糖尿病肾病发病机制研究进展

闫　寒　马博清　付彩雯　(河北省人民医院内分泌科，河北　石家庄　050051)



糖尿病肾病发病机制研究进展

闫寒马博清付彩雯(河北省人民医院内分泌科，河北石家庄050051)

〔关键词〕糖尿病;糖尿病肾病

第一作者:闫寒(1987-)，女，硕士，主要从事糖尿病并发症研究。

目前，糖尿病肾病(DN)的发病机制尚未完全清楚，其涉及遗传因素、肾脏血流动力学改变、糖脂代谢紊乱、细胞因子、炎症机制和氧化应激等多因素的复杂相互作用。本文对DN的发病机制进行综述。

1　遗传变异与DN

DN具有明显的遗传倾向，不同种族的发病率分析和家族聚集性研究显示遗传变异是DN发生、发展的重要危险因素，大多数学者认为遗传变异和环境因素的共同作用决定了DN的易感性。1型和2型DN具有明显的家族聚集性。Mooyaart等〔1〕对DN关联变异位点的荟萃分析发现与DN显著相关的16个基因(21个变异位点)。包括:肾素-血管紧张素系统(RAS)相关的ACE基因(rs179975)、AGT基因(rs699)和AGTR1基因(rs5186);多元醇通路相关的AKR1B1基因(rs759853和CA重复);脂肪代谢通路相关的APOC1基因(rs4420638)和APOE基因(E2、E3和E4);炎性反应通路相关的VEGFA基因(rs833061)、CCR5基因(rs1799987)和EPO基因(rs1617640);氧化应激反应通路相关的HP基因(1/2)、UNCI3B基因(rs13293564)、PPARG基因(rs1801282)及一氧化氮合酶(NOS)3基因(rs2070744和rs31388808)。而ACE基因与DN的关联研究最多〔2〕。遗传因素在DN易感性中的作用还包括DN与染色体相关位点或等位基因的连锁。Wessman等〔3〕在欧洲人群中开展的1型DN患者的全基因组连锁分析，首次发现染色体22q11与1型DN存在显著性连锁。目前已经发表的全基因组连锁分析显示位于染色体3q、6p、7p、7q、10q、18q、19q和22q与DN显著连锁〔4〕。McDonough等〔5〕的全基因组关联研究分析证实ELMO1基因及MYH9基因与DN相关，另外，该研究首次发现SASH1、RPSI2、AUH、MSRB3-HMGA2和LIMK-2-SFI1基因与DN相关(P＜1. 0×10－5)。但遗传变异只能解释复杂疾病DN发病机制的一部分。

2　糖代谢紊乱与DN

2. 1晚期糖基化终产物(AGEs)的沉积在长期高血糖状态下，体内葡萄糖分子与蛋白质发生非酶糖基化反应，形成AGEs。AGEs的形成可使肾小球基底膜(GBM)结构改变，滤过膜功能损伤，细胞外基质(ECM)增生，最终导致肾小球硬化和蛋白尿的产生。AGEs致DN的作用机制主要分为直接毒性作用和间接毒性作用〔6〕。其中直接毒性作用包括:引起ECM的分子结构和功能发生改变。AGEs的沉积，可直接降低肾脏ECM成分Ⅳ型胶原分子间结合能力，破坏其空间支架结构;AGEs具有化学趋向性，可吸引单核-巨噬细胞向ECM迁移，并促使单核-巨噬细胞、内皮细胞及系膜细胞分泌可引起肾小球增殖性病变的细胞因子肿瘤坏死因子(TNF)-α、血小板源性生长因子(PDGF)、白细胞介素(IL)等; AGEs的沉积会导致大量活性基团的产生，其与低密度脂蛋白交联增加会使其清除障碍，进一步促进肾小球硬化。其间接毒性作用主要是通过与其受体结合后介导的。糖基化终产物受体(RAGE)是一种在肾脏细胞分布广泛的AGEs受体。细胞表面的RAGE与AGEs结合而被激活，进而激活细胞内各种信号转导通路，包括p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)、Ras、Rac/Cdc42等，促进多种细胞因子和炎性介质释放，如色素上皮衍生因子(PEDF)、转化生长因子(TGF)、细胞间黏附因子(ICAM)-1、血管细胞黏附因子(VCAM)-1、内皮素(ET)、IL-1和TNF-α等，进而加重细胞功能紊乱，促进DN的发生、发展〔7〕。由此可见，AGEs是引起糖尿病肾血管损伤，导致肾小球硬化，产生蛋白尿的重要因素，它在DN发生发展过程中发挥着重要的作用。

