骨桥蛋白在糖尿病肾病中作用的研究进展

刘丹,吴红艳

(长江大学附属第一医院内分泌科，湖北 荆州 434000)



骨桥蛋白在糖尿病肾病中作用的研究进展

刘丹,吴红艳

(长江大学附属第一医院内分泌科，湖北 荆州 434000)

骨桥蛋白是一种具有细胞黏附和信号转导功能的分泌型磷蛋白，研究发现它在糖尿病肾病中起重要作用。高糖和肾素血管紧张素系统等因素可以引起肾脏骨桥蛋白表达升高。骨桥蛋白主要通过巨噬细胞趋化、蛋白尿形成和肾脏纤维化等机制促进糖尿病肾病的发生和进展，抑制骨桥蛋白则可以改善糖尿病肾病。此外，骨桥蛋白基因多态性还与糖尿病肾病易感性相关。作为糖尿病肾病诊断和治疗的重要靶点，对骨桥蛋白的深入研究有助于阐明糖尿病肾病的发病机制，开发新的生物学诊断标记物和治疗药物。

骨桥蛋白；糖尿病肾病；蛋白尿；肾脏纤维化

糖尿病肾病(DN)是糖尿病(DM)常见的严重慢性血管并发症之一，并且已成为引起终末期肾病及糖尿病病死率升高的重要因素。骨桥蛋白(Osteopontin,OPN)，又称为分泌性磷蛋白1(SPP1)，44 kDa骨磷蛋白、唾液酸蛋白、2ar、尿桥蛋白、早期T淋巴细胞激活物-1，它是一种分泌性基质细胞蛋白，1958年首次由Heingard等从牛的骨基质中发现[1]。基因表达研究显示在各种DN模型中OPN的水平与糖尿病蛋白尿和肾小球硬化症的严重程度呈强相关[2]。近10年来许多研究分析了OPN在DN中的发病机制，本研究就此作一综述。

1 OPN的结构和功能

OPN是带负电荷、富含天冬氨酸、N端糖基化的磷蛋白，由314个氨基酸残基组成，分子量大小为44 kD。作为SIBLING家族中的一员，它有2个主要的整合素结合域，RGD和SVVYGLR序列。OPN通过RGD结构域与含有α5亚基的整合素结合，通过SVVYGLR(在小鼠中是SLAYGLR)结构域与整合素α4β1、α9β1结合，介导细胞黏附和信号转导。OPN 被凝血酶或基质金属蛋白酶(MMP)裂解后促进黏附和迁移的能力更强。

2 OPN在DN的表达和调控

在正常成人肾脏中，OPN主要位于远侧肾单位，在髓袢升支粗段中大量表达。OPN在DN大鼠和小鼠模型的肾皮质的小管上皮和肾小球中高度表达[2]。人OPN基因位于4号染色体长臂(4q21-23)，是一个约8 kb的单拷贝基因，由7个外显子和6个内含子构成，其启动子上存在高糖/葡萄糖胺应答元件、肾素血管紧张素系统(RAS)应答元件、转化生长因子-β(TGF-β)应答元件等，以及活化蛋白-1(AP-1)和核因子-κB(NF-κB)的结合位点，因此OPN的表达受多种因素调控。

2.1 高糖对OPN表达的调控 高糖可以刺激小鼠系膜细胞表达OPN和IV型胶原，而且间断高糖剌激的效果较持续高糖剌激更为明显[3]。PI3K/AKT/mTOR通路在高糖对OPN表达的调控中起重要作用。研究者们[4-5]发现证实高糖通过激活PI3K/AKT/mTOR通路诱导人肾小管上皮细胞OPN mRNA表达，活化的PI3K/AKT/mTOR通路还参与糖尿病肾病中系膜基质增生、上皮间充质转化等病理改变，并损伤足细胞参与蛋白尿形成[6]。

最近的研究还发现高糖可以对OPN基因的活性进行表观调控。体内试验和体外实验证实葡萄糖是OPN基因启动子区域组蛋白乙酰化和甲基化有力的诱导物，组蛋白乙酰化和甲基化可以导致OPN基因表达的上调[7]。高糖的这种表观调控作用可以解释血糖控制不良对糖尿病并发症危险的长期效应，也就是代谢记忆效应。

