陳劍虹 楊少娟 許 騰 江燕麗 鄧雨欣 胡 軍

華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬梨園醫(yī)院 湖北武漢 430077

糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病患者常見的糖尿病微血管并發(fā)癥之一,目前被認為是慢性腎臟病和終末期腎病的主要原因[1]。國際糖尿病聯合會估計,糖尿病已經影響了4.25億人,到2045年,糖尿病患者的數量將增加到6.3億。OPAZO-ROS[2]等研究表明,DN的發(fā)病機制尚未十分清晰,炎癥反應、全身血流動力學、糖脂代謝紊亂等因素是導致DN發(fā)病的重要組成部分。過去三十年大量實驗和臨床證據表明,氧化應激是DN的發(fā)展的關鍵,它是慢性腎臟病發(fā)病錯綜復雜通路的中心環(huán)節(jié)[3]。有研究發(fā)現,核因子E2相關因子2(nuclear factor erythroid 2-related factor-2,Nrf2)/血紅素加氧酶1(hemeoxygenase-1,HO-1)信號通路具有抗氧化應激、抗炎、調節(jié)細胞凋亡等作用,若能阻斷該通路,就有可能阻止相關疾病的進展[4]。目前,臨床上西藥對DN的治療集中于對腎臟有改善作用的降壓、降糖藥物中,且存在藥物的不良反應。近些年中醫(yī)學不斷發(fā)展,中醫(yī)藥在治療DN中有其特有的優(yōu)勢,中醫(yī)認為DN氣血陰陽皆虛,兼有瘀、痰、濕、熱等表現,可以通過活血補腎,改善機體微循環(huán),疏通腎絡,從而改善腎功能,因此中醫(yī)藥治療主要從健脾益氣、養(yǎng)陰活血、益腎清熱解毒方面入手[5-9]。近年來中醫(yī)藥在靶向Nrf2/HO-1信號通路治療DN的研究愈來愈多,有很多證據證明,中藥可調控Nrf2/HO-1信號通路改善DN患者腎功能,延緩腎臟纖維化。據研究,中藥活性成分、單體以及中藥復方有成為Nrf2/HO-1信號通路的靶向激動劑的潛力,本文就Nrf2/HO-1信號通路在DN的作用及中藥對該通路的影響作一綜述,為中醫(yī)藥治療DN提供參考。

1 Nrf2/HO-1信號通路概述

Nrf2/HO-1是抗氧化應激的重要信號通路,其中,Nrf2屬于機體內重要的抗氧化亮氨酸拉鏈轉錄因子,包含7個結構域(Neh1-7),負責哺乳動物的細胞氧化還原平衡和細胞內防御機制的信號傳遞[10]。在正常生理狀態(tài)下,Nrf2的Neh2結構域定位于細胞質中,與Kelch樣環(huán)氧氯丙烷相關蛋白1(kelch-like ECH-associated protein1,Keap1)相結合,二者處于低活性狀態(tài)。而在外來刺激或氧化損傷等應激條件下,Nrf2與Keap1解離,活化后轉位進入胞核內,與抗氧化反應元件(antioxidant responseelement,ARE)結合,調節(jié)下游過氧化氫酶(catalase,CAT)、II相解毒酶(phase II detoxifying enzymes)及超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)等靶基因活性,啟動下游抗氧化基因的轉錄[11-12]。HO-1是受到Nrf2信號調控的II相解毒酶之一,是重要的抗氧化酶,具有抗氧化應激、抗炎、抗細胞凋亡的保護作用[13]。HO-1是血紅素降解中的關鍵酶,可催化血紅蛋白降解產生膽綠素、一氧化碳(CO)和亞鐵離子(Fe2+)等產物,將這些產物轉化為膽紅素,能夠發(fā)揮降低炎癥反應、抗細胞凋亡以及減輕氧化應激的作用[14]。

2 Nrf2/HO-1通路在DN中的作用

目前公認Nrf2/HO-1通路具有抗氧化應激、抗炎和抗細胞凋亡等作用。Nrf2/HO-1信號通路激活后可以激活其下游抗氧化基因的轉錄,氧化基因蛋白以及Ⅱ相解毒酶的表達,同時抑制過多活性氧化物質(reactive oxide species,ROS)生成,加快清除機體氧自由基。氧化應激是機體內ROS生產與清除不平衡導致的機體的氧化損傷的過程,ROS的產生超過了系統清除ROS的能力,ROS的過量存在會氧化脂質、蛋白質和核酸,導致細胞膜、DNA和其他細胞結構的不可逆損傷[15]。

