氧化应激与糖尿病肾病*

胡爱民 万巧巧

武汉市中医医院内分泌科，武汉 430014

氧化应激与糖尿病肾病*

胡爱民 万巧巧

武汉市中医医院内分泌科，武汉 430014

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是常见的糖尿病微血管并发症之一。Banting奖获得者Brownlee提出了糖尿病并发症的统一机制学说，认为经典的糖尿病并发症的多元醇途径、糖基化终末产物(AGE)途径、蛋白激酶C(PKC)途径和氨基己糖途径均是高糖环境下线粒体呼吸链中氧自由基生成过多的结果，即高糖损伤的共同基础是氧化应激[1]。氧化应激是指氧化物，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)生成过多，抗氧化物生成不足，促氧化与抗氧化之间失去平衡导致的组织损伤[2]。抗氧化系统，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)、α-硫辛酸等；另一类是酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶(CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)等[3]。

1 糖尿病与氧化应激

糖尿病或高血糖状态下，肾脏内皮细胞的ROS会过度生成，具体机制[4-5]如下：①高血糖引起葡萄糖自身的氧化作用增强，在生成烯二醇和二羟基化合物时产生大量自由基；②蛋白质的非酶糖化，在非酶促条件下，葡萄糖和蛋白质相互作用，形成渐进性AGE，AGE与其受体糖基化终产物受体(RAGE)结合，促进活性氧类(ROS)形成；③高血糖可导致多元醇通路活性增强，大量还原型辅酶Ⅱ(NADPH)变成氧化型辅酶Ⅱ(NADP)，消耗大量还原型谷胱甘肽(G-SH)，削弱自由基清除系统，导致体内ROS的积累；④高血糖可增加体内血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)生成，AngⅡ与血管紧张素受体(AT1受体)结合可激活NAD(P)H氧化酶，产生大量ROS；⑤高血糖还可使线粒体内膜电位差增大，形成超极化，通过辅酶Q的电子传递使氧分子还原，产生大量的ROS；⑥PKC活化，高血糖可激活PKC，进而活化细胞，增加还原型辅酶Ⅱ氧化酶，诱导ROS的合成以及随后的脂质过氧化，同时，ROS再次激活PKC，从而使ROS的产生进一步增加。抗氧化系统清除能力减弱，高血糖可导致抗氧化酶的糖基化，SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶活性降低；血糖代谢紊乱还可使维生素C、维生素E、GSH等抗氧化剂水平下降，削弱了机体清除自由基的能力。

2 氧化应激对肾脏的损害

2.1 ROS对肾小球血流动力学及血管通透性的影响

高血糖引起的AGEs与系膜细胞上的RAGE结合，可通过诱导ROS的产生，介导AngⅡ产生增多，AngⅡ对肾小球入球动脉的收缩作用小于出球动脉，进而导致肾小球内高压，并可以促进硫酸肝素糖蛋白转运，降低基底膜滤过屏障负电荷使尿蛋白排出增加[6]。ROS还参与了高糖诱导的前列腺(环)素E2的生成过程，前列腺(环)素E2扩张入球小动脉，血栓素2(TXB2)收缩出球小动脉，造成肾血管舒缩功能不平衡，早期即出现肾小球灌注压及滤过率上升[7]。ROS可使肾小球毛细血管基底膜磷脂发生脂质过氧化从而使肾小球通透性增加，血浆蛋白易于通过内皮细胞而沉积于肾小球基底膜(GBM)，导致GBM增厚；ROS还可使结缔组织中透明质酸降低，失去黏性，破坏细胞间填充黏合质，导致微血管通透性增加[8]。

2.2 ROS对细胞外基质的影响

细胞外基质(ECM)的过度沉积是DN的主要特征。ROS不仅在ECM蛋白合成中起重要作用，而且在ECM蛋白降解代谢中起关键作用。有研究[9]显示DM状态下，肾脏存在ROS蓄积，ROS不仅是组织和细胞的直接损伤因素，还可以作为第二信使诱导许多影响免疫和炎症等过程的刺激信号的传递介质，最终ECM蛋白合成增加、降解减少，促进DN的发生发展。