2.2 RAS刺激OPN表达的机制 Hsieh等[8]发现糖尿病大鼠肾脏近端小管(RPTs)和长期暴露在高糖中的永生肾脏近端小管细胞(IRPTCs)的OPN基因表达上调，通过微阵列分析他们提出一个高糖在IRPTCs中作用于OPN的分子机制：首先，高糖引起活性氧簇(ROS)生成，ROS通过包括蛋白激酶C-β1(PKC-β1)在内的各种信号转导通路刺激血管紧张素原和肾脏中血管紧张素Ⅱ(Ang Ⅱ)形成；随后Ang Ⅱ作用于血管紧张素1型受体(AT1R)激活PKC-β1信号转导，此外Ang Ⅱ还可以通过刺激NADPH氧化酶引起ROS生成和刺激TGF-β1基因表达进一步增强PKC-β1的活性；最后，PKC-β1在糖尿病肾病中刺激OPN表达，导致肾脏纤维化和终末期肾病。

醛固酮通过盐皮质激素受体(MR)和盐皮质激素应答元件(MRE)的相互作用介导肾脏OPN的表达。Gauer等[9]在大鼠系膜细胞中识别出一个盐皮质激素应答元件(MRE)，位于OPN编码序列上游1984碱基处，醛固酮通过MR与MRE的相互作用介导OPN的表达。Irita等[10]在大鼠肾脏成纤维细胞的OPN启动子中识别出一个负责对醛固酮应答的顺式调节元件(-2153到-1758)，该元件含有一个AP-1和NF-κB位点，醛固酮通过激活AP-1和NF-κB诱导MR介导的OPN表达。醛固酮受体拮抗剂依普利酮可以减轻1型糖尿病(STZ处理的大鼠)和2型糖尿病(db/db小鼠)的肾损害以及TGF-β mRNA和OPN mRNA水平增加，但是不影响MR蛋白和MR mRNA水平增加，而且这种作用独立于血压和血糖[11]。OPN基因敲除对醛固酮诱导的肾脏炎症、氧化应激和间质纤维化具有保护作用[12]。

3 OPN在DN的作用机制

DN的发病机制并未完全阐明，普遍认为糖脂代谢紊乱、血流动力学改变、氧化应激、炎性介质产生、遗传易感性等多因素协同参与疾病的发生及发展，引起细胞外基质蓄积、基底膜增厚、肾小球硬化等病理改变。在DN中，OPN参与巨噬细胞趋化、蛋白尿形成和肾脏纤维化等多个环节。

3.1 OPN趋化巨噬细胞 巨噬细胞在DN的小管间质损伤中起重要作用。OPN通过SLAYGLR功能域与整合素α4和α9的相互作用调节巨噬细胞的迁移、存活和蓄积[13]。巨噬细胞也可以产生OPN，OPN反过来刺激MCP-1的生成，导致巨噬细胞蓄积。此外，巨噬细胞还可以通过产生MMP9裂解OPN增强其对巨噬细胞的趋化能力[14]。因此，OPN作为一个重要的巨噬细胞趋化因子，在DN中直接地或间接地起作用。

巨噬细胞在组织中有M1和M2两种亚型[15]，M1型巨噬细胞大量表达促炎细胞因子，增强组织炎症应答，而M2巨噬细胞大量表达抗炎细胞因子，诸如IL-10，促进组织修复，增强成纤维细胞的纤维化。M1和M2型巨噬细胞标志基因的表达在糖尿病肾病小鼠的肾皮质中都上调，两者都参与DN的发展[16]。Nagao等[17]的研究证实OPN在STZ诱导的DN中既诱导M1型巨噬细胞，也诱导M2型巨噬细胞。

3.2 OPN参与蛋白尿形成 临床研究和动物实验均证实OPN与DN的蛋白尿相关。Yamaguchi等[18]对229名日本 2型糖尿病合并DN患者的研究显示血清 OPN 水平升高与尿蛋白增加呈一致性，与血压、血糖、血脂水平均不相关。Lorenzen等[19]发现1型[Ins2(Akita)]糖尿病肾病小鼠模型的肾脏OPN mRNA升高，该模型还出现显著的蛋白尿增多和系膜扩张，而OPN基因敲除小鼠则不会出现糖尿病诱导的蛋白尿和系膜扩张。Nicholas等[20]将1型[Ins2(Akita)]和2型糖尿病(db/db小鼠)的OPN基因敲除后也观察到类似的结果。

