李 晶 張春秀 蔣紅櫻 白彝華 賀 婷 李 萌

糖尿病發(fā)生率逐年上升，糖尿病腎臟疾病(diabetic kidney disease,DKD)作為糖尿病常見的微血管并發(fā)癥之一，常進(jìn)展至終末期腎臟病，需依靠腎臟替代治療，加重經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，嚴(yán)重影響患者生存及生活質(zhì)量，故早期診斷DKD并及早干預(yù)尤為重要。但由于DKD復(fù)雜的病因及發(fā)病機(jī)制，目前對(duì)DKD的診療方式及效果有限。半乳糖凝集素3(galectin-3,Gal-3)是一種多功能蛋白，在心血管及腫瘤等領(lǐng)域的研究已廣泛開展，認(rèn)為是一種促炎及促纖維化因子，而炎癥及纖維化是DKD主要病理表現(xiàn)之一；同時(shí)Gal-3是糖基化終產(chǎn)物的受體之一，糖尿病患者Gal-3表達(dá)升高，故對(duì)Gal-3的深入研究可能為DKD的預(yù)防及治療提供新的思路及依據(jù)。

一、Gal-3的結(jié)構(gòu)與功能

凝集素是一類能識(shí)別生物膜中復(fù)雜的碳水化合物結(jié)構(gòu)的糖蛋白，一種凝集素能專一識(shí)別并結(jié)合某種糖基。人Gal-3由位于14號(hào)染色體的LGALS3基因編碼，作為凝集素家族的一員，Gal-3因含有糖識(shí)別結(jié)合域(carbohydrate recognition domain, CRD)，故對(duì)含有β-半乳糖苷殘基的糖化合物具有高親和力[1]。根據(jù)其分子結(jié)合形式，半乳糖凝集素分為3種類型，即原型、串聯(lián)重復(fù)型和嵌合體型，Gal-3富含脯氨酸-甘氨酸-丙氨酸-酪氨酸的重復(fù)基序融合在CRD上,其結(jié)構(gòu)不同于其他半乳糖凝集素，因此Gal-3是唯一的嵌合體型[2]。其獨(dú)特的結(jié)構(gòu)決定了生物學(xué)功能的多樣性[3，4]：(1)促進(jìn)細(xì)胞活化與趨化：Gal-3能誘導(dǎo)不同炎性細(xì)胞活化與趨化，進(jìn)一步促進(jìn)炎性細(xì)胞產(chǎn)生炎性細(xì)胞因子，參與調(diào)控炎性反應(yīng)。(2)調(diào)節(jié)細(xì)胞黏附：Gal-3通過其羧基端與細(xì)胞外基質(zhì)、細(xì)胞表面糖蛋白的β-半乳糖苷殘基相結(jié)合，調(diào)節(jié)細(xì)胞與細(xì)胞間、細(xì)胞與基質(zhì)間的黏附。(3)調(diào)控細(xì)胞生長(zhǎng)與凋亡：Gal-3具有mRNA剪切活性，通過其特殊的CRD端調(diào)控細(xì)胞的生長(zhǎng)與凋亡。(4)調(diào)節(jié)蛋白表達(dá)水平：Gal-3具有糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycosylation endproducts，AGEs)受體功能，能與AGEs修飾的相關(guān)蛋白結(jié)合，調(diào)控體內(nèi)相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)水平?？梢奊al-3在細(xì)胞黏附、活化、趨化、生長(zhǎng)、凋亡等過程中均起調(diào)節(jié)作用。

二、Gal-3的表達(dá)

1.Gal-3在腎臟的表達(dá)：從胚胎時(shí)期腎臟形成至腎臟成熟均貫穿Gal-3的表達(dá)，有研究在中腎小管、后腎的輸尿管芽以及成熟的腎前體中均檢測(cè)到Gal-3[5]。成熟腎臟中，Gal-3生理狀態(tài)下僅表達(dá)于遠(yuǎn)端腎小管頂端面，而病理?xiàng)l件下各種刺激可誘導(dǎo)腎小球及腎間質(zhì)表達(dá)Gal-3[6]。Gal-3相對(duì)分子質(zhì)量約35kDa，可經(jīng)腎小球?yàn)V過。Gal-3對(duì)腎臟結(jié)構(gòu)與功能的維持極其重要，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，Gal-3基因敲除的正常小鼠發(fā)展為慢性腎臟病的風(fēng)險(xiǎn)降低[7]。而另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，Gal-3基因敲除加速了小鼠DKD的發(fā)生，Gal-3基因敲除小鼠腎小球明顯硬化，腎小球基膜明顯增厚，系膜細(xì)胞和基質(zhì)增多，較野生型DKD小鼠出現(xiàn)更嚴(yán)重的DKD腎臟病理表現(xiàn)以及出現(xiàn)更嚴(yán)重的蛋白尿[8]?？梢奊al-3可以發(fā)揮相反的作用，其參與組織修復(fù)或促進(jìn)腎臟損傷似乎取決于潛在的病因?qū)W，需要進(jìn)一步的機(jī)制研究。

