糖尿病大鼠腎小球系膜細胞中表達上調(diào)。其主要作用為通過抑制腎小球系膜細胞增殖，阻斷與細胞外基質(zhì)相關的促纖維化基因上調(diào)來導致DN系膜增生。此外，miRNA具有保護腎小球濾過屏障的作用。核酸酶Dicer基因是調(diào)控足細胞miRNA生成關鍵酶的主要基因，Shi等[7]和Ho等[8]通過選擇性敲除小鼠模型的核酸酶Dicer基因發(fā)現(xiàn)，小鼠出現(xiàn)大量蛋白尿，并很快進展為終末期腎病，故認為其主要通過影響腎小球足細胞裂孔膜蛋白(nephrin)和裂隙膜蛋白(podocin)表達，致使突變小鼠出現(xiàn)腎小球足細胞數(shù)量減少、系膜區(qū)及毛細血管擴張、腎小球纖維化等病理變化。何鳳等[9]研究發(fā)現(xiàn)，高血糖刺激人腎小管上皮細胞HMC和人系膜細胞HK-2，均能上調(diào)miR-135b的表達。miR-135b不僅能靶向下調(diào)人源Smad5基因、細胞周期蛋白依賴性激酶抑制蛋白p21的表達，還能上調(diào)增殖細胞核抗原、細胞周期蛋白D1、纖維連接蛋白和膠原成分Col I的表達，故認為其通過靶向調(diào)控基因表達促進系膜細胞增殖、細胞外基質(zhì)增加及腎臟纖維化。以上研究表明，miRNA在DN中過度表達，進而導致DN的發(fā)生或發(fā)展。

1.2DNA甲基化 DNA甲基化是一種非常重要的表觀遺傳學標記，其不僅參與了基因表達調(diào)控、基因印跡等重要生物學過程，還參與了DN的發(fā)病機制[10]。DNA甲基化主要通過兩種方式抑制基因表達：①甲基化的二核苷酸直接阻止DNA與轉(zhuǎn)錄因子復合物結(jié)合；②通過形成抑制復合物，阻止轉(zhuǎn)錄因子與特定DNA序列結(jié)合而間接抑制基因表達[11]。易斌等[12]通過研究DN患者的DNA及結(jié)締組織生長因子啟動子甲基化在DN發(fā)病中的作用發(fā)現(xiàn)，DN組與糖尿病組和健康對照組的DNA甲基化水平差異無統(tǒng)計學意義；而與糖尿病組及健康對照組相比，DN組的結(jié)締組織生長因子基因啟動因子甲基化水平明顯降低，血清結(jié)締組織生長因子蛋白水平顯著升高，故認為結(jié)締組織生長因子基因啟動子的低甲基化可能參與了DN的發(fā)生發(fā)展。有學者通過研究DNA甲基化在纖維化模型中的作用發(fā)現(xiàn)，基因的過度甲基化可以增加腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活成纖維細胞，導致細胞增殖和纖維化，故認為DN的發(fā)病機制與某些基因的DNA甲基化異常有關[13]。

2 代謝紊亂

長期高血糖所致的腎臟血流動力學紊亂、葡萄糖代謝異常是糖尿病患者腎臟病變發(fā)生發(fā)展的關鍵因素和基礎。

2.1多元醇通路 多元醇通路是機體葡萄糖代謝途徑之一。研究表明，多元醇代謝異常與糖尿病慢性并發(fā)癥尤其是糖尿病微血管病變明確相關[14]。多元醇通路由醛糖還原酶和山梨醇脫氫酶共同構成，其中醛糖還原酶是多元醇代謝途徑的限速酶，在多元醇通路途徑中發(fā)揮重要作用，該酶廣泛存在于血管、腎臟、心臟、腦等組織中，促進DN的發(fā)生[15]。

在生理狀態(tài)下，由于醛糖還原酶對葡萄糖的親和力低，所以導致多元醇通路代謝率低下。當血糖高于正常水平則提高了醛糖還原酶活性，從而增強醛糖還原酶與葡萄糖的親和力、轉(zhuǎn)化能力，造成山梨醇在細胞內(nèi)蓄積，還原過程中還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸被大量消耗，細胞內(nèi)滲透壓顯著升高，引起細胞水腫、缺氧，損壞細胞結(jié)構和影響細胞功能，進而干擾細胞的正常代謝。

有學者通過將糖尿病小鼠模型分為果糖激酶組和果糖激酶缺陷組進行觀察發(fā)現(xiàn)，果糖激酶組糖尿病小鼠模型出現(xiàn)蛋白尿排泄增加、腎小球濾過率降低和腎小管損傷等表現(xiàn)，而果糖激酶缺陷組糖尿病小鼠模型未出現(xiàn)上述腎臟病理損害現(xiàn)象[16]。研究認為，山梨糖醇在腎小球近端小管可以以果糖的形式進行代謝，其過量產(chǎn)生將會導致腺苷三磷酸耗竭，引起促炎細胞因子的表達，促進氧化應激反應的產(chǎn)生[16]。另一項研究通過比較2型糖尿病患者和健康對照者的醛糖還原酶基因第8內(nèi)含子第95位點A-C多態(tài)性認為，醛糖還原酶第8內(nèi)含子基因型AA可能是DN的危險因素，因為DN患者基因型AA的頻度明顯高于對照組[17]。