此外,Nrf2/HO-1可以間接地通過核因子κB(nuclear factor kappa B,NF-κB)通路發(fā)揮抗炎效應,改善氧化應激反應,從而減輕腎臟病變,抑制細胞外基質合成增加,減少腎細胞凋亡、腎小球硬化、腎小管變性以及炎癥細胞浸潤等,最終達到延緩DN進展的目的。

氧化應激是DN發(fā)病機制中被公認的關鍵因素,持續(xù)高血糖刺激下,三磷酸甘油脫氫酶的活性被大量ROS抑制,一系列與糖尿病微血管并發(fā)癥相關的信號通路被激活,細胞外基質合成增加,最后導致腎小管間質纖維化等病理改變[16]。曾有研究發(fā)現,敲除Nrf2后的DN小鼠會有大量ROS積聚,產生氧化應激反應,最后導致腎損傷[17]。Sun等[18]研究證明,激活Nrf2通路可顯著預防糖尿病的腎臟氧化損傷、炎癥及降低蛋白尿,Nrf2通路可以在預防DN中發(fā)揮關鍵性作用。劉清巖等[19]實驗證明HO-1基因修飾后的BMSCs可以抑制Caspase-3的表達,可明顯改善DN大鼠的腎功能,抑制腎小球上皮細胞的凋亡,對DN大鼠有一定的治療作用。Wahdan等[20]的研究證明PIC可通過激活Nrf2/HO-1信號轉導通路減輕炎癥反應、抗細胞凋亡,發(fā)揮對順鉑腎毒性大鼠的腎保護作用。Zhang等[21]研究發(fā)現青蒿素可以通過激活Nrf2/HO-1信號通路改善腎小球系膜細胞增殖、細胞外基質合成增多及毛細血管基底膜增厚等改變,改善DN大鼠的腎功能。

綜上所述,說明Nrf2/HO-1通路的抑制可能是導致DN發(fā)生的因素之一,通過上調 Nrf2/HO-1通路信號傳導可增強機體抗氧化應激、減輕腎損傷,延緩腎纖維化進展,是治療DN的新方向,有可能成為DN治療的熱門靶點。

3 中藥對Nrf2/HO-1信號通路的干預作用

傳統醫(yī)學認為DN屬“水腫”“關格”“消渴病腎病”等疾病范疇,其基本病機為氣虛、陰虛、血瘀。治療方法常為補虛培本,化瘀祛濁。目前關于早期DN的防治,中醫(yī)和西醫(yī)都著重于從分子層面分析糖尿病腎病的發(fā)病機制并尋求有效的治療方法。中藥以其多通路、多靶點、多途徑的特點,在防治DN的疾病進展有較明顯的優(yōu)勢。研究發(fā)現,中藥基于Nrf2/HO-1信號通路干預DN涉及中藥活性成分主要為酚類、黃酮類、皂苷類等化合物,這些中藥活性成分可以通過對Nrf2、HO-1、Keap1、NF-κB、ARE等信號靶點的調控,抑制ROS,發(fā)揮抑制氧化應激,抗炎癥作用。

3.1 酚類化合物

3.1.1 白藜蘆醇 白藜蘆醇是一種主要存在于葡萄、虎杖、藜蘆等天然植物中的多酚類植物化合物,有抗氧化應激的作用,是天然存在的抗氧化劑。高絲娜等[22]發(fā)現白藜蘆醇使DN小鼠24 h尿蛋白定量、血肌酐、血尿素氮均降低,并可增加Nrf2、HO-1蛋白的表達。白藜蘆醇發(fā)揮其保護腎臟功能的機制可能是通過激活Nrf2/HO-1信號通路,從而減少腎組織氧化應激損傷,進而保護腎臟功能。

3.1.2 白皮杉醇 白皮杉醇為白藜蘆醇的羥基衍生物,廣泛存在于甘蔗、葡萄、桂皮等多種植物中,是一種多酚類化合物。藥理學證實其具有多種生物學活性,如降低血糖、清除自由基、抗氧化應激、抗細胞凋亡等的作用。宋瑋等[23]研究發(fā)現白皮杉醇可以降低DN大鼠的尿微量白蛋白、血肌酐及尿素氮水平,且呈劑量依賴性,并且促進DN大鼠HO-1蛋白表達,提高抗氧化能力,改善腎損傷及腎纖維化。