ROS可以直接刺激PKC，PKC是细胞内信号转导通路的关键酶，可以改变GBM结构，导致肾小球毛细血管通透性增加；直接刺激系膜细胞和内皮细胞分泌ECM增多；上调转化生长因子-β1(TGF-β1)的表达，进而促进ECM合成增加，减少ECM的降解；上调细胞黏附因子的表达，加速肾小球损伤[10]。

此外，氧化应激促进低密度脂蛋白(LDL)氧化产生氧化低密度脂蛋白(OX-LDL)，OX-LDL具有细胞毒性，可加速泡沫细胞的形成并最终导致动脉粥样硬化的形成；也具有抗原性，可引发免疫反应，导致免疫复合物沉积[11]。

2.3 氧化应激参与足细胞的损伤

肾小球脏层上皮细胞又称足细胞，是一种终末分化多突状细胞，通常分为细胞体、主突和足突三部分。肾小球足细胞是高度分化的终末期细胞，无再生功能，足细胞数量减少所造成的肾小球滤过屏障破坏是无法修复的，足细胞功能受损和数量减少在DN蛋白尿形成过程中起着重要的作用[12]。

细胞凋亡是足细胞损伤表型改变的主要特征之一，氧化应激诱导细胞凋亡的分子机制[13]：①ROS损伤线粒体；②核转录因子-κB(NF-κB)对细胞凋亡活化诱导；③DNA氧化损伤诱导细胞凋亡；④激活p38 MAPK信号通路。

Susztak等[14]的体外实验观察到，ROS可直接攻击足细胞，诱导其从基底膜上脱落，使足细胞数目减少。ROS还可降低α3β1整合素(连接足细胞足突和GBM的分子)的表达，促使脂质过氧化反应，并影响足细胞的信号级联反应而损伤足细胞[15]。有研究[16]表明在DN的发展过程中，ROS可激活p38 MAPK信号通路而使p38 MAPK磷酸化增强，活化的p38 MAPK进入细胞核，通过NF而导致纤维化细胞因子和炎症因子的基因转录和表达，如TGF-β、TNF-α、内皮素-1等。TGF-β1、Caspase-3是氧化应激引起足细胞凋亡损伤的重要细胞因子，TGF-β1高表达能够促进细胞凋亡，细胞凋亡增加时凋亡关键基因Caspase-3呈现高转录状态[17]。p38 MAPK还可激活丝裂原活化蛋白激酶(MAPK2和MAPK3)、热休克蛋白(HSP)磷酸化，从而使足突的形态学发生改变，引起足突消失、裂孔隔膜的断裂以及足突从GBM上脱落。

2.4 氧化应激参与肾脏的炎症反应

氧化应激水平的增加促进炎性细胞因子分泌可能是DN发生发展的主要机制之一。另外，增加的炎性细胞因子又会刺激氧化应激水平进一步增强，从而形成一个恶性循环[18]。高糖通过ROS激活NF-JB，NF-JB再通过促进单核细胞趋化因子-1(MCP-1)基因转录，上调MCP-1的表达，而MCP-1在肾组织的表达可作为炎症发生的标志[19]。魏平等[20]研究提示，ROS可能通过上调MCP-1的表达引起肾损伤。MCP-1一方面通过趋化和激活单核/巨噬细胞至肾小球及肾小管区域参与内皮细胞的损伤和ECM沉积，另一方面通过自分泌或旁分泌的形式直接刺激肾脏细胞表达IL-1、TGF-β1、α-SMA等细胞因子，加重肾血管损伤和基质纤维化，最终引起终末期肾功能衰竭[21]。

综上所述，氧化应激在DN的发生和发展中起重要作用，多种因素导致了肾组织内ROS的聚集，而ROS聚集又通过多条途径介导了DN的发生发展。因此，探讨氧化应激在DN发病机制中的作用可为预防和治疗DN提供新靶点，有助于探寻DN治疗的新途径。

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10.3969/j.issn.1674-4616.2015.06.016

2015-09-08)

*湖北省卫生计生委(2013Z-Y36)；武汉市2014年“黄鹤英才(医疗卫生)”计划；武汉市卫生局[武卫(2009)76号]