氧化应激与糖尿病肾病

景健飞

【摘要】糖尿病肾病（Diabetic nephropathy，DN）是糖尿病常见全身性微血管病变表现之一，而氧化应激对糖尿病肾病的发生发展具有重要意义。糖尿病引起代谢紊乱，导致自由基产生增多以及机体清除自由基机制减弱，使自由基蓄积，进而损伤肾脏组织，推动DN的发生发展。了解氧化应激在糖尿病肾病中的作用机制，为DN的防治提供了新的思路，本文综述了氧化应激产生的主要途径，及其造成肾组织损伤的机制等方面的研究进展。

【关键词】氧化应激；糖尿病肾病；活性氧；抗氧化剂

【中图分类号】R-1 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2014）04-0267-02

越来越多的实验及临床研究证实糖尿病情况下存在明显的氧化应激（Oxidative stress）反应增强[1-2]。氧化应激反应中产生的活性氧 （Reactive oxygen species，ROS）在DN的发生发展上起关键作用，并可能是其主要发病机制之一[3]。本文主要对氧化应激与DN的关系进行概述。

1 氧化应激的概念

氧化应激指机体在受到各種有害刺激时，体内高活性物质如活性氧自由基（reactive oxygen species， ROS）和活性氮自由基（reactive nitrogen species， RNS）产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致组织损伤。因此，活性氧分子的生成增多和活性氧分子的清除减少是糖尿病患者发生氧化应激的基本过程。

2 氧化应激的形成机制

2.1 线粒体呼吸传递链

高糖引起线粒体超氧化物过量产生，加快ROS生成[4]。正常的氧化磷酸化会产生0.4%-4%的自由基（主要是超氧阴离子O2-），并被线粒体内的抗氧化物清除。高糖环境下，过多的燃料被投入到呼吸链，但没有促进ATP的生成，而是促使电子向氧转移，产生过多的O2-。当抗氧化物质如还原型谷胱甘肽（Glutathione，GSH）等不能提供有效的代偿反应以维持细胞内氧化还原平衡，氧化应激随之产生。用线粒体电子传递链复合体I的抑制剂Rotenone可有效阻断系膜细胞中高糖诱导的ROS产生以及小管上皮细胞中纤连蛋白的分泌，提示由线粒体诱导的ROS在DN发病上发挥关键作用。

2.2 NADPH氧化酶

NADPH氧化酶最早在中心粒细胞内被发现，其通过产生O2-发挥吞噬及非特异性免疫作用。近年研究发现，血管平滑肌细胞、内皮细胞、系膜细胞、小管上皮细胞、纤维母细胞等非吞噬细胞亦含有上述酶类，并在正常情况下处于低表达水平，病理状态下显著升高。THALLAS-BONKE等[5]研究表明NADPH氧化酶抑制剂可有效抑制糖尿病大鼠肾组织中O2-的产生，减少蛋白尿和改善肾组织病理改变。证明NADPH氧化酶在糖尿病状态下介导产生O2-的重要性。在糖尿病鼠肾脏中， NADPH氧化酶亚基NoX4和P22phox表达上调， NADPH氧化酶依赖的ROS产生可引起肾脏细胞DNA损伤，是糖尿病肾病的发展的重要原因。

2.3 蛋白激酶C（PKC）的激活

蛋白激酶C是普遍存在于胞内的专一性蛋白丝/苏氨酸激酶簇，是ROS另一重要来源，也是糖尿病血管并发症重要病理生理链中的汇聚焦点和关键环节。细胞内高糖状态使磷酸二羟丙酮增多，二酰基甘油（DAG）增加，激活PKC多个亚型，进而活化细胞增加还原型辅酶（ II ）氧化酶，诱导ROS的合成，与此同时，PKC富含氧化还原敏感的半胱氨酸域，其调节域中的C1有Zn巯基，对活性氧簇极为敏感，因此ROS可反过来再活化蛋白激酶C，从而使ROS的产生进一步增加。体外研究[6]表明抑制PKC的活化可以显著改善糖尿病和高糖对血管内皮功能的损伤。

2.4 蛋白非酶糖基化

AGEs可通过使蛋白质非酶糖化和交联，改变细胞外基质结构的受体非依赖性途径，与细胞表面特异性受体结合而调节细胞功能的受体依赖性途径引起细胞组织损伤。AGEs还可通过与其受体RAGE或AGEs结合蛋白相互作用，干扰肾小球、肾小管细胞的分化、生成和作用受损，导致糖尿病肾病的发生发展。晚期糖基化过程能够直接发生在抗氧化酶[7]，如Cu/Zn-SOD和Mn-SOD，改变这些酶的活性并加剧ROS在细胞内积聚。另外AGEs在肾脏组织积聚是导致糖尿病肾病发生、发展的重要因素[8]。

