糖尿病肾病发病机制研究进展

廖 钰(综述)，夏 宁(审校)

(广西医科大学第一附属医院代谢糖尿病中心，南宁530021)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是糖尿病的主要并发症之一，约30%的糖尿病患者会发展为DN。其早期的主要病理特征是肾小球肥大，肾小球和肾小管基底膜增厚及系膜区细胞外基质的进行性积聚;后期为肾小球、肾小管间质的纤维化，并最终导致蛋白尿和肾功能衰竭。目前认为DN的发病机制较为复杂，肾血流动力学改变、糖代谢紊乱及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物质及细胞因子激活、氧化应激、蛋白激酶C激活、肾病蛋白、脂代谢紊乱、遗传等因素有关。在此就DN的发病机制的研究进展作一综述。

1 血流动力学改变

1．1 肾小球血流动力学异常 糖尿病早期存在肾小球内血流动力学异常，表现为高滤过、高灌注和肾小球毛细血管内高压。这些变化促使清蛋白从肾小球系膜毛细血管渗漏，系膜细胞基质增多，肾小球基底膜增厚和足细胞损伤。许多因素参与这一过程，包括前列腺素、一氧化氮、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、转化生长因子 β(transforming growth factor-β，TGF-β)和肾素-血管紧张素系统。

1．2 肾素-血管紧张素系统及其组分作用 血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和肾素-血管紧张素系统的其他组分在DN的发病和进展起一个中心作用。AngⅡ导致肾小球高滤过、球内高压，还与AngⅡ受体1结合，不仅直接抑制系膜细胞中Ⅳ型胶原酶的活性，降低其降解基质的能力，还能促进多种细胞因子的生长，抑制肾病蛋白表达，促进肾小球硬化的发展。目前研究认为AngⅡ通过促炎性作用介导趋化因子，黏附分子和其他促纤维化生长因子，最终导致肾脏功能下降。肾小球高压所致机械应力和高血糖是潜在的DN发病机制的关键因素，两者的协同作用加速足细胞损伤，即损伤肾小球基底膜足细胞足突的蛋白锚定系统。在正常生理情况下，足细胞通过调节酶的活性使血管紧张素1-7(angiotensin1-7，Ang1-7)、血管紧张素 1-9(angiotensin1-9，Ang1-9)生成和AngⅡ降解，Ang1-7能拮抗AngⅡ的促炎作用，从而维持肾小球内肾素-血管紧张素系统平衡。在病理环境下，这些酶的活性发生变化从而导致肾小球内肾素-血管紧张素系统失衡，进而促进DN的发展。目前发现，肾素-血管紧张素系统的组织损伤作用也可能涉及肾素及其蛋白前体肾素原的直接作用。两者直接作用于血管病变的有力证据是糖尿病微血管病变与血循环中肾素原水平升高相关(甚至先于微血管病变出现)［4］。

1．3 内皮素 内皮素是一种血管收缩肽，最主要的是内皮素1，由内皮素受体A和内皮素受体B介导其作用。炎症和各种细胞因子，缺血缺氧，高钠、高糖、高脂血症，酸性代谢产物刺激、血流动力学改变以及机械性损伤导致内皮素合成增加而清除减少，从而改变肾脏血流动力，加速肾间质纤维化和肾小球硬化。体外实验表明，内皮素1可上调蛋白激酶C和TGF-β的表达，刺激系膜细胞增殖和细胞外基质产生，内皮素1也可促进细胞骨架的变化，对肾小球滤过屏障造成破坏［5，6］。而在糖尿病动物模型中选择性阻断内皮素受体A能阻止肾损伤早期的肾血管收缩和高滤过，并阻止了蛋白尿的进展和肾结构破坏，这都提示内皮素参与DN发展［7］。

2 糖代谢紊乱

2．1 高血糖 体外研究表明，高血糖与系膜细胞基质增多和系膜细胞凋亡关联［8］。系膜细胞扩张可能是由系膜细胞中升高的血糖浓度介导的。过去有研究发现，糖尿病患者移植非糖尿病捐助者的肾脏后，不论高血糖是否控制，糖尿病和肾病仍会进展。因此，高血糖可能是必要的因素［9］。