2.糖代謝與Gal-3表達(dá)：葡萄糖與其他還原糖與血漿中的脂質(zhì)、蛋白質(zhì)、核酸發(fā)生非酶促反應(yīng)，形成AGEs，高糖環(huán)境下AGEs水平升高，而AGEs積累可增加并誘導(dǎo)AGE受體表達(dá),Gal-3作為AGE受體之一，高糖環(huán)境下Gal-3表達(dá)水平隨AGEs升高而升高[9]。一項(xiàng)小鼠實(shí)驗(yàn)表明，Gal-3的過度表達(dá)增強(qiáng)了2型糖尿病小鼠胰島β細(xì)胞的凋亡和胰島炎癥[10]。另有研究表明，Gal-3表達(dá)不足同樣能增加糖尿病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，Gal-3基因缺失導(dǎo)致前脂肪細(xì)胞的終末分化受損、脂肪組織成熟缺陷，直接影響葡萄糖穩(wěn)態(tài)以及胰島素敏感度，這意味著有缺陷的脂肪生成是胰島素抵抗和糖尿病易感性的核心機(jī)制之一[11,12]。可見，糖尿病的發(fā)生與Gal-3的表達(dá)相互影響，糖代謝異常可導(dǎo)致Gal-3表達(dá)上調(diào)，同時(shí)Gal-3誘導(dǎo)胰島素抵抗進(jìn)一步加重糖代謝異常。

三、Gal-3參與DKD 的發(fā)生、發(fā)展

1.機(jī)制研究

(1)Gal-3參與巨噬細(xì)胞介導(dǎo)的炎性反應(yīng)及腎間質(zhì)纖維化：腎臟炎癥及纖維化是DKD發(fā)展的重要環(huán)節(jié)之一，巨噬細(xì)胞(macrophage，MΦ)是介導(dǎo)炎性反應(yīng)的主要細(xì)胞，MΦ按細(xì)胞表面分子的不同分為M1和M2兩個(gè)表型，M1與M2型MΦ可在同一部位同時(shí)出現(xiàn)并相互轉(zhuǎn)化，二者比例與DKD發(fā)展相關(guān)。M1型通過經(jīng)典途徑活化，可分泌炎性細(xì)胞因子，主要在炎癥早期發(fā)揮促炎作用；M2型通過替代途徑活化，分泌抗炎性細(xì)胞因子及多種生長(zhǎng)因子[13,14]。正常腎臟組織常駐的MΦ含量少，發(fā)生糖尿病時(shí)：(1)在高糖及AGEs刺激以及Gal-3誘導(dǎo)下，單核細(xì)胞浸潤(rùn)遷移至腎組織，分化為MΦ，主要為M1型，M1型MΦ啟動(dòng)腎組織炎性反應(yīng)，進(jìn)一步活化M2型，以抑制炎癥過度反應(yīng)并修復(fù)損傷組織[15,16]。(2)Gal-3隨AGEs增加而增加，Gal-3具有趨化特性，除誘導(dǎo)單核細(xì)胞趨化外，可募集并選擇性活化M2型 MΦ，一方面促進(jìn)抗炎性細(xì)胞因子的釋放以減輕腎臟炎性反應(yīng)[9]；另一方面M2型MΦ可合成并分泌包括轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)的多種生長(zhǎng)因子，Gal-3通過調(diào)控TGF-β激活肌成纖維細(xì)胞以及上皮細(xì)胞-間充質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)分化，促進(jìn)腎纖維化[17～19]。(3)M2型MΦ可進(jìn)一步分泌Gal-3，使Gal-3表達(dá)水平上調(diào)，形成Gal-3反饋環(huán)路[20]?？梢?，高糖條件下Gal-3可通過參與MΦ介導(dǎo)的炎癥及腎間質(zhì)纖維化反應(yīng)而影響DKD。

(2)Gal-3調(diào)控高糖下腎小球系膜細(xì)胞的增殖：腎小球系膜病變是DKD最突出的病理改變之一，在病程早期就存在腎小球系膜細(xì)胞(mesangial cells，MCs)增殖。不同研究均表明，Gal-3影響MCs的高增殖狀態(tài)。一項(xiàng)用實(shí)時(shí)定量PCR檢測(cè)Gal-3在正常小鼠、DKD小鼠腎臟組織以及高低糖條件下MCs中的表達(dá)研究結(jié)果顯示，Gal-3在DKD小鼠腎臟組織中表達(dá)較正常小鼠顯著升高，且高糖條件下MCs中Gal-3的表達(dá)明顯高于低糖條件[21]；Gal-3過表達(dá)后，MCs增殖能力明顯提高，且磷酸化絲裂原細(xì)胞外激酶(mitogen extracellular kinase, Mek)表達(dá)上調(diào)，而MCs增殖能力和磷酸化Mek表達(dá)在小干擾RNA(small interfering RNA，siRNA)沉默Gal-3后明顯下調(diào)?？梢奊al-3可能通過調(diào)控Mek磷酸化影響MCs的增殖。近年來，長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA, lncRNA)成為研究熱點(diǎn)，越來越多的證據(jù)表明，lncRNA參與了DKD的病理生理過程[22，23]。而Pan等[24]的研究進(jìn)一步證實(shí)，Gal-3可通過直接與分布在MCs胞質(zhì)的核糖核酸酶P RNA組分H1(ribonuclease P RNA component H1，lncRNA Rpph1)相互作用而激活胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(extracellular regulated protein kinases，Mek/Erk)信號(hào)途徑，促進(jìn)糖尿病鼠腎臟MCs增殖和促炎性細(xì)胞因子腫瘤壞死因子α(tumor necrosis factor α，TNF-α)和單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemotactic protein 1,MCP-1)表達(dá)。lncRNA Rpph1對(duì)Mek/Erk信號(hào)通路激活的影響可以通過下調(diào)Gal-3得到挽救，Mek特異性抑制劑U0126可阻斷Gal-3或lncRNA Rpph1對(duì)MCs增殖的影響。Gal-3與lncRNA的調(diào)控可能為腎臟MCs的增殖及DKD的診療提供新的思路。