2.5 肾内活性氧清除减少

人体存在两类抗氧化系统：一是酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）、谷胱甘肽过氧化物酶（glutathi-one peroxidase，GPX）、过氧化氢酶（catalase，CAT）等；另一类是非酶抗氧化系统，包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽（GSH）、硫辛酸、褪黑素、类胡萝卜素、微量元素铜、锌、硒等。DM早期，在高血糖刺激下，肾组织部分抗氧化酶的活性代偿性增高，但随着DM病程延长及病情发展，部分抗氧化酶活性逐渐降低，NADPH、GSH水平降低，肾组织对维生素C等利用减少，促使体内抗氧化能力下降，最终导致肾组织内氧化应激的发生。

3 氧化应激致肾组织损伤的机制

3.1 氧化应激对肾脏足细胞的损伤

ROS使属于终末分化阶段的足细胞正常结构破坏、消失，受损后缺乏增殖再生的修复能力，肾小球滤过膜完整性被破坏，导致蛋白尿发生。Katalin等[9]研究发现高血糖引起的ROS增加使足细胞凋亡增加。另外有学者发现ROS可导致足细胞内硫酸肝素成分合成减少，造成肾小球基底膜上阴电荷的丧失，加重蛋白尿。

3.2 氧化应激对肾脏细胞外基质的影响

细胞外基质产生增多和/或清除减少而导致的肾小球基底膜增厚、系膜区增宽及间质纤维化是DN特征性的病理改变。ROS可刺激转化生长因子β（Transforming growth factor-beta，TGF-β）的信号通路。TGF-β是一种多功能细胞因子，通过细胞表面的复杂受体信号传导途径调节细胞的增殖、分化，一方面可上调胶原mRNA表达，增加胶原蛋白组织合成，一方面通过减少基质金属蛋白酶表达以及促进纤溶酶原激活剂抑制物合成来减少细胞外基质的降解，使肾小球细胞外基质沉积。Rhyu等[10]研究抗氧化剂同样能减轻肾小管上皮间质转化， 提示ROS在糖尿病肾小管间质纤维化中也起了重要作用。

3.3 ROS對肾小球血管通透性及血流动力学的影响

研究证明ROS可攻击体内不饱和脂肪酸，通过脂质过氧化反应，生成过氧化产物丙二醛（MDA）及短链羟基，MDA有很强的交连性，能与含有游离碱基的蛋白质发生交联，生成scKiff碱基产物，该产物破坏肾组织细胞膜生理状态，使血管通透性增加。另外，ROS可直接刺激肾小管上皮细胞中血管紧张素II大量表达，导致肾小球内高压的形成。王扬天等[11]研究表明，高糖引发的氧化应激通过激活核因子κB（ nuclear factor-kappa B， NF-κκB），促进诱导型一氧化氮合酶（inducible nitric oxide synthase， iNOS）的过度表达， 最终导致一氧化氮（NO）的大量产生。NO是重要的血管内皮舒张因子， 能介导肾小球内高灌注、高滤过的发生，本身又是很强的自由基， 可与超氧阴离子反应形成毒性更强的过氧化亚硝基，，对细胞造成直接毒性作用甚至诱导细胞凋亡。

3.4 ROS与肾组织炎症的关系

炎症参与DN的发生发展，是DN研究领域的重要话题。高糖、氧化应激、血流动力学障碍等因素造成肾脏细胞损伤后，释放炎性趋化因子，使白细胞滤出到损伤部位并活化，如不予治疗，随着滤出的白细胞增多，局部增殖活化释放更多的炎症趋化因子，进一步加重炎症的发生。研究表明[12]氧化应激可以增加TGF-β、结缔组织生长因子（CTG F）、白介素类、肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）等细胞因子的产生，促进炎症发展及肾脏损伤。

4 抗氧化剂的使用

大量动物实验和部分临床实验表明，多种抗氧化物质如维生素E、谷胱甘肽、褪黑素、α-硫辛酸、虾青素、新鲜大蒜、红酒等能有效拮抗糖尿病中的氧化损伤，此外，一些用于其他治疗目的的药物也被证实具有抗氧化作用，并减少糖尿病肾病尿蛋白排泄。如格列齐特可清除自由基并使糖尿病鼠M n-SOD、内皮型一氧化氮及NADPH酶表达增加，从而降低氧化应激水平，减轻肾小球巨噬细胞浸润及系膜细胞扩张；钙离子阻滞剂可降低暴露于AGEs中的肾脏系膜细胞RAGE表达水平，进而减少ROS的产生；ARB类药物可通过减少8-OHdG和NT的表达，提高血清SOD活性，提高机体抗氧化能力。然而在最近的研究中，抗氧化治疗的成效并不引人瞩目，有研究[13]指出靶向治疗与ROS密切相关的酶似乎会更加有效。

5 结语

总之，氧化应激在糖尿病肾病的发生发展中起着重要的作用，抗氧化剂的应用是减轻肾脏损伤、延缓糖尿病肾病发展的重要手段，且具有很大的发展潜力。

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