游离脂肪酸对足细胞功能的影响

张 俞 综述 袁伟杰 审校

以2型糖尿病(T2DM)为主的糖尿病肾病(DN)是导致终末期肾病的主要原因之一。引起DN肾小球上皮细胞或足细胞的损伤和丢失的机制至关重要，然而，肥胖症导致慢性肾脏病(CKD)的病理学表现与T2DM相似的，即肥胖相关性肾小球疾病和局灶节段性肾小球硬化［1］。除肥胖本身之外，肥胖相关性肾小球肾病的病因还包括三酰甘油(TG)水平异常及异位肾脏脂质聚集［2］。越来越多的研究表明，肾脏脂质沉积和脂质代谢失调不仅与肥胖相关性肾病和DN的发病有关，同时也影响CKD进行性发展，不同的肾细胞类型，包括足细胞都发现了脂滴沉积［1］。本文通过总结对于足细胞最新研究的进展，阐述了游离脂肪酸(FFA)水平及其代谢紊乱对足细胞功能的影响。

FFA代谢异常

血浆FFA是脂质的主要组成成分，由脂肪细胞贮存的TG水解生成，并与血浆白蛋白结合运送到组织提供能量［2］。此外，肝来源的低密度脂蛋白TG通过脂蛋白脂酶水解生成的脂肪酸也是组织脂肪酸的来源之一［3］。正常饮食情况下FFA波动水平较低，禁食和脂肪动员时会产生大量的FFA，特殊类型的肥胖和T2DM患者血浆中FFA水平明显增高，可能会导致胰岛素抵抗，脂质分解增快;同时，胰岛素抵抗亦可促进FFA产生，肥胖者的脂肪细胞因无法吸收FFA，而促进异位脂肪沉积［4］。非脂肪组织中脂质沉积引起的细胞功能障碍和细胞死亡现象称为脂毒性。膳食摄入的脂肪酸影响血浆FFA的组成，饱和脂肪酸、棕榈酸、硬脂酸及单不饱和脂肪酸占血浆FFA的70% ～80%，其中饱和脂肪酸(SFAs)和单不饱和脂肪酸(MUFAs)对细胞代谢和功能产生的影响不同，两项饮食干预试验研究发现地中海饮食中富含的特级纯橄榄油可针对心血管疾病和DM起一级预防作用［5］，这可能与橄榄油中高含量的MUFAs有关。

异常FFA介导肾脏细胞损伤的机制

足细胞中胆固醇聚集导致的脂毒性是DN一个关键的致病因素，足细胞丢失是DN的重要标志［6］，而血浆FFA的升高、代谢紊乱可导致脂毒性，但FFA及其代谢产物如甘油二酯(DAG)和TG对疾病的影响，目前尚有争议。研究发现SFAs是诱导大多数细胞类型包括足细胞脂毒性、促进细胞死亡的原因。然而，MUFAs可以预防SFA诱导的脂毒性(表 1)［6－8］。

SFAs参与T2DN的发病机制主要有足细胞凋亡、胰岛素抵抗和诱导内质网应激(图1)［9］。在肥胖和T2DM，脂肪组织溶脂增加伴/或脂肪细胞的FFA吸收缺陷导致膳食FFA的摄入增加，引起血浆FFA升高，在非脂肪组织包括肾脏和足细胞中沉积。足细胞可以通过上调脂肪酸β－氧化、促进TG合成和UPR代偿性分支来适应改变的脂质环境。然而，适应能力(如损伤、遗传)或慢性“超负荷”导致毒性FFA代谢产物的积累和(或)过度TG存储可能导致足细胞足突细胞死亡，最终导致肥胖相关性肾病和DN。在DN的早期阶段，游离脂肪酸氧化和运输紊乱及其抗氧化反应，可导致足细胞结构破坏，引起肾小球疾病［10］。

