糖尿病肾病蛋白尿形成机制

马兴杰,杨丽霞 综述,董岸莺审校

(解放军第273医院心肾呼吸科,新疆库尔勒 841000)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最常见的慢性并发症之一,是导致终末期肾衰竭的主要病因之一[1]。DN早期为微量清蛋白尿,逐渐发展到难治性大量蛋白尿,最后出现肾衰竭。蛋白尿是糖尿病肾病的主要临床表现,也是糖尿病肾病进展的独立危险因素[2]。因此,探讨DN蛋白尿发生机制具有非常重要的临床意义。

1 肾小球血流动力学异常

肾小球血流动力学异常被认为是DN蛋白尿发生的始动因素。糖代谢紊乱导致一系列血管活性因子反应性增强,如血管紧张素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)、血管紧张素转化酶(angiotensin coverting enzyme,ACE)、内皮素(endothelin,ET)、激肽释放酶-激肽系统(kallikrein-kinin system)、前列腺素(prostaglandin,PG)、血栓素(thromboxane,TX)、心钠素(atrial natriuretic factor,ANF)和一氧化氮(nitric oxide,NO)等活性改变,这些因素均可使肾小球入球小动脉扩张,肾小球毛细血管的血流量入量增加,而出球小动脉扩张不明显,从而使肾小球滤过压增加,出现肾小球内高滤过。肾小球内高滤过促使血浆清蛋白从毛细血管壁滤过增加;肾小球内高压对肾小球固有细胞结构及功能均造成不同程度的影响。肾小球高滤过使肾小球毛细血管内切流压增加,血管内皮细胞在长期承受这种压力的情况下,其形态和功能将随之发生一系列变化,包括细胞内pH的变化,内皮细胞血管活性因子异常以及血管反应性的改变[3]。肾小球内高压力使肾小球毛细血管处于一种扩张状态,进而对系膜区造成一种牵张力,系膜细胞和上皮细胞在这种牵张力的作用下细胞基质合成增加,造成系膜区增宽和肾小球基底膜增厚。

2 肾小球滤过膜

肾小球滤过膜从内到外分为3层结构:内皮细胞、基底膜和足细胞。滤过膜3层结构相互支撑,存在活跃的物质交换和相互调控。糖尿病肾病时,肾小球滤过膜结构及功能发生改变是形成蛋白尿的主要原因。

2.1 肾小球内皮细胞 肾小球内皮细胞(endotheliocyte)是肾小球滤过屏障的第1层。内皮细胞与血液循环直接接触,它不仅直接受肾小球内高灌注、高滤过和高压力等作用的直接损害,还受DN患者血液成分变化的影响。内皮细胞窗孔结构(podocalycin)仅由一层酸性糖蛋白组成的细胞衣覆盖,是内皮细胞发挥机械屏障的主要结构基础,窗孔结构损伤直接影响血管壁的通透性,导致血浆清蛋白漏出。内皮细胞表面被覆带负电荷的糖萼(glycocalyx),使内皮细胞具有电荷选择作用[4]。Deckert等[5]发现DN患者肾小球内皮细胞合成带负电荷的糖蛋白能力下降;King等[6]研究发现高血糖能促进内皮细胞死亡,抑止内皮细胞的增殖并使体外培养的内皮细胞达到完全融合的时间延长。糖尿病肾病时,肾小球内皮细胞发生坏死或凋亡,从基底膜脱落进入循环系统中,导致肾小球内皮数目减少和内皮完整性受损,间隙增宽血液物质容易进入内皮下形成沉积物从而损伤肾小球[7]。

2.2 肾小球基底膜 肾小球基底膜(glomerular basement membrane,GBM)是滤过屏障的第 2层。GBM 厚约300～350 nm,主要由Ⅳ型胶原(Ⅳ-C)、硫酸肝素蛋白聚糖(HSPG)和层黏连蛋白(LN)等组成。正常情况下,基底膜主要成分在可降解基膜的蛋白酶-基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和组织蛋白酶的作用下,合成、降解处于动态平衡,形态、结构和厚度正常。然而DN患者长期处于高糖状态,肾脏局部肾素高度活化,维持 GBM正常代谢的诸因素失去平衡[8]。体外研究表明,高糖能显著增加肾小球足细胞、内皮细胞Ⅳ型胶原α 1链、α 3链和α 5链mRNA和蛋白质的表达,并认为这可能是糖尿病肾病GBM增厚、通透性增加的原因[9]。Susanne等[10]亦报道活检前5年的平均糖化血红蛋白水平增高是GBM增厚的独立危险因素。

2.3 肾小球足细胞 肾小球足细胞(podocyte)是滤过屏障的最后一部分。两相邻足突之间的裂隙称为裂孔,表面覆盖着拉链状结构的裂孔隔膜(slitmembrane),裂孔隔膜是血浆蛋白通过脉管系统的最后屏障,其组成的蛋白主要有nephrin、podocin、CD2AP、ZO-1等,裂孔隔膜的完整性是肾小球滤过机械屏障的关键[11-12]。

