vWF、PAI-1与糖尿病肾病关系的研究进展

高 倩(综述)，王战建(审校)

(河北医科大学第三医院内分泌科，石家庄 050051)

糖尿病肾病的病理改变为肾小球肥大、细胞外基质(extracellular matrix，ECM)积聚、基膜增厚,导致弥漫性或结节性肾小球硬化和肾衰竭。糖尿病肾病发病机制复杂,涉及遗传因素、糖代谢紊乱、血流动力学改变、炎性介质、细胞因子等多种因素环节，其中血液流变学的改变与糖尿病肾病密切相关，凝血及纤溶系统的紊乱促进糖尿病并发症的发生、发展。

糖尿病时血液流变学异常主要表现为血液呈高凝状态,血液流速减慢和微血栓形成,其主要原因是内皮细胞和血小板功能异常。血管内皮细胞是凝血、纤溶调控的中心。血管性假性血友病因子(von Willebrand factor，vWF)是目前公认的血管内皮细胞损伤标志物。vWF及vWF裂解蛋白酶，即整合素样金属蛋白酶与凝血酶13型抗体 (a disintegrin-like and metalloprotease with thrombospondin type 1 repeats 13，ADAMTS13)之间的平衡对糖尿病肾病的发生、发展起着重要作用。纤溶系统功能的调节取决于纤溶酶原激活物抑制剂1(plasminogen activator inhibitor，PAI-1)和组织型纤溶酶原激活物(tissue-type plasminogen activator，tPA)的比值,糖尿病肾病患者血浆中PAI-1水平及活性增加较无微血管并发症者更为明显,纤溶系统受抑更为严重。

1 vWF/ADAMTS13

1.1vWF的结构及功能 vWF的基因位于第12号染色体(12q12),全长178 kb,含有2813个氨基酸,52个外显子，2～18外显子负责编码前肽和信号肽。vWF前体是在内皮细胞和巨核细胞内合成的巨大蛋白质,成熟的vWF也在内皮细胞和巨核细胞内合成,贮存在血小板的α颗粒和内皮细胞的Weibel-Palade小体内[1],然后释放入循环血液,培养的人胎盘静脉仅向培养介质释放完整的vWF多聚体。vWF合成后由内皮细胞直接释放，或由胰岛素促泌剂(如组胺、凝血酶、纤维蛋白等)刺激释放。vWF通过提高血小板在血管损伤部位的黏附及高剪切力状态下血小板的聚集,在止血早期起作用。因此,vWF是正常止血必需的一种血液糖蛋白。vWF既是血浆中Ⅷ因子的载体，又是促进血小板黏附于损伤血管的因子。vWF的D区与FⅧ结合,延长了其半衰期，阻止其被蛋白C降解，稳定FⅧ活性，并伴随该因子到血管损伤部位,发挥内源性止血作用。vWF对血管损害时血小板的黏附非常重要，其在内皮损伤时能够通过与内皮下胶原和血小板受体的相互作用调节最初的血栓形成过程。内皮损伤时，在vWF和内皮下胶原相互作用下，血小板表面的GPⅠb/Ⅸ黏附在vWF。在血小板激活后，GPⅡb/Ⅲa黏附在vWF，使血小板黏附在内皮下。血小板黏附在内皮下引发血小板激活，颗粒竞相释放，引发更多的血小板进入到血管损伤处。在狭窄引起的高剪切力的病理条件下，即使没有血小板的激活，通过vWF黏附在GPⅠb/Ⅸ也能引起血小板聚集。Poirault-Chassac等[2]证实vWF和高剪切力共同促使血小板前体的重组和血小板的生成增多，从而得出结论：体内vWF的一项新功能是对血流血栓的形成进行调节。