表1 单不饱和脂肪酸对亚麻酸干预足细胞的保护机制

通过对肝细胞、肌肉细胞和胰腺β－细胞的研究 发现，SFAs能分解出有害的代谢产物如DAG和神经酰胺，DAG激活蛋白激酶C(PKC)，促进神经酰胺水平的增高，线粒体膜通透性增加和细胞色素c的释放，并启动内质网线粒体凋亡通路［11］。SFAs棕榈酸诱导人足细胞产生胰岛素抵抗，促进神经酰胺积累，MUFAs刺激棕榈酸的β－氧化，抑制［3氚］标记棕榈酸足细胞内DAG和TG产生，促进代谢产物转化为TG，使胞内 DAG 片段减少［12］;MUFAs可能通过上调ER伴侣分子(eBiP)表达重链结合蛋白(Bip)抑制棕榈酸诱导的细胞凋亡［13］。对于SFAs上调C/EBP同源蛋白(CHOP)的促凋亡机制目前尚未明确，可能与促凋亡前体 GADD 34［14］、DR5(TRAIL 受体－2)［15］和内质网氧化还原酶－1α(ERO－1α)［16］结合有关。此外，Maurel等［17］对 β－细胞研究发现，与小分子结合的IRE－14m8c复合物抑制棕榈酸干预足突细胞的凋亡，说明肌醇蛋白1(IRE－1)对决定细胞的凋亡也起到至关重要的作用［17］。

FFA介导的胰岛素抵抗与肥胖相关性肾脏、DN的发生发展密切相关。既往在人类及小鼠肝细胞和骨骼肌细胞的研究中发现，棕榈酸可诱导胰岛素抵抗，使胰岛素受体底物(IRS)1，2的丝氨酸/苏氨酸磷酸化，通过活性氧介导的JNK途径或DAG激活PKX途径激活AKT［18］。然而，JNK抑制剂虽影响了足细胞胰岛素信号通路，然而对长期暴露于棕榈酸足细胞的生存无影响。相反，JNK激活下游途径干扰了内质网平衡，导致ER应激反应，促进棕榈酸诱导足突细胞死亡［6］。肥胖和糖尿病大鼠的胰岛素信号通路降低了肾小球对胰岛素敏感性，易发展为蛋白尿和肾小球硬化［19］。

通过对T2DM胰岛β细胞失代偿功能研究证实，FFA引起内质网应激反应(ERS)与肥胖、T2DM的发病相关［20］。T1DM小鼠病理提示肾小管间质和肾小球内存在ER应激，减少ER应激可延缓肾脏疾病的发展;ER平衡失调，折叠能力减退，未折叠和错误折叠的蛋白质聚集，启动了未折叠蛋白反应(UPR)，UPR是保持适当 ER功能的代偿性反应［21］。UPR涉及到三个信号因子，即ER介导的跨膜受体激活(PKR样内质网激酶)、激活转录因子6(ATF6)和IRE－1，这三个信号因子可导致蛋白转录减少，ER－α相关蛋白质降解，ER伴侣分子表达增加，促进ER膜合成。SFAs诱发的ER应激及随后UPR的改变影响内质网膜的组成及其完整性［7］。SFA干预的足突细胞中，ER应激诱导产生一些未折叠蛋白标记物/反应物，包括ER监督BiP，Gadd34(生长停滞和DNA损伤诱导蛋白)及交替剪接的X－box结合蛋白1(Xbp1)，通过激活哺乳动物雷帕霉素复合物1(mTORC1)，上调凋亡前转录因子CHOP表达［6］，改变了蛋白尿量的变化但不影响其肾小管间质和肾小球的组成［21］。

此外，清道夫受体血小板糖蛋白4表达增加(也称为CD36)和脂肪酸β－氧化减少导致胞内脂质堆积［22］、肾脏 TG 聚集和超灵敏传感器 AMPKα1［23］表达减少、足细胞特异性表达脂肪酸结合蛋白［24］、肾脏 SREBP－1 表达增加［25］，都可促进足细胞吸收FFA，脂质聚集，激活促炎症细胞因子活性，线粒体基质活性氧的生产，脂质过氧化反应和线粒体损伤、功能障碍。CKD患者足细胞内脂质超载特别严重，因其肾小球细胞绑定和(或)吸收高TG的低密度脂蛋白，可能导致细胞内吞作用增强，TG沉积导致脂毒性［23］。

