糖代谢紊乱致肾小球内皮细胞损伤机制进展

王 臻，陆利民

(复旦大学上海医学院生理与病理生理系，上海200032)

糖尿病患者的肾小球内皮细胞(glomerular endothelial cells，GECs)长期在高糖刺激下，血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、糖基化终末产物(advanced glycocylation end products，AGEs)及一氧化氮(nitric oxide，NO)等多种细胞因子的水平发生改变，内皮细胞的生长环境失衡，随之内皮细胞的结构和功能发生改变，早期表现为肾小球滤过率增加和微量蛋白尿，随着病程的延长，细胞因子的异常水平和长期刺激会使内皮细胞的结构和功能受到严重损伤，出现持续性蛋白尿、肾小球滤过功能障碍，最终出现肾功能不全。

1 血管紧张素Ⅱ

非特异性炎性反应是糖尿病时血管损伤的关键环节，AngⅡ是导致血管非特异炎性反应发生的重要原因。糖尿病时，肾脏局部肾素－血管紧张素系统(renin-angiotensin system，RAS)被激活，AngⅡ生成增多。AngⅡ能刺激核因子-κB(Nuclear factor κB，NF-κB)的表达，通过 NF-κB 刺激 GECs上的单核细胞趋化蛋白-1以及T细胞表达和分泌因子(regulated on activation in normal T-cell expressed and secreted，RANTES)等多种参与炎性反应的物质增多［1－2］，还通过 P38 MAP激酶增加了内皮细胞的通透性［3］。大鼠腹腔注射 AngⅡ后，肾小球分泌RANTES明显增加，炎性因子浸润到内皮细胞后，会引起蛋白尿、肾小球的增大、TGF-β、AGEs及College IV的明显表达［2］。AngⅡ可以通过时间和剂量依赖性增加转铁蛋白受体，二价金属转运蛋白-1，膜铁转运蛋白-1的蛋白表达，从而改变铁的代谢。铁离子是氧化应激的必须成分，内皮细胞给予AngⅡ和90%转铁蛋白处理后，羟自由基聚集［4］，提示AngⅡ还可以通过ROS引起GECs的损伤。

2 内皮生长因子

糖尿病大鼠与糖尿病小鼠肾脏中的VEGF水平均是升高的。VEGF生成增加后，可以通过多种途径造成内皮细胞的损伤:1)VEGF升高时，对VGEF-2受体产生正性调节，VGEF-2受体的磷酸化及其mRNA的水平随之上调;通过Erk1/2-MAPK途径，导致内皮细胞的过度增生;还通过 PI-3激酶途径，导致TGF-β mRNA上调，增加了TGF-β的分泌和生理活性，促纤维化蛋白MMP-2也明显升高，它们都参与了肾小球硬化、纤维化发生［5］;2)VEGF与糖尿病肾病的肾小球病变关系密切，VEGF可引起肾小球基底膜增厚，足细胞裂孔隔膜上的裂孔增大，Nephrin表达下降等多种现象［6］，这与糖尿病蛋白尿的形成有密切的联系;3)增多的VEGF还可激活小GTP酶蛋白中Rho家族的Rac1蛋白，Rac1蛋白促使内皮细胞紧密连接中的跨膜蛋白之一，闭锁蛋白的酪氨酸发生磷酸化，使内皮细胞的紧密连接破坏，导致内皮细胞的通透性增加，肾小球的滤过率增加，继而出现蛋白尿［7］。

3 氧化应激

注射STZ引起糖尿病的大鼠模型中，肾组织ROS水平明显升高，并参与了肾脏损伤的发生，用磷酸二酯酶抑制剂西洛他唑治疗后，ROS生成下降，肾脏的损伤症状包括肾小球的增大、系膜细胞外基质聚集都有所减轻［8］。高糖刺激GECs后，ROS明显增加［1］。GECs在高糖刺激下产生了一个恶性循环，在这个循环中ROS诱导eNOS的解耦连，产生的eNOS单体增多，eNOS单体进一步引起产生，增加ROS的产量［9］。硫酸乙酰肝素的蛋白聚糖(heparan sulphate proteoglycans，HSPG)是细胞膜的重要组成成分，参与维持细胞膜的结构和功能稳定。类肝素酶(Heparanase-1，HPR1)是HSPG的降解酶。在对脑动脉内皮细胞和表皮微动脉内皮细胞的研究中，高糖通过 ROS引起的 HPR1活性升高，造成HSPG明显减少，细胞膜的结构发生改变，最终造成血管内皮细胞的损失［10］。ROS升高，通过刺激TGF-β，CollegeⅣ，糖基化终末产物受体及其配体的表达，引起内皮细胞的损伤［11－12］。氧化应激在高血糖诱导的内皮细胞损伤中起到重要作用，高糖刺激持续一段时间后，即使血糖恢复正常，氧化应激对内皮细胞的损伤仍能持续一段时间［13］。

4 糖基化终末产物

AGEs可以刺激MCP-1的分泌，引起内皮细胞的凋亡［14］，还会引起肾素和 ACE mRNA水平的升高，通过增加ACE生成，使AngⅡ生成增加，AngⅡ促进细胞ROS的产生，再由ROS引起内皮细胞黏附因子-1生成增多，通过炎性因子引起内皮细胞的受损［15］。AGEs还可以通过 RAGE，ERK1/2 和 P38 MAPK这些通路引起 MMP-9的升高［16］，通过 PKC途径刺激CollegeⅣ和TGF-β的产生［17］。在RAGEs敲除的1型糖尿病小鼠中，糖尿病导致的肾脏增大、系膜细胞外基质聚集、肾小球基底膜增厚、尿蛋白等症状均较野生型动物明显减轻［18］。这些研究结果表明了RAGEs的激活在糖尿病肾病发生中也发挥着重要作用，通过慢性阻断RAGEs可以减少糖尿病导致的肾脏功能丧失。

5 一氧化氮合成酶与一氧化氮

在糖尿病肾病中，eNOS在GECs的表达明显增强，但是受损的血管内皮细胞中的eNOs的活性却显著降低［19］，这主要是由于eNOs发生解耦联，无活性的eNOs单体水平明显升高，有活性的eNOs的水平明显下降，eNOs活性降低，最终导致NO的生成减少。糖尿病时，NO生成减少还与大量的过氧化物生成和L-精氨酸不足有关。在培养的GECs中，高糖组给予SOD或L-精氨酸可以使NO水平明显升高，提示NO可能与O2－·生成ONOO－，增加ROS的产生，导致NO的水平和利用率进一步下降，而用SOD清除O2－·后，ONOO－生成减少，可提高NO生成及利用率［20］。此外，NO与ROS失去平衡，增多的ROS又进一步诱导eNOs的解耦联，减少NO的产生［9］。NO生成减少，不能有效的维持GECs的正常功能，成为糖尿病肾病进一步加重和进展的原因之一。

小结

现有的研究资料表明，高糖状态下血管内皮细胞功能受损是糖尿病时肾脏功能损伤的重要环节。高糖状态下，细胞糖代谢紊乱，内皮细胞局部AngⅡ、VEGF、ROS、AGEs、NO 等的水平均发生明显改变并参与内皮细胞损伤发生过程，而这些生物活性分子之间还存在复杂的相互作用。完全揭示高糖状态下，血管内皮细胞损伤的发生机制，特别是各种因子之间的相互作用，还需进一步的实验研究。揭示高糖引起血管内皮细胞损伤的发生机制，不仅有助于阐明糖尿病肾病发生机制，对认识糖尿病时其他器官损伤的发生也有启示作用。

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