OPN在整合素αVβ3的介导下通过增加足细胞运动性参与蛋白尿的形成。体外实验中的足细胞运动性增加相当于体内的足突消失[19,21]。Lorenzen等[19]发现OPN在足细胞中激活NF-κB，增加尿激酶型纤溶酶原激活物(uPA)的表达和足细胞运动性，而NF-κB通路抑制剂可以阻断OPN诱导的足细胞运动性增加。足细胞运动性增加还需要整合素αVβ3和uPA受体活化参与[21]。机械保护性OPN信号转导级联反应在足细胞运动性增加中起重要作用。Schordan等[22]的研究证实OPN与整合素αV结合后通过激活FAK、Src、MAPK和PI 3激酶参与机械保护性OPN信号转导级联反应，导致足细胞的细胞骨架重组，诱导以应力纤维和黏着斑大小的减少为特征的足细胞运动表型，这种运动表型允许足细胞在对机械性牵张的应答中快速地识别肌动蛋白细胞骨架。OPN的这种机械保护性功能是一种非冗余功能，它原本是足细胞对于糖尿病早期肾小球高压的一个保护性应答，但是蛋白尿这一副作用在远期会损害足细胞。

3.3 OPN促进肾脏纤维化 温宇明[23]对不同分期糖尿病患者肾脏活检组织的肾小管间质中OPN表达的比较显示，与无糖尿病组比较，早期糖尿病肾病组及临床糖尿病肾病组的肾系膜区扩大及基质增多，肾小球逐渐硬化，且肾组织OPN表达增多，在临床糖尿病肾病组更加明显，提示OPN促进肾脏纤维化。

OPN在整合素β3的介导下[3]直接作用于系膜细胞，激活ERK/MAPK和JNK信号转导通路，刺激TGF-β的生成，继而促进细胞外基质(ECM)沉积，导致肾脏纤维化[20]。将糖尿病小鼠的OPN基因敲除后，TGF-β明显减少[20]。TGF-β1信号转导是公认的导致DN的通路[24-25]，它介导慢性肾脏病进展中的几个关键性的小管病理事件：成纤维细胞增生、内皮间叶化生、小管和成纤维细胞的ECM生成以及内皮细胞死亡，从而导致小管细胞缺失和间质纤维化[26]。此外，TGF-β1还可以促进系膜细胞增生增加ECM生成，诱导小管上皮细胞和足细胞凋亡，导致肾损伤恶化，引发更加严重的肾纤维化[27]。

4 OPN基因多态性与DN

OPN基因已经被证明是印度人2型糖尿病合并DN的一个新的候选基因。2012年，Cheema等[28]在对于1 115名印度2型糖尿病患者的研究中观察到OPN启动子区域C-443T多态性的T等位基因和TT基因型的携带者DN的发病风险增加了几乎3倍。2015年，Cheema等[29]在1 165名印度2型糖尿病患者中的研究中再次证实了上述位点与DN的相关性，此外还发现-156G等位基因、GG基因型(delG-156G)、单体型G-C-G和T-C-G(G-66T、C-443T、delG-156G)与DN的危险减少和eGFR的增高存在关联；单体型G-T-delG和T-T-delG(G-66T、C-443T、delG-156G)与eGFR下降相关，是危险单体型。然而，OPN基因的SNP位点与DN的相关性在其他种族中是否具有差异性仍不清楚。

5 OPN与DN的检测和治疗

5.1 OPN与DN的检测 Al-Malki[30]的研究发现糖尿病微量蛋白尿患者的尿液骨桥蛋白水平显著高于糖尿病正常蛋白尿患者和非糖尿病患者，他们认为尿液OPN可以作为DN的预测性诊断因子，而且尿液OPN与尿液足细胞计数和IgM联合起来对于DN的早期诊断的效果更好。国内外多项研究均证实血清OPN与糖尿病患者尿蛋白的增加呈正相关[18,31]。因此，血清OPN可以作为衡量DN进展的指标。

5.2 OPN与DN的治疗 目前临床上有多种药物以OPN为靶点保护DN。ACEI类或ARB类药物可以抑制RAS系统活性，下调OPN表达，同时减少蛋白尿，是经典的DN治疗药物。噻唑烷二酮类[20,32]药物也可以通过减少Ang Ⅱ所致的OPN升高减少DN的蛋白尿。醛固酮受体拮抗剂[12]则是通过阻滞MR介导的OPN表达保护DN。