近年人们对“超大”vWF(ultralarge vWF,UL-vWF)的研究较多，并取得了一定进展。内皮细胞和血小板产生的vWF多聚体比正常血浆中的大,UL-vWF是vWF血栓形成的最多的一种形式，UL-vWF通常不在血液中出现，而在内皮损伤时其释放明显增多。现在认为,在高剪切力状态下,vWF通过其A3决定域固定于胶原上,由A2决定域构象的改变激活保守的A1决定域[3]。高的剪切力促进UL-vWF从球状结构变成一个扩展的结构，暴露出A1决定域，有利于vWF黏附在血小板中[1]。当有足够的剪切力时，没有固定的流动相vWF分子可能被延伸。在延伸的结构中ADAMTS13的降解位点A2决定域被彻底暴漏出来。因此，高剪切力也促进了UL-vWF的蛋白水解[4]。

1.2ADAMTS13的结构及功能 Furlan等[5]分离了一种蛋白酶，它能够分解存在于vWF A2决定域中央部位第1605个酪氨酸和第1606个甲硫氨酸中的二硫键。2001年，这个蛋白酶被认定为ADAMTS13，是带有血小板反应蛋白的1型域的一种解离素和金属蛋白酶。ADAMTS13主要被肝脏合成，但也在血小板、内皮细胞、肾脏中表达，在血浆中也正常存在[6]。ADAMTS13以活性酶的形式分泌出来，在血浆中的浓度大约为1 mg/L。它是一种稳态酶，血浆半衰期为2～3 d。ADAMTS13基因位于第9号染色体的长臂上，跨越37 kb的基因组序列，有29个外显子。ADAMTS13的相对分子质量为145×103，它不同于在人体血浆中纯化的相对分子质量为190×103的ADAMTS13。相对分子质量不同的原因可能为蛋白质的糖基化。在生理条件下，ADAMTS13能分解循环中的UL-vWF。ADAMTS13的缺乏及活性水平降低可导致血浆中的UL-vWF不能被及时降解,血液循环中增多的UL-vWF与血小板和内皮下胶原的黏附能力明显增高,这促使血小板易于黏附至受损的血管壁或在具有高剪切力的微血管中聚集,引起微血栓形成，能使心脏、脑、肾脏、肝脏、脾脏、肾上腺微循环形成血小板血栓。血管内皮损伤时，ADAMTS13被凝血酶和纤维蛋白酶灭活后能促进vWF募集到血小板。在有关高凝状态和炎性反应下，ADAMTS13降解增加和活性降低使凝血酶、纤维蛋白酶和磷脂酶A水平增高。

1.3vWF及ADAMTS13与糖尿病肾病 近年来，人们认为糖尿病并发微血管病变时可用血管内皮损伤标致物来检测，vWF被认为是血管内皮细胞损伤的主要标志物。糖尿病患者的血管内皮由于缺血、缺氧而受损，引起血浆vWF水平升高。因而加重血液的高凝状态，易于形成血栓，这样又反过来加重了血管内皮的缺血、缺氧，使血浆vWF水平进一步升高，形成恶性循环。糖尿病时炎性反应破坏了ADAMST13活性和vWF水平的平衡，导致血栓形成状态。vWF可能是糖尿病肾病的预测指标，提示内皮细胞的紊乱先于糖尿病微血管病变的发生。然而，随着糖尿病慢性并发症的发展，vWF水平随着肾病的严重程度而增加，同时也是糖尿病患者大血管病变发展的危险因素。Lu等[7]发现，与健康人群相比，慢性肾脏疾病的患者vWF升高，ADAMTS13活性下降。Taniguchi等[8]根据86例2型糖尿病患者和26名健康人的vWF和ADAMTS13水平推算出vWF/ADAMTS13比值去评估与肾功能之间的关系，结果发现血浆中ADAMTS13与肾小球滤过率呈正相关，而vWF/ADAMTS13与肾小球滤过率呈负相关。此研究中，糖尿病患者被分为三组：正常蛋白尿组、微量蛋白尿组、糖尿病肾病组，研究发现糖尿病肾病组ADAMTS13水平显著低于健康人群。Manea等[6]通过免疫印迹法分析证实，肾功能不全患者的尿液中存在ADAMTS13，但在正常人群中不会出现，从而推断出肾功能不全患者中ADAMTS13减少可能是由于从尿液中丢失引起。由此推断，血浆中ADAMST13改变及糖尿病肾病中的高凝状态和ADAMST13在尿液中丢失有关。患有肾病的糖尿病患者炎性反应比非肾病患者强烈，这是由于肾病患者炎性因子产生增多与多行核白细胞的激活有关[9]。血浆中炎性因子增多可引起内皮损害，导致血浆中vWF升高[10]。炎性反应时或肾功能不全时，或两者相互作用能够引起ADAMST13活性和vWF水平不平衡。Cao等[11]证明一些炎性因子能抑制肝星形细胞和内皮细胞合成ADAMTS13。糖尿病患者存在高凝状态，导致血浆中凝血酶、纤溶酶升高。有证据显示，血浆中蛋白酶(如凝血酶、纤溶酶和粒细胞蛋白酶)能裂解ADAMTS13[12]。因此，糖尿病肾病患者ADAMTS13减少的潜在机制归结为三点：①炎性因子产生增加致肝脏、肾脏合成ADAMTS13减少；②由于糖尿病肾病患者强烈的炎性反应和高凝状态使凝血酶、纤溶酶、粒细胞蛋白酶升高，促进血浆ADAMTS13蛋白酶降解；③肾功能损害患者导致ADAMTS13从尿液中丢失。