2．2 非酶糖基化和晚期糖基化终产物 在慢性高血糖状态下，葡萄糖与游离氨基酸或组织蛋白结合，并最终形成不可逆晚期糖基化终产物(advanced glycation end products，AGE)。AGE主要通过三种途径参与DN的发病机制:①通过改变信号转导中可溶性信号(如细胞因子、激素与自由基)的水平来实现;②与蛋白质交联结合破坏其生理功能，改变血管结构，使肾小球基底膜糖化，电荷消失，造成功能障碍;③AGE与细胞膜上的AGE受体结合后，激活多条信号转导通路等，同时上调多种生长因子，促进DN进展。如AGE与系膜细胞表面的AGE受体结合，促使系膜细胞产生和释放细胞外基质，这是导致肾小球肥大、基底膜增厚和系膜扩张的直接原因;AGE与血管内皮细胞AGE受体结合，致血管通透性增加，加速微血管病变产生;AGE与肾小管上皮细胞AGE受体结合发生表型转化，转化为成肌纤维细胞，这与肾小管间质病变有关［9，10］。

2．3 多元醇通路代谢增强 该通路葡萄糖代谢极少，而长期高血糖可激活该通路限速酶——醛糖还原酶，使该通路代谢增强，山梨醇在组织内堆积，导致细胞结构和功能异常，直接影响肾小球和肾小管功能;还能使AGE增多，最终在组织沉积，导致肾脏及微血管并发症。细胞培养研究发现，高糖环境及醛糖还原酶的过度表达可增加纤维连接蛋白的表达，而醛糖还原酶抑制剂可使纤维连接蛋白的表达不再增加［11］。这些结果提示，抑制醛糖还原酶可能有助于阻止DN患者的细胞外基质的沉积。有研究表明，TGF-β1诱导的纤维连接蛋白的表达依赖于系膜细胞中的醛糖还原酶活性，且能被醛糖还原酶抑制剂抑制［12］。

3 炎性反应

越来越多的证据表明，固有免疫反应激活与慢性炎性反应是DN的一个公认的发病因素。炎性分子和途径，包括代谢途径、氧化应激、生长因子和炎性细胞因子、细胞黏附分子相互作用，参与DN的发生发展。例如高血糖、TGF-β1、血管紧张素Ⅱ可刺激VEGF的表达，使内皮细胞合成一氧化氮，促进血管舒张和高滤过。VEGF还刺激Ⅳ型胶原α3链的生成，促进细胞外基质沉积。但有研究表明，DN患者的VEGF基因表达、肾小球VEGF mRNA浓度下降与足细胞数目减少、肾病进展相关，提示VEGF低水平是有害的［13］。高血糖还增加TGF-β1在肾小球和基质蛋白的表达，其诱导的基因所编码的结缔组织生长因子及热休克蛋白，有致肾组织纤维化的作用。有研究表明，TGF-β在DN患者的肾小球硬化、间质纤维化的发展和细胞外基质增加起着核心作用，糖尿病患者肾小球系膜细胞和近端肾小管细胞的TGF-β的表达和活性都增加［14］。结缔组织生长因子是一个重大的TGF-β信号的下游效应器，在DN发病机制中发挥重要作用，参与细胞外基质合成，细胞迁移，上皮向间质转化等［13］。最近的研究表明，血浆结缔组织生长因子水平与肾小球滤过率下降率呈正相关，可作为DN进展的预测指标，并能预测终末期肾病患者病死率［15］。而肿瘤坏死因子α不仅直接损害肾小球系膜细胞和上皮细胞，还促使过氧化物生成，影响肾小球毛细血管壁屏障功能，实验研究已经证明了尿肿瘤坏死因子α是重要的提示肾小球和间质损伤的临床指标［16］。另外，白细胞介素1改变趋化因子和黏附分子的表达;白细胞介素6与肾小球基底膜增厚密切相关;白细胞介素18诱导产生其他炎性细胞因子。而细胞间黏附分子1通过介导肾小球巨噬细胞浸润，促使细胞外基质成分沉积，参与DN的进展。单核细胞趋化蛋白1具有发动炎性反应、促进肾小球系膜细胞增生、介导产生细胞因子，还能引起溶酶体酶的释放、超氧化物阴离子及胶原的产生，直接参与肾脏的损伤过程［14，16］。