肝X受体(LXR)是白细胞中一个重要的葡萄糖代谢和免疫功能的脂肪依赖性调节器。以往的研究发现人工合成的LXR配体可以抑制细胞因子诱导的巨噬细胞中OPN的表达。最近Tachibana等[33]的研究则证实LXR激活可以抑制OPN基因启动子AP-1依赖性转录，从而下调近曲小管上皮细胞的OPN表达。动物实验显示LXR激动剂T0901317治疗后糖尿病小鼠的尿蛋白排泄减少，巨噬细胞浸润、系膜基质积累和间质纤维化也明显减轻，这一现象与肾皮质中OPN表达的减少平行，表明LXR的激活对肾OPN的抑制是DN的治疗靶点。

此外，OPN特异性抗体[3]、免疫抑制剂[34-35]及反义寡核苷酸等都可以通过直接或间接的方式抑制OPN的表达，改善糖尿病肾脏病变。但是这些研究大多数集中在动物试验中，如何在临床中应用还需要更多的研究支持。

综上所述，高糖和RAS等因素可以引起肾脏OPN表达升高。OPN主要通过巨噬细胞趋化、蛋白尿形成和肾脏纤维化等机制促进DN的发生和进展，抑制OPN则可以改善DN。此外，OPN多态性还与DN易感性相关。作为DN诊断和治疗的重要靶点，对OPN的深入研究有助于阐明DN的发病机制，开发新的生物学诊断标记物和治疗药物。

[1] Kahles F,Findeisen HM,Bruemmer D.Osteopontin:A novel regulator at the cross roads of inflammation,obesity and diabetes[J].Mol Metab,2014,3(4):384-393.

[2] Susztak K,Böttinger E,Novetsky A,et al.Molecular profiling of diabetic mouse kidney reveals novel genes linked to glomerular disease[J].Diabetes,2004,53(3):784-794.

[3] Sun J,Xu Y,Deng H,et al.Involvement of osteopontin upregulation on mesangial cells growth and collagen synthesis induced by intermittent high glucose[J].J Cell Biochem,2010,109(6):1210-1221.

[4] Junaid A,Amara FM.Osteopontin:correlation with interstitial fibrosis in human diabetic kidney and PI3-kinase-mediated enhancement of expression by glucose in human proximal tubular epithelial cells[J].Histopathology,2004,44(2):136-146.

[5] 王凤梅，蒋克国，张桂霞，等．高糖激活PI3K/AKT/mTORC1通路诱导人肾小管上皮细胞骨桥蛋白的表达[J]．中国药理学通报，2014,30(8)：1156-1160．

[6] Inoki K,Mori H,Wang JY,et al.mTORCl activation in podocytes is a critical step in the development of diabetic nephropathy in mice [J].J Clin Invest,2011,121(6):2181-2196.

[7] Cai M,Bompada P,Atac D,et al.Epigenetic regulation of glucose-stimulated osteopontin (OPN) expression in diabetic kidney[J].Biochem Biophys Res Commun,2016,469(1):108-113.

[8] Hsieh TJ,Chen R,Zhang SL,et al.Upregulation of osteopontin gene expression in diabetic rat proximal tubular cells revealed by microarray profiling[J].Kidney Int,2006,69(6):1005-1015.

[9] Gauer S,Hauser IA,Obermüller N,et al.Synergistic induction of osteopontin by aldosterone and inflammatory cytokines in mesangial cells[J].J Cell Biochem,2008,103(2):615-623.

[10] Irita J,Okura T,Kurata M,et al.Osteopontin in rat renal fibroblasts:functional properties and transcriptional regulation by aldosterone[J].Hypertension,2008,51(2):507-513.

[11] Guo C,Martinez-Vasquez D,Mendez GP,et al.Mineralocorticoid receptor antagonist reduces renal injury in rodent models of types 1 and 2 diabetes mellitus[J].Endocrinology,2006,147(11):5363-5373.

[12] Irita J,Jotoku M,Okura T,et al.Osteopontin deficiency protects against aldosterone-induced inflammation,oxidative stress,and interstitial fibrosis in the kidney[J].Am J Physiol Renal Physiol,2011,301(4):833-844.

[13] Lund SA,Wilson CL,Raines EW,et al.Osteopontin mediates macrophage chemotaxis via α4 and α9 integrins and survival via the α4 integrin[J].J Cell Biochem,2013,114(5):1194-1202.