2.2蛋白激酶C通路 蛋白激酶C廣泛分布于機體的器官、組織和細胞中，具有調(diào)節(jié)內(nèi)皮細胞通透性、收縮性及生長的作用，參與了信號轉(zhuǎn)導途徑、細胞增殖、分化和凋亡。二酰甘油作為蛋白激酶C的內(nèi)源性激活劑，具有促使蛋白激酶C移位至細胞膜而被激活的作用。DN患者存在高糖狀態(tài)，而由于葡萄糖代謝所產(chǎn)生的3-磷酸甘油醛生成增多，導致二酰甘油合成增加，所以促進了蛋白激酶C激活。

Menne等[18]研究發(fā)現(xiàn)，在DN大鼠模型中通過抑制蛋白激酶C途徑可顯著抑制腎小球肥大和細胞外基質(zhì)的產(chǎn)生。故認為，DN的發(fā)病機制可能與激活蛋白激酶C通路，導致細胞內(nèi)蛋白質(zhì)的絲氨酸或蘇氨酸殘基磷酸化，影響細胞部分功能，導致腎臟損害有關。另有研究顯示，高血糖可激活蛋白激酶C使血管內(nèi)皮細胞的通透性增加，造成腎臟損害[19]。而應用蛋白激酶C抑制劑Ro-31-8425能降低血管內(nèi)皮通透性及延緩腎臟損害的發(fā)生發(fā)展，所以認為其在DN發(fā)病中起作用。

2.3晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)在DN中的作用 AGEs的來源分為兩種即內(nèi)源性產(chǎn)生、外源性攝入，在生理情況下，AGEs的產(chǎn)生和清除處于平衡狀態(tài)。而DN患者體內(nèi)的AGEs是在糖尿病高糖狀態(tài)下經(jīng)過一系列反應產(chǎn)生的物質(zhì)，其是體內(nèi)蛋白質(zhì)、脂類、核酸等大分子物質(zhì)的非酶糖基化產(chǎn)物，體內(nèi)大分子的游離氨基通過與葡萄糖或果糖等還原糖作用，產(chǎn)生一系列穩(wěn)定的非酶糖基化終末產(chǎn)物。在長期的高血糖環(huán)境下，AGEs大量增多、堆積，通過多種方式參與DN的發(fā)生發(fā)展[20]。

腎小球表達AGEs受體(receptors of advanced glycosylation end products，RAGE)，AGEs通過與其受體結(jié)合激活一系列信號通路調(diào)節(jié)細胞功能，包括促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB等。AGEs損傷糖尿病患者腎臟主要是通過激活信號通路，從而導致炎癥反應增加，AGEs通過與其受體結(jié)合引起血漿內(nèi)皮素1、血管內(nèi)皮生長因子等表達和釋放，這些細胞因子參與血管內(nèi)皮損傷、組織細胞凋亡等病理病變的發(fā)生發(fā)展，使腎小球濾過率增加并加速腎小球硬化[21]。Thallas-Bonke等[22]認為，AGEs通過與其受體相互作用在DN中發(fā)揮重要作用，實驗中應用富含AGEs的飼料飼養(yǎng)糖尿病小鼠，經(jīng)過一段時間后實驗小鼠出現(xiàn)腎臟病理損害的進展加快，而敲除小鼠的RAGE基因后發(fā)現(xiàn)腎臟病理損害情況得到改善。有學者發(fā)現(xiàn)，AGEs參與腎臟病理損害可能與其上調(diào)腎小管上皮細胞轉(zhuǎn)化生長因子β和血管內(nèi)皮生長因子表達有關，其最終導致腎小球硬化、腎小管間質(zhì)纖維化等癥狀的發(fā)生[23]。研究表明，腎內(nèi)腎素-血管緊張素系統(tǒng)持續(xù)激活可引起足細胞損傷及大量蛋白尿，而AGEs與其受體結(jié)合后可激活該系統(tǒng)，故認為AGEs是慢性腎臟病發(fā)展和足細胞損傷的影響因素之一[24]。有研究證實，腎臟富含RAGE，腎臟的系膜細胞、內(nèi)皮細胞、巨噬細胞表面均有RAGE表達，而AGEs可以與相應靶細胞上的RAGE結(jié)合形成AGE-RAGE復合體，該復合體激活炎癥反應和細胞增殖等信號反應，從而導致腎小球基膜增厚、足細胞損傷，系膜細胞增生，引起腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化，造成腎臟嚴重損傷[25]。以上研究表明，AGEs可以直接引起腎臟損傷及通過與RAGE結(jié)合引起腎臟病變。