3.1.3 丹參素 丹參素是從丹參中提取的酚類芳香酸類復合物,具有抗炎、抗氧化、降低胰島素抵抗等作用。近年來研究發(fā)現其有保護腎臟的作用。吳燕麗等[24]研究丹參素對急性胰腺炎腎損傷大鼠的影響,發(fā)現丹參素具有減輕腎損傷的功效。吳平亞等[25]研究建立DN大鼠模型,探討丹參素對DN大鼠腎損傷的影響。實驗發(fā)現丹參素可降低DN大鼠空腹血糖、血肌酐、血尿素氮及24 h尿蛋白含量,并可抑制MEK、ERK蛋白磷酸化,增加Nrf2蛋白表達,從而改善DN大鼠的腎纖維化。

3.1.4 丹皮酚 丹皮酚是從牡丹皮根皮中或徐長卿干燥根中提取出來的單一酚類化合物,研究發(fā)現丹皮酚具有延緩肝、肺、心等臟器纖維化的潛力,但具體的機制尚不明確,隨著中醫(yī)藥的不斷發(fā)展,越來越多學者研究丹皮酚的藥用價值,目前其多應用于抗氧化、抗炎等方面。Zhang等[26]研究通過分析高糖處理的腎小球系膜細胞和鏈脲佐菌素誘導的糖尿病小鼠,探討丹皮酚對DN的作用機制。研究發(fā)現丹皮發(fā)揮腎保護作用可能與調節(jié)Nrf2通路有關。

3.2 黃酮類化合物

黃酮類化合物屬于多酚類化合物,黃酮類化合物的來源豐富,如從姜黃中提取的姜黃素,從杜仲中提取的杜仲黃酮、從黃芩中提取的黃芩苷等。

3.2.1 姜黃素 姜黃素是從姜黃根狀莖中提取的主要生物活性成分,為黃酮類多酚化合物,具有廣泛的生物活性,如抗氧化、抗炎、抗纖維化和降血糖等藥物作用。王道周等[27]研究探討姜黃素對DN大鼠作用機制,發(fā)現姜黃素可以降低DN大鼠的總膽固醇、甘油三酯、血糖、血尿素氮、血肌酐以及尿微量白蛋白,姜黃素組的腎損傷改變較DN組有所改善,姜黃素組顯著提高了Nrf2和HO-1蛋白的表達,推測機體受到氧化刺激時,Nrf2與Keap1解離,解離后的Nrf2進入細胞核內與ARE 結合,調節(jié)下游HO-1和SOD的活性,增強其表達,從而增強機體的抗氧化能力。

3.2.2 杜仲黃酮 杜仲黃酮為杜仲科杜仲屬喬木的干燥樹皮中提取的主要成分,研究[28]表明杜仲黃酮具有較強的抗氧化活性,可以清除羥自由基、超氧陰離子。許碧琪等[29]通過研究杜仲黃酮對DN小鼠Nrf2/HO-1的影響,發(fā)現杜仲黃酮可降低DN小鼠空腹血糖并改善腎功能,杜仲黃酮組腎組織SOD活性增高,Nrf2與HO-1蛋白表達增多,推測杜仲黃酮的作用機制可能是調節(jié)Nrf2/HO-1信號通路,從而改善腎臟病理改變,減輕氧化應激對機體的損傷。

3.2.3 黃岑苷 黃芩苷是從傳統的中藥黃芩中提取的,黃芩也被廣泛用于預防和治療糖尿病及其并發(fā)癥,并已被證明有效。Ma L等[30]研究證明黃岑苷可以通過激活Nrf2介導的抗氧化途徑緩解氧化應激,通過抑制MAPK信號通路緩解炎癥,從而預防DN。尹青橋等通過探討黃芩苷對DN小鼠腎臟的作用機制,發(fā)現黃岑苷使DN小鼠miR-141表達下調,激活Sirt1和Nrf2表達,提高SOD水平,從而減輕腎臟氧化損傷。