2. 2多元醇通路的激活多元醇通路又称山梨醇通路，由醛糖还原酶(AR)及山梨醇脱氢酶(SDH)共同构成。AR是多元醇代谢通路的限速酶。在糖尿病高糖条件下，继发性的细胞内高葡萄糖可激活AR，导致葡萄糖大量转换为山梨醇在组织内蓄积，山梨醇极性很强，不能自由透过细胞膜，于是细胞内形成高渗状态，导致大量细胞外液渗入，靶细胞水肿，同时使细胞内肌醇池耗竭，谷胱甘肽水平下降，烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(还原态)(NADPH)1NADP(氧化态)(NADP+)比值增高，Na+-K+-ATP酶活性下降，组织细胞缺氧，这种改变可直接影响肾小球及肾小管细胞的功能，从而促使DN的发生与发展。细胞培养研究发现，高糖环境及AR的过度表达可增加纤维连接蛋白的表达，而AR抑制剂可抑制纤维连接蛋白的表达〔8〕。这些结果提示，抑制AR可能有助于阻止DN患者的ECM的沉积。TGF-β1诱导的纤维连接蛋白的表达依赖于系膜细胞中的AR活性，且能被AR抑制剂抑制〔9〕。

2. 3蛋白激酶(PK)C激活PKC是丝氨酸/苏氨酸PK家族中的主要成员，可通过参与膜蛋白磷酸化介导多种生物活性作用。高血糖状态下，组织细胞内二酯酰甘油(DAG)生成增多，可直接激活PKC;多元醇通路激活使NADH/NAD+比值增高，也有利于DAG从头合成而激活PKC;此外，AR也能增加PKC表达〔10，11〕。PKC激活后可通过促进前列腺素的生成，促进DN早期肾小球高灌注、高滤过状态的形成;通过改变ECM和基底膜结构，使肾小球毛细血管通透性增加; PKC还可直接刺激肾小球系膜细胞和内皮细胞，导致ECM分泌增多或通过激活激活蛋白(AP)-1，上调TGF-β的表达，增加纤维连接蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的表达，使ECM合成增加而损害肾脏;此外，PKC可通过增加血管内皮细胞生长因子(VEGF)的表达增加血管通透性，使血管内皮功能下降;通过刺激血小板聚集来增加核因子(NF)-κB和纤溶酶原激活物抑制剂(PAI)-1的含量和活性，从而诱发局部组织炎性反应和导致血栓性微血管病变，从而加重血管损伤〔12，13〕。抑制PKC的活性可以延缓或阻止DN的进展。

2. 4葡萄糖转运蛋白(GLUT)的表达及转位障碍细胞糖代谢的第一道限速步骤是葡萄糖摄入，受多方面调控，GLUT的调节是其中关键环节。GLUT是介导哺乳动物细胞葡萄糖转运的主要载体。目前已在肾脏中发现了GLUT1～5的表达。GLUT在机体糖代谢中具有重要作用，与糖尿病及其慢性并发症的发生、发展关系密切。肾小球系膜细胞有GLUT4表达，有试验显示高糖可明显抑制系膜细胞中GLUT4 mRNA表达，这就使参与转位的GLUT4数量减少，GLUT4由细胞内囊泡转位到细胞膜，才能完成葡萄糖的转运，所以GLUT4的表达和转位障碍参与了DN的发生〔14〕。GLUT1是目前已知体内分布最为广泛的GLUT，是介导系膜细胞葡萄糖摄取的主要糖转运载体。GLUT1主要分布在肾脏组织的肾小球、近端肾小管、髓襻升支粗段、集合管、系膜等部位。体外研究显示经GLUT1基因转染的系膜细胞，即使在正常葡萄糖浓度下也表现出过度的糖摄入、细胞肥大及ECM增加等类似糖尿病情况下出现的病理改变〔15〕。