2.臨床研究：目前Gal-3在臨床中的研究主要集中于心血管疾病以及腫瘤學(xué)方面，在糖尿病特別是DKD中的研究相對(duì)較少。但目前少量的臨床研究顯示，血清Gal-3與DKD的發(fā)生及進(jìn)展相關(guān)，在DKD早期診斷及預(yù)后預(yù)測(cè)方面具有一定價(jià)值[25～27]。一項(xiàng)前瞻性研究納入1320例基線腎小球?yàn)V過率≥30ml/(min·1.73 m2)的2型糖尿病患者，以非糖尿病者為對(duì)照組，檢測(cè)血清Gal-3并進(jìn)行隨訪，在隨訪期間血清肌酐翻倍和(或)開始腎臟替代治療、基線檢查時(shí)正?；蛭⒘堪椎鞍啄蚧颊哌M(jìn)展為大量白蛋白尿?yàn)檗D(zhuǎn)歸結(jié)局。結(jié)果顯示，2型糖尿病患者血清Gal-3水平顯著高于非糖尿病對(duì)照組。在整個(gè)糖尿病隊(duì)列中，平均隨訪9年后，Gal-3與血清肌酐加倍(HR=1.19，95% CI:1.14～1.24，P<0.001)和偶發(fā)大量白蛋白尿(HR=1.20，95% CI:1.12～1.30，P<0.001)獨(dú)立相關(guān)，Gal-3水平在最高四分位的個(gè)體有4倍的腎功能喪失風(fēng)險(xiǎn)和3倍的大蛋白尿發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)[26]。另一項(xiàng)前瞻性研究納入正常白蛋白尿、微量白蛋白尿和大量白蛋白尿的2型糖尿病患者各100例，結(jié)果顯示，大量白蛋白尿患者的Gal-3平均水平顯著高于微量白蛋白尿患者，微量白蛋白尿患者的Gal-3平均水平顯著高于正常白蛋白尿患者，且Gal-3是2型糖尿病患者進(jìn)展為微量白蛋白尿、大量白蛋白尿、透析和死亡的重要預(yù)測(cè)因子[27]。Gal-3的全身水平是否反映了Gal-3在腎臟中的表達(dá)仍有待確定, 因?yàn)镚al-3可能來源于其他器官和組織，如心臟和脂肪組織，同時(shí)部分Gal-3也會(huì)被肝臟和腎臟清除。Kikuchi等[28]研究證明，在DKD患者的腎活檢標(biāo)本中，在腎小球中發(fā)現(xiàn)Gal-3陽性細(xì)胞，并且Gal-3陽性細(xì)胞與腎小管中巨噬細(xì)胞總數(shù)的比例也顯著增加。綜上所述，Gal-3與腎功能進(jìn)展、白蛋白尿水平、腎臟替代治療、死亡風(fēng)險(xiǎn)呈正相關(guān)趨勢(shì)，可見Gal-3在DKD疾病進(jìn)展評(píng)估與預(yù)測(cè)方面具有一定價(jià)值。雖然上述動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明Gal-3在糖尿病腎臟病變中表現(xiàn)出雙重效應(yīng)，Gal-3可起腎臟保護(hù)作用，但目前臨床研究均未提示Gal-3在DKD中的保護(hù)作用，期待有多中心、前瞻性、大樣本量的臨床研究進(jìn)一步探討。

綜上所述，Gal-3作為一種多功能蛋白，通過多種途徑作用于腎臟不同細(xì)胞，在DKD的發(fā)生、發(fā)展中發(fā)揮重要的病理生理作用。Gal-3有望作為生物學(xué)標(biāo)志物納入臨床常規(guī)檢測(cè)，并有望作為靶點(diǎn)為DKD的診療提供新思路。目前DKD的診斷除了腎臟活檢，主要依靠尿微量白蛋白以及血肌酐的檢測(cè)，但尿微量白蛋白以及血肌酐的升高往往具有診斷滯后性。目前Gal-3在DKD診斷方面研究較少，Gal-3在早期診斷上是否更具有敏感度和特異性，以盡早實(shí)施干預(yù)，尚需動(dòng)物實(shí)驗(yàn)及臨床研究予以進(jìn)一步探討。