3.3 皂苷類

中藥皂苷類化合物多種多樣,藥理活性研究熱門,目前公認皂苷類化合物主要的生物活性為抑制氧化應激、抗炎、減少細胞凋亡、抗纖維化等,多應用于DN的治療中。

3.3.1 紅景天苷 紅景天苷是從紅景天中分離出來的植物皂苷,目前常用于治療心、腦血管疾病[31]。Guo C等[32]研究發(fā)現紅景天苷可降低DN大鼠的24h蛋白尿、血尿素氮、血肌酐,減輕腎小球系膜擴張和腎小管損傷。殷白丁等[33]探討紅景天苷對DN的保護作用和機制,研究發(fā)現紅景天苷夠降低DN小鼠血漿脂質水平,同時也能降低DN小鼠血漿肌酐和血液尿素氮、β2-微球蛋白的水平,能夠抑制由高級糖基終產物(AGE)導致Nrf2蛋白表達下調,從而減輕DN小鼠的腎臟損傷。

3.3.2 三七皂苷 三七皂苷是從三七中提取的一種新型皂苷,具有心臟和神經保護作用[34],但在DN方面的預防作用尚未被廣泛報道。Zhang B等[35]通過建立DN小鼠模型,探討三七皂苷對DN小鼠的保護作用,研究發(fā)現三七皂苷可減輕DN小鼠的腎臟組織學形態(tài)異常改變,減輕腎纖維化,可能是通過減輕AGE誘導的線粒體損傷,限制ROS的增加,促進NRF2、HO-1蛋白的表達的機制。

表1列舉了常見的中藥活性成分所屬的分類和實驗模型、起效的機制等。

3.4 中藥復方

近年來,隨著對中醫(yī)藥研究逐漸加深,中藥復方通過靶向調控Nrf2/HO-1信號通路治療DN的研究愈來愈多。本文主要總結了芪精益腎湯、冠心丹參方、參藤三黃湯、芪黃補腎泄?jié)岱?、當歸補血湯加味和糖腎安等中藥復方。

3.4.1 芪精益腎湯 芪精益腎湯由黃芪、黃精、川芎、人參葉組成。陶春鶴等[36]的研究發(fā)現,芪精益腎湯以養(yǎng)陰、活血清熱、益氣健脾為組方配伍原則,可以通過激活Nrf2/HO-1信號轉導通路減輕氧化應激對腎臟的損害,提高SOD活性,清除因高糖環(huán)境生成過多的ROS,增強抗炎、抗氧化能力,從而延緩腎纖維化的進程。

3.4.2 冠心丹參方 冠心丹參方由丹參、三七和降香3味藥組成。張彬等[37]的研究證明,冠心丹參方具有活血化瘀、改善循環(huán),活血通絡的功效,會降低db/db小鼠血脂水平,上調小鼠雌激素受體α和磷酸化蛋白激酶 B的蛋白水平,促進Nrf2/HO-1信號的表達,降低小鼠的血清肌酐和尿素氮水平,改善腎小球增大、基底膜增厚等病理改變。

3.4.3 參藤三黃湯 周小琳等[38]的實驗證明,參藤三黃湯(主要組成:黃芪、黃連、生地黃、葛根、丹參、雞血藤等)以益氣化瘀、養(yǎng)陰清熱生津、補腎澀精為配伍原則,可以上調Keap1/Nrf2/ARE通路發(fā)揮抗氧化、抗炎作用,改善腎小球結構,緩解毛細血管腔狹窄情況。

3.4.4 芪黃補腎泄?jié)岱?芪黃補腎泄?jié)岱街饕S芪、酒蒸大黃、丹參、積雪草、貓須草、生牡蠣、蒲公英等中藥,是臨床多年應用總結的經驗方。金麗霞等[39]的研究發(fā)現芪黃補腎泄?jié)岱娇烧{節(jié)人腎小球系膜細胞(HMC)中Nrf2、γ-GCS及SOD的mRNA和蛋白的表達,減輕氧化應激對細胞的損傷,由此推測芪黃補腎泄?jié)岱娇筛深ANrf2-ARE信號通路,降低氧化應激反應,從而延緩DN的進展。

3.4.5 歸補血湯加味 當歸補血湯主要由當歸、黃芪、三七、川芎、丹參等飲片組成,沈花等[40]等研究發(fā)現當歸補血湯加味以益氣活血、養(yǎng)陰通絡、生津止渴為配伍原則,可調控SD雄性大鼠Nrf2/HO-1信號通路,增加大鼠Nrf2、HO-1的表達,從而降低血糖、腎功能指標,改善脂質代謝。