3　肾脏血流动力学的改变与DN

高血糖可使糖尿病患者毛细血管持续性扩张，导致肾小球毛细血管壁的通透性增加，肾小球毛细血管基底膜增厚，内皮损伤，肾动脉及其分支硬化、弹性阻力增加及血管管腔闭塞，表现为肾脏各级动脉血流动力学改变。糖尿病早期对肾内血管的影响首先发生在肾小球入球小动脉或距其最近的小血管，而后随着糖尿病病情进展逐渐呈现高阻、低流速、低灌注的血流动力学特征。尿蛋白定量是临床判断DN进展的最常用指标。有关糖尿病患者彩色多普勒肾动脉血流检查的研究结果显示，尿白蛋白排泄率(UAER)与肾各级动脉血流动力学改变密切相关，提示彩色多普勒肾动脉血流检查有望用于临床判断DN进展情况〔16〕。糖尿病状态下，肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)被激活，肾脏局部肾素、血管紧张素(Ang)Ⅱ、醛固酮等活性增加。增加的AngⅡ通过影响肾脏血流动力学，使肾小球出球小动脉张力增加，肾小球内压增加，进而增加尿蛋白排泄率，最终导致蛋白尿、肾小球硬化及肾间质纤维化〔17～19〕。

4　炎症反应与DN

近年来，研究报道炎症因子及促炎症因子在DN的发生和发展机制中有重要作用，并认为DN是一种炎症性疾病。糖尿病状态下，高血糖、肾脏血流动力学的改变、脂类代谢紊乱等都可以刺激炎症介质及炎症因子的产生，加重肾脏组织损伤，促进DN进展。高血糖及AGEs可诱导单核细胞趋化蛋白(MCP)-1、TGF-β、重组人结缔组织生长因子(CTGF)和VEGF的产生，促使肾小球硬化; AGEs与RAGE结合可激活细胞，尤其是巨噬细胞分泌大量的细胞因子和细胞介质，如IL-1、TNF-α、TGF-β等，引起组织损伤。MCP-1是强有力的单核/巨噬细胞趋化因子，可募集单核/巨噬细胞到肾小球和肾小管间质，并刺激单核/巨噬细胞释放TGF-β等炎症因子，促进肾小球硬化、肾小管萎缩和肾间质纤维化。研究表明，降低肾MCP-1的表达，可通过减少巨噬细胞浸润，减轻炎症反应，从而对糖尿病肾脏起保护作用〔20〕。TNF-α是机体炎性反应与免疫功能的重要调节因子。在肾脏组织炎症反应中，TNF-α可以引起多种炎性细胞因子的释放，放大炎症级联效应。研究表明，DN时多种炎性细胞因子和炎症介质(TGF-β1，IL，TNF-α，ICAM)等合成和释放增加，提示炎症反应可加重肾组织炎症损伤，促进DN进展〔21，22〕。但是，它们与DN的具体关系尚没有明确定论。

5　氧化应激与DN

临床研究结果提示氧化应激的增加是DN发病的关键环节。氧化应激是指机体受到有害刺激时活性氧(ROS)或活性氮(RNS)产生增多和(或)清除减少，从而导致ROS/RNS在体内蓄积，引起的分子、细胞和机体的损伤反应。体外研究结果显示，糖尿病状态下肾小球上皮细胞、系膜细胞和近端肾小管上皮细胞的葡萄糖摄取率升高，糖代谢紊乱可通过影响线粒体呼吸链、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶、黄嘌呤氧化酶和NOS等导致ROS大量产生。细胞质中ROS主要来源于NADPH氧化酶系统。糖尿病状态下，高糖导致ROS增多，刺激肾小球足细胞从基底膜上脱落，使足细胞不能有效地覆盖基底膜，破坏了肾小球滤过膜的完整性，导致蛋白尿的产生〔23〕。此外，氧化应激时增多的自由基可导致肾小球基底膜磷脂过氧化，使基底膜增厚，氧化应激还参与AGEs增多所介导的肾脏毛细血管细胞凋亡过程〔24〕。线粒体中生成过多的自由基可激活多元醇通路、AGEs通路、PKC通路，进一步诱导自由基的产生，形成恶性循环。抗氧化酶也是评价氧化应激的指标，是机体清除体内自由基的重要生物酶。糖尿病时高血糖可通过抑制肾脏组织中抗氧化酶的表达，提高肾脏组织的氧化应激水平〔25〕。

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〔2013-10-21修回〕

(编辑杜娟)

通讯作者:马博清(1964-)，女，主任医师，硕士，硕士生导师，主要从事糖尿病并发症研究。

〔文章编号〕1005-9202(2015)20-5973-03;

doi:10. 3969/j. issn. 1005-9202. 2015. 20. 145

〔文献标识码〕A

〔中图分类号〕R587. 2