MUFAs活化肾脏的保护机制

尽管MUFAs的保护性作用机制并不完全清楚，但是根据足细胞研究显示，MUFAs促进棕榈酸及其代谢产物转化为TG，加速β－氧化可防止有毒SFA代谢物的聚集。SFA脂毒性影响脂质包括TG类的聚集，加强β－氧化反应促进活性氧的产生。然而，近期研究发现，FFA β－氧化加强及TG沉积不但是无害的，反而可以保护性降低足细胞内FFA的水平。Kampe等［26］研究证实脂肪酸氧化的加强可降低足细胞对棕榈酸的敏感性。

脂肪酸β氧化速度增加取决于5－氨基咪唑－4－甲酰胺核苷酸(AICAR)，AICAR是能量调节激动剂，促进单磷酸腺苷活化蛋白激酶AMP蛋白激酶(AMPK)的生成，激活乙酰辅酶a羧化酶(ACC)，从而减少了二酰基甘油酰基转移酶1(CPT1)抑制剂丙二酰辅酶A，脂肪酸β－氧化限速酶CTP1可逆转棕榈酸毒性作用。近期针对T2DM患者全基因组相关研究发现在ACC2非编码区域的一个多态性单核苷酸多态性与蛋白尿密切相关［27］，单核苷酸的多态性促进ACC2表达增加，提高CPT1抑制剂丙二线辅酶A的水平，减少脂肪酸β氧化的活力。

此外，脂联素作为一种激活AMPK的生理信号，能降低棕榈酸对足突细胞的损伤［26］;有关研究发现高糖环境抑制了脂联素激活的AMPK信号通路，蛋白尿增加，进一步证实了脂联素保护肾脏的机制［28］。既往基因研究发现硬脂酸辅酶A脱饱和酶1(SCD1)在DN中表达增加，免疫组织化检测高表达的SCD1主要沉积于足细胞［11］。SCDs将SFAs降解为MUFAs，同时产生辅酶A二酰甘油酰基转移酶(DGATs)，与底物结合生成 TG［12］。同时，该研究发现肾小球中DGAT1的表达增加［12］，不仅促进SFAs转换为MUFAs，还刺激TG合成，DGAT1转基因小鼠过度表达TG－合成酶，心肌内TG合成增多，不仅没有造成脂毒性反而改善了心功能［8］。此外，高表达碳水化合物反应元件结合蛋白(chREBP)大鼠进食高脂饮食导致肝硬化，但也促进了肝SCD1和DGAT1的表达，反而增强了胰岛素敏感性［29］。SCDs主要以SCD1构体通过刺激肝法尼酰X受体激动剂减少SFAs诱导的细胞凋亡［30］，法尼酰X受体激动剂激活，抑制了脂质合成调节固醇调节元件结合蛋白1(SERBP－1)，FXR－激活配体干预的小鼠通过调控脂肪酸合成和氧化减少TG沉积，改善蛋白尿和预防足突细胞损失［31］。足细胞SCD1的表达增加有助于减少FFA的沉积，减少肾脂质沉积的脂毒性，能把SFAs转化为MUFAs，改善足细胞的内质网应激及其凋亡，延缓DN和肥胖性肾病的发展。

脂质代谢紊乱和肾脂质积累不仅与肥胖相关肾脏疾病和DN的发病有关，也影响了疾病的发展。近期人类和动物研究表明，FFA代谢紊乱在脂质代谢中扮演着关键的角色［9－11］。足细胞对饱和棕榈酸高度敏感，DN足细胞的 SCD1表达增加，促进MUFAs增多，可部分缓解SFAs代谢产物的肾毒性作用。SFAs对足细胞的毒性机制可能为内质网应激和胰岛素抵抗。MUFAs对足细胞保护作用的机制概括为下调棕榈酸诱导CHOP的表达和刺激脂肪酸的β氧化反应。

综上所述，足细胞对FFA高度敏感，但也可能在一定程度上改变脂质环境。根据这些发现，肥胖和T2DM患者对脂质代谢紊乱的代偿能力下降可能会加重蛋白尿和促进肾脏病慢性化发展。因此，改善足细胞代偿反应的策略可能有助于预防和延缓CKD的进展。

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