3.4.6 糖腎安 糖腎安主要由黃芪、丹參、山茱萸等中藥組成,孫偉娜等[41]研究證實,糖腎安可調控SD大鼠激活 Nrf2/ARE通路,減輕體內ROS水平,從而提高Nrf2及其下游的HO-1蛋白的表達,達到抑制氧化應激、改善腎功能的目的。

中藥復方的主要功效包括健脾補腎、活血化瘀、清熱益氣,目前臨床上中藥對DN注重綜合治療,腎氣已傷,單純補腎已不能滿足全面、綜合治療的要求,腎為先天之本,脾胃為后天之本,治療時需固本培元,注重健脾養(yǎng)胃。而且,中藥復方可促進糖尿病腎病患者通絡散瘀、補腎清熱、滋陰潤燥,從而減輕對腎臟的病理性損傷。從近年來中藥治療DN的研究進展可以發(fā)現中藥能夠通過改善抑制促炎細胞因子、減弱氧化應激反應,從而減緩DN的發(fā)展。表2列舉了常見的中藥復方及其實驗模型、起效的機制等。

表2 中藥復方靶向Nrf2/HO-1信號通路治療DN的研究模型及作用機制

4 結語和展望

DN是糖尿病最嚴重的微血管并發(fā)癥之一, DN的最終結局是終末期腎病,最后將會形成永久不可逆性腎臟損害。在腎臟功能惡化以后,患者最終需要面臨腎臟移植、血液透析等治療,會給家庭帶來沉重的經濟負擔及精力,同時侵入性操作風險較大。因此,尋求有效治療且延緩DN發(fā)展的治療方法是當前的熱點。Nrf2/HO-1信號通路參與機體的抗氧化應激,當該通路激活時,Nrf2與Keap1從細胞質中解離出來,轉移到核內,與ARE結合,從而激活下游HO-1蛋白表達,抑制ROS的產生以及清除體內已生成的ROS,從而減輕對腎臟的氧化損傷,減少細胞外基質的堆積,延緩腎臟纖維化的進程。

目前,DN的治療方法主要為控制飲食、降低血糖和血壓等基礎治療,尚缺乏特異性的治療方法。DN屬于中醫(yī)“消渴腎病”“水腫”“關格”等范疇,多因久病致氣血虧虛,陰津虧損,致血行不暢,最終導致病位在腎。目前很多研究證明,中藥的活性成分、中藥復方等可補氣養(yǎng)血、瀉濁和胃、強陰益腎,靶向激活Nrf2/HO-1信號通路,可有效地改善患者的腎功能。雖然現代研究中發(fā)現中醫(yī)藥有明確證據可治療DN,但因其當前的研究較淺,且中藥成分復雜,其起生物學作用的靶點較多,在臨床的應用中仍有較大阻礙,有些復方藥物盡管在實驗過程中證明有效,但缺乏足夠的樣本數據支持其安全性和有效性,需要更多實驗數據進一步論證。同時應更加細化中藥的有效成分,明確中藥所涉及的靶點,明確其具體的分子機制。加強中醫(yī)藥研究,可促進中藥資源的開發(fā),增加自然資源的利用率,有助于帶動當地農業(yè)發(fā)展,有較強的經濟效益。

綜上所述,我們認為中藥能夠減輕DN大鼠腎功能指標,能夠靶向Nrf2/HO-1通路抗氧化應激,或抑制炎癥因子的表達,從而改善腎臟病理損傷。但目前當前對于Nrf2/HO-1信號通路的研究多集中于某一上游或下游關鍵靶點機制,缺乏將不同通路聯合研究,而這可能是未來研究的中心。現在較多研究尚處于動物實驗階段,由于藥物在人體與動物的作用機制、代謝是有區(qū)別的,而且需要探討如何在人體內發(fā)揮藥物的最大效果,缺乏足夠的臨床數據支持,這是中藥在臨床使用受限的最大原因,需要多開展藥物在臨床患者中的試驗研究,為其在臨床使用提供有力的證據。中藥大多都是天然植物或其提取物,毒副作用小,是天然的DN長期治療藥物的最佳選擇,且中藥中尚有很多未確定的可起到緩解糖尿病及其并發(fā)癥的有效活性物質成分,加強中藥對于DN的治療研究具有重要的意義,可促進中醫(yī)藥事業(yè)的現代化發(fā)展。