足细胞膜表面和裂孔隔膜表面附有一层较厚的带负电荷的唾液酸糖蛋白,是肾小球滤过电荷屏障的重要组成部分。肾小球的3种固有细胞均可以合成蛋白多糖,但足细胞是合成带有负电荷的蛋白多糖的最重要来源。Podocalyxin是足突顶膜区主要的带负电荷跨膜蛋白。Koop等[13]通过肾组织活检发现DN患者该蛋白表达减少或消失。Economou等[14]在STZ诱导的糖尿病大鼠模型中发现,Podocalyxin的表达较正常对照组下降45%,以高糖刺激体外培养足细胞发现,Podocalxin的表达几乎全部被抑制,故推断DN时Podocalyxin表达量下降,肾小球滤过电荷屏障减弱,促进蛋白尿的发生,加速了DN的进展。

足细胞通过α 3β1整合素与 GBM 相连[15]。Pagtalunan等[16]研究证实糖尿病大鼠肾病模型中α 3β1整合素 mRNA水平从第2周起明显减低,并在整个病程进展中处于低水平。Roselli等[17]研究认为高血糖可抑制糖尿病患者或鼠足细胞α 3β1整合素的表达,并随病程的延长抑制作用加强。故推断高糖可通过对α 3β1整合素的抑制作用导致足细胞脱落。足细胞通过有限的增殖来代偿缺失的足细胞。如足细胞从基底膜上剥脱的速度超过了足细胞的代偿能力,致基底膜部分区域裸露,肾小球滤过膜的完整性遭到破坏,大量清蛋白从滤过膜滤出形成蛋白尿。White等[18]证实蛋白尿与足细胞数量及足细胞密度存在明显的负相关。Dalla等[19]通过对67例白人2型糖尿病患者肾活检发现足细胞密度明显低于正常对照组。刘志红等[20]研究表明,DN患者早期足细胞数目和密度已开始减少,并随病变加重而加重。

Blum等[21]认为由于肾小球足细胞足突宽度增加致使单位长度GBM上裂隙孔数目减少,并导致裂孔膜形状改变,从而影响了机械屏障的完整性是形成蛋白尿的原因之一。

3 肾小管

在正常生理状态下,超滤的蛋白绝大部分经肾小管重吸收,只有少数蛋白存在于尿中[22]。糖尿病时,高糖状态不仅能明显抑制肾小管上皮细胞的增殖,还能诱导肾小管上皮细胞转分化成肌成纤维细胞[23]。肌成纤维细胞作为组织纤维化的效应细胞,直接参与肾脏纤维化的过程。Thomson等[24]发现,DN肾小球高滤过导致的蛋白尿加重,可能与肾小管肥大使得钠离子重吸收增加有关。Nangatu[25]认为肾小管间质损伤是DN蛋白尿进展的媒介,肾功能恶化的程度主要与肾小管、间质纤维化程度密切相关,其最终结果取决于肾间质改变的程度。

4 血管内皮细胞生长因子

血管内皮细胞生长因子(vascular endotheliar growth factor,VEGF)是一种作用于血管内皮细胞的特异性丝裂原,能通过作用于其靶细胞,即内皮细胞和系膜细胞上的受体VEGF而发挥调节血管生成及内皮细胞通透性的作用。VEGF在蛋白尿形成中的作用已被大量研究所证实[26-28]。高血糖一方面通过直接激活蛋白激酶C途径增加VEGF基因转录和蛋白表达,另一方面通过如血管紧张素Ⅱ、转化生长因子β(TGF-β)、血小板源性生长因子(PDGF)成纤维细胞生长因子(FGF)、晚期糖基化终末产物(AGEs)、机械牵拉、氧化应激等多种因素刺激VEGF表达上调[29]。Kim等[30]体外试验证实高糖均可上调肾脏系膜细胞、内皮细胞、足细胞和远端小管细胞合成和分泌VEGF。1型糖尿病患者,血清VEGF浓度越高,发展为持久微量蛋白尿的危险性就越大,且早在出现持久微量蛋白尿之前数年,即有血清VEGF浓度的持续性升高。同样,2型糖尿病患者血浆VEGF浓度显著升高,是正常对照组的2倍,2型糖尿病肾病患者,血浆和尿VEGF浓度与尿蛋白排泄呈正相关[31]。刘志红等[3]对糖尿病肾病不同病程阶段的患者进行基因芯片研究发现,糖尿病早期VEGF mRNA上调,但随着病情进展而逐渐下调;糖尿病后期VEGF下调可能与足细胞丢失有关。

5 晚期糖基化终末产物

晚期糖基化终末产物(AGEs)是指蛋白质、脂质或核酸等大分子在没有酶参与的条件下,自发地与葡萄糖或其他还原单糖反应所生成的稳定共价化合物。高血糖状态时,体内晚期糖基化终末产物和合成明显增加,AGEs可使循环蛋白交联,交联后的清蛋白更易漏出滤过膜,是致使微量清蛋白尿的重要原因之一。漏出的清蛋白堆积在系膜区能促进系膜细胞增殖和细胞基质增多,导致肾小球硬化。Wendt等[32]发现在遗传糖尿病大鼠中足细胞RAGE激活,导致VEGF表达增高,增加血管通透性,加重了DN蛋白尿。

总之,DN蛋白尿发生机制很复杂,可能与肾脏血流动力学异常、肾小球滤过屏障受损、肾小管重吸收异常及多种生长因子等多个因素综合所致的结果。为了更有效地早防早治DN,降低终末期肾病发生率,进一步探索DN蛋白尿的发生机制仍是今后一项重要的任务。

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