在糖尿病患者中高凝状态和炎性反应导致内皮损害和vWF升高，进而使ADAMST13活性和vWF水平不平衡，进一步加速了肾脏损害的发展。

2 PAI-1

2.1PAI-l的结构及功能 PAI-1是一种单链糖蛋白，由357个氨基酸组成，是纤溶酶原激活剂的主要抑制剂，能抑制纤溶酶原转化为纤溶酶。在糖尿病肾病发病机制中，ECM聚积在肾小球硬化中起着非常重要的作用。纤溶酶减少可使ECM主要成分降解减少，促进ECM聚积的发生，进一步导致肾小球硬化和间质纤维化。肾脏固有内皮细胞既能合成t-PA和PAI-1，又能不断将其释放入血浆。t-PA能够激活纤溶酶原，进而对纤溶系统进行激活。t-PA是纤溶系统的关键物质，PAI-1是t-PA的特异性抑制物，对调节纤溶活性有重要作用。糖尿病肾病发生时会出现纤溶系统的变化，出现t-PA的活性下降，PAI-1活性升高，导致低纤溶状态，容易造成纤溶功能障碍，形成高凝状态，促进糖尿病肾病的发生、发展。

2.2PAI-1上调机制 目前研究证实,高糖、转化生长因子β(transforming growth factor beta，TGF-β)、血管紧张素Ⅱ均能上调肾脏PAI-1的表达。高糖可以诱导PAI-1表达增多，其原因可能是激活细胞外信号调控激酶或是增加血管紧张素Ⅱ及激活TGF-β来间接提高PAI-1的表达及活性。姜宗培等[13]研究表明，TGF-β1可显著上调大鼠系膜细胞PAI-1的表达，从而使纤溶酶活性下降。研究证实PAI-1能与尿激酶受体结合调节TGF-β1表达，激动细胞外信号调节激酶/丝裂原活化蛋白激酶通路。PAI-1能通过调节TGF-β1的表达和肾脏ECM的产生来促进糖尿病肾病的发生、发展。糖尿病患者肾脏TGF-β1水平和活性增加，进而促进PAI-1合成增多，TGF-β1和PAI-1共同促进糖尿病肾纤维化的进展[14]。Park等[15]研究证实，在高糖及TGF-β诱导下的系膜细胞中PAI-1表达上调，而纤溶酶和基质金属蛋白酶表达受到抑制，高糖和TGF-β1能明显增加PAI-1和纤维连接蛋白的表达，同时减少纤溶酶和基质金属蛋白酶的活性，且证明PAI-1的反义寡核苷酸能够消除肾小球系膜纤连蛋白的堆积，成为糖尿病肾病的有效治疗方式。