4 氧化应激与蛋白激酶C

大量的证据表明，体内氧化应激和氧化应激与蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)的活化是糖尿病微血管及大血管并发症的发展所涉及的主要途径的共同点。氧化应激主要由活性氧(reactive oxygen species，ROS)介导，高血糖使大量ROS产生，ROS通过抑制三磷酸甘油脱氢酶的活性，激活几乎所有已知的与糖尿病微血管并发症发生、发展相关的信号转导通路，如PKC通路，多元醇通路，己糖胺通路及AGE形成等。还可激活上调黏附分子及炎性因子基因转录，最终导致细胞外基质增加，促进纤维化和终末期肾病的发展。ROS水平增高还可促进过氧化亚硝酸盐合成增多，使硝化酪氨酸生成增加，造成DNA损伤，促使糖尿病微血管并发症的发生发展［17］。另外高血糖可激活PKC，PKC可上调TGF-β1表达，导致细胞外基质增加;PKC的激活降低一氧化氮水平，并抑制一氧化氮介导的环磷酸鸟苷生成，导致血管舒缩功能障碍;PKC也促使内皮素1和VEGF表达增加，从而致血管内皮功能下降。另外，PKC刺激血小板聚集，同时增加核因子κB和血浆纤溶酶原激活物抑制物1的表达，诱发局部组织炎性反应和血栓性微血管病变，从而加重血管损伤［10］。

5 激肽释放酶-激肽系统

新兴的证据表明，激肽释放酶-激肽系统(kallikrein-kinin system，KKS)也参与 DN的发病机制。组织激肽释放酶1是组织激肽释放酶家族的成员，主要由它介导激肽的产生。缓激肽是KKS发挥生物效应的主要激肽，它通过普遍存在的缓激肽2受体(bradykinin 2 receptor，B2R)和可诱导的缓激肽1受体(bradykinin 1 receptor，B1R)发挥作用。目前的证据表明，KKS在DN有着双向的作用。糖尿病患者体内缓激肽使肾小球系膜细胞增殖减少，起到肾脏保护作用;B2R－/－或 STZ 诱导的 KLK－/－老鼠(T1DM)出现更严重的白蛋白尿和肾小球硬化，而用艾替班特拮抗db/db鼠(T2DM)的B2R使雷米普利的抗蛋白尿作用减弱。KKS有害的作用表现在缓激肽通过胞外信号调节激酶上调肾小管细胞白细胞介素6、TGF-β的表达;B2R－/－的STZ糖尿病鼠DN损伤不再进展，而使用艾替班特拮抗B2R的单肾切除的db/db鼠，其生化和病理组织学损伤得到缓解。这些相反的发现可能源自多种因素，并呼吁进一步评估KKS在DN和糖尿病血管病变中的明确作用［18］。

6 肾病蛋白和脂质介质

肾病蛋白是在足细胞中发现一种蛋白质，是保持滤过屏障完整性的关键。研究发现，肾病蛋白的损失导致足细胞足突消失和蛋白尿增加，其可能参与DN的发生、发展。有研究发现，与无肾病患者和肾病变轻或得到控制者相比，DN患者肾病蛋白表达明显降低。糖尿病患者(有或无尿蛋白)肾病蛋白的排泄比非糖尿病患者高17%～30%。因此，肾病蛋白的排泄可能作为蛋白尿出现之前早期发现足细胞损伤的标志［19］。脂肪氧化酶12和15在糖尿病的动物中水平升高，这提示脂肪氧化酶作用的部分衍生物有助于DN的发展，但具体作用机制有待进一步研究［20］。

7 遗传易感性

DN具有明显遗传倾向，1型和2型糖尿病肾病具有明显的家族聚集性。在1型或2型糖尿病患者，发生DN的可能性显着增加，尤其是父母与兄弟姐妹患DN者。在寻找皮马印第安人糖尿病微血管并发症的易感基因的研究中，3、7、9和20号染色体上的四个位点已被确定，染色体 7q21．3、10p15．3、14q23．1 和18q22．3已分别被确定为DN的易感基因区［21］。

8 小结

引起DN的因素是多方面的，包括肾血流动力学改变、糖代谢紊乱及由此所致的非酶糖基化、多元醇通路激活、血管活性物质及细胞因子、氧化应激、蛋白激酶C激活、激肽释放酶-激肽系统作用、脂代谢紊乱、遗传等多种因素，各因素间又相互影响，其发病机制极其复杂。尽管目前尚不能完全弄清楚DN的发病机制，但对其进一步深入研究将对DN有更新的认识，对指导临床的治疗工作有着重要意义。

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