3 氧化應激

3.1活性氧類 氧化應激反應過程中所產(chǎn)生的活性氧類是氧離子、過氧化物和羥自由基等的總稱，其產(chǎn)生途徑主要包括激活多元醇通路、積累AGEs、葡萄糖的自動氧化等，在DN的發(fā)生、發(fā)展中起關鍵作用。研究發(fā)現(xiàn)，活性氧類可以增加血管通透性，破壞足細胞，減少細胞外基質(zhì)降解，激活蛋白激酶C[26]。此外，活性氧類大量積聚，可激活一些重要信號因子，加重腎臟損害。多元醇通路的激活、AGEs的積累等多種途徑可促進氧化應激的增強和活性氧類的生成。

少量的活性氧類在調(diào)節(jié)機體的正常生理功能中發(fā)揮重要作用，但當活性氧類大量產(chǎn)生超過細胞的清除能力時，過多的活性氧類積聚激活蛋白激酶C、各種細胞因子及轉(zhuǎn)錄因子，導致腎小球細胞外基質(zhì)沉積，降解減少，引起腎小球纖維化[26]。同時，激活多元醇通路會增加AGEs的生成，從而進一步加重腎臟的損害。

有研究表明，纖溶酶原激活物抑制物1會促使腎小球系膜基質(zhì)和膠原堆積，而活性氧類能參與上調(diào)腎小球系膜細胞內(nèi)纖溶酶原激活物抑制物1的表達過程，促使纖溶酶原激活物抑制物1生成增多，影響腎小球功能[27]。此外，纖溶酶原激活物抑制物1抑制劑能通過保護腎小球足細胞，減少蛋白尿排泄[28]。故認為，活性氧類通過參與調(diào)控纖溶酶原激活物抑制物1的表達，促使DN的發(fā)生發(fā)展。

3.2內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激反應是指細胞受到內(nèi)外因素的刺激時，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的形態(tài)、功能受到破壞后發(fā)生一系列生化結(jié)構改變，從而使細胞應激性地進入應答措施，以緩解內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能障礙的過程[29]。DN患者體內(nèi)存在多種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的誘發(fā)因素，如高血糖、氧化應激、脂質(zhì)代謝異常等。因此，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激在糖尿病腎組織損害過程中扮演重要角色[30]。

有研究表明，高糖可誘導體外培養(yǎng)的人腎系膜細胞發(fā)生過度增殖及上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子β1、纖維連接蛋白等的表達，并發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，而通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可相應地抑制細胞增殖及下調(diào)腎小球系膜增殖表達[31]。動物實驗表明，高糖刺激下DN患者體內(nèi)的腎皮質(zhì)和腎小球系膜細胞能夠激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和氧化應激反應，且該反應程度隨時間進展逐漸增強，而通過4-苯基丁酸干預內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激可降低應激反應水平，減輕氧化應激及減少炎癥激活，延緩DN病情進展[32]。

4 炎癥反應

DN患者體內(nèi)存在微炎癥，且炎癥水平隨病程進展而加重，并最終導致腎小球硬化。研究表明，腎小球硬化指數(shù)隨著巨噬細胞浸潤程度的加重而升高，但炎性因子表達的增多可促進炎性巨噬細胞的進一步浸潤，出現(xiàn)基膜增厚，從而加速腎小球硬化進程[33]。研究表明，血清脂蛋白相關磷脂酶A2、白細胞介素18、白細胞介素1β和腫瘤壞死因子α等炎癥指標水平可為評估DN的發(fā)病風險、病情進展及預后提供一定依據(jù)[34]。

另有研究表明，通過刺激炎性介質(zhì)的產(chǎn)生，激發(fā)炎癥信號通路，可促進DN的發(fā)生和發(fā)展，如趨化因子[35-36]、血管內(nèi)皮生長因子[37]等，經(jīng)過一系列反應可導致血管內(nèi)皮細胞損傷、基膜增厚、腎間質(zhì)纖維化，最終引發(fā)腎臟功能進行性損害。有學者發(fā)現(xiàn)，血清抗衰老蛋白水平的下降在DN早期可被檢測到，這或許可用于診斷早期DN[38]。此外，中性粒細胞/淋巴細胞比值在糖尿病臨床蛋白尿期明顯升高，其可能預測DN的發(fā)生。

5 小 結(jié)

DN與多種致病因素有關，同時涉及多種細胞因子和信號轉(zhuǎn)導通路，它們通過各自作用及相互影響共同導致DN的發(fā)生、發(fā)展。目前，尚沒有有效藥物能明顯減緩DN的進程。其發(fā)病機制極其復雜，但隨著現(xiàn)代臨床、動物及細胞實驗技術和研究的不斷發(fā)展、深入，對于其發(fā)病機制的認識將不斷更新，同時也有利于DN的預防及治療。