2.3PAI-1与糖尿病肾病 正常人肾脏不表达PAI-1，然而在病理条件下，糖尿病肾病时PAI-1过度表达。杨生等[16]研究2型糖尿病患者90例，根据尿常规、尿蛋白排泄率分为三组：正常蛋白尿组、微量蛋白尿组、大量蛋白尿组,研究结果提示，糖尿病患者PAI-1水平均较正常对照组高，且PAI-1的水平与蛋白尿的水平有关，大量蛋白尿组的PAI-1水平高于微量蛋白尿组。Shirakawa等[17]研究124例2型糖尿病患者PAI-1与肾脏损害的关系，结果证实PAI-1水平独立于蛋白尿、体质量指数、低密度脂蛋白和三酰甘油，与肾小球滤过率呈负相关。Festa等[18]研究糖尿病发生时PAI-1和纤维蛋白原的动态变化关系，该研究持续5年，经研究发现，PAI-1水平升高与糖尿病的发生有关，而与纤维蛋白原的改变关系不大。PAI-1水平会随着血糖的升高和糖尿病的发展而升高。PAI-1水平的升高介导糖尿病血管并发症，证明PAI-1水平的升高促进了糖尿病肾病的发生、发展。PAI-1基因启动子区-675 bp处由于单个鸟嘌吟(G)的插入或缺失形成了4G和5G两种等位基因，4G等位基因的转录活性高于5G等位基因。PAI-1 4G/5G多态性是糖尿病的遗传危险因素。李长贵等[19]的研究显示，PAI-1活性升高是糖尿病肾病的独立危险因素，且PAI-1活性与PAI-1基因启动子区多态性有重要关联，4G/4G基因型可能是易发糖尿病肾病的遗传危险因素。然而,Meigs等[20]研究2169个参与者却得出不一致的结论,此研究推断证实PAI-1 4G/5G多态性可能不是糖尿病的重要遗传危险因素。

血浆中PAI-1水平升高可能不是直接由基因介导的，而是与糖尿病时潜在的内皮细胞损伤有关。肾脏组织性纤溶酶原、尿激酶、PAI-1在肾脏的ECM堆积中起了重要作用。

PAI-1能通过两种方法引起ECM沉积：①通过上调TGF-β1增加ECM合成；②抑制纤溶酶活性和基质蛋白酶2活性减少ECM降解。通过减少ECM降解和增加ECM合成导致ECM重塑促进组织纤维化。Lassila等[21]报道PAI-1基因破坏后能阻止小鼠患上糖尿病肾病。陈丽萌等[22]通过研究2型糖尿病动物模型肾脏PAI-1和t-PA mRNA表达与肾脏ECM蓄积的关系，提示t-PA活性下降及PAI-1的表达上调会减少ECM降解，导致ECM过度堆积，造成肾小球硬化。糖尿病患者血管内皮损伤和功能障碍导致合成和释放t-PA减少，PAI-1合成增加，进而纤溶活性下降使纤维蛋白清除障碍，ECM过度聚集，更加重了血管内皮细胞损伤，促进高凝状态的产生，从而导致纤溶障碍和糖尿病肾脏病变进展之间的恶性循环。

3 小 结

糖尿病血液流变学异常对糖尿病肾病的发生、发展起着重要作用，血浆vWF、PAI-1是血液流变学指标，可能是早期诊断糖尿病微血管病变特别是糖尿病肾病较敏感的指标。血液内vWF和ADAMTS13的失衡及PAI-1和tPA的失衡,打破了凝血纤溶的平衡,加重了糖尿病肾病患者的血液高凝状态，促进了糖尿病肾病的发生和发展。因此，维持体内vWF和ADAMTS13的平衡及PAI-1和tPA的平衡，对于从血液流变学方面预防糖尿病肾病的发生，延缓糖尿病肾病的发展具有重要意义。

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