[14] Tan TK,Zheng G,Hsu TT,et al.Matrix metalloproteinase-9 of tubular and macrophage origin contributes to the pathogenesis of renal fibrosis via macrophage recruitment through osteopontin cleavage[J].Lab Invest,2013,93(4):434-449.

[15] Wang Y,Harris DC.Macrophages in renal disease[J].J Am Soc Nephrol,2011,22(1):21-27.

[16] Suzuki H,Kato I,Usui I,et al.Characterization of diabetic nephropathy in CaM kinase Ⅱα (Thr286Asp) transgenic mice[J].Biochem Biophys Res Commun,2009,379(1):38-42.

[17] Nagao T,Okura T,Irita J,et al.Osteopontin plays a critical role in interstitial fibrosis but not glomerular sclerosis in diabetic nephropathy[J].Nephron Extra,2012,2(1):87-103.

[18] Yamaguchi H,Igarashi M,Hirata A,et al.Progression of diabetic nephropathy enhances the plasma osteopontin level in type 2 diabetic patients[J].Endocr J,2004,51(5):499-504.

[19] Lorenzen J,Shah R,Biser A,et al.The role of osteopontin in the development of albuminuria[J].J Am Soc Nephrol.J Am Soc Nephrol,2008,19(5):884-890.

[20] Nicholas SB,Liu J,Kim J,et al.Critical role for osteopontin in diabetic nephropathy[J].Kidney Int,2010,77(7):588-600.

[21] Wei C,Möller CC,Altintas MM,et al.Modification of kidney barrier function by the urokinase receptor[J].Nat Med,2008,14(1):55-63.

[22] Schordan S,Schordan E,Endlich K,et al.AlphaV-integrins mediate the mechanoprotective action of osteopontin in podocytes[J].Am J Physiol Renal Physiol,2011,300(1):F119-F132.

[23] 温宇明．骨桥蛋白在不同分期糖尿病肾病患者肾组织中的表达[J]．岭南急诊医学杂志，2012,17(3)：184-186．

[24] Cooper ME.Diabetes:treating diabetic nephropathy-still an unresolved issue[J].Nat Rev Endocrinol,2012,8(9):515-516.

[25] Abdel-Rahman EM,Saadulla L,Reeves WB,et al.Therapeutic modalities in diabetic nephropathy:standard and emerging approaches[J].J Gen Intern Med,2012,27(4):458-468.

[26] López-Hernández FJ,López-Novoa JM.Role of TGF-β in chronic kidney disease:an integration of tubular,glomerular and vascular effects[J].Cell Tissue Res,2012,347(1):141-154.

[27] Meng XM,Tang PM,Li J,et al.TGF-β/Smad signaling in renal fibrosis[J].Front Physiol,2015(6):82.

[28] Cheema BS,Iyengar S,Ahluwalia TS,et al.Association of an osteopontin gene promoter polymorphism with susceptibility to diabetic nephropathy in Asian Indians[J].Clin Chim Acta,2012,413(19/20):1600-1604.

[29] Cheema BS,Iyengar S,Sharma R,et al.Association between osteopontin promoter gene polymorphisms and haplotypes with risk of diabetic nephropathy[J].J Clin Med,2015,4(6):1281-1292.

[30] Al-Malki AL.Assessment of urinary osteopontin in association with podocyte for early predication of nephropathy in diabetic patients[J].Dis Markers,2014(1):251-278.

[31] 张宁，李全民．糖尿病肾病患者血清骨桥蛋白检测的临床意义[J]．中国医学工程，2012，20(5)：86-87．

[32] 张筠，王建平，臧丽，张世静．吡格列酮对2型糖尿病肾病患者骨桥蛋白和尿微量白蛋白的影响[J]．实用医学杂志，2012(16)：2772-2774．

[33] Tachibana H,Ogawa D,Matsushita Y,et al.Activation of liver X receptor inhibits osteopontin and ameliorates diabetic nephropathy[J].J Am Soc Nephrol,2012,23(11):1835-1846.

[34] 罗利彬，刘彬，王慧慧，等．雷帕霉素对糖尿病肾病大鼠组织TGF-β1及OPN表达的影响[J]．黑龙江医学科学，2012,35(5)：5-6．

[35] 苏双全．他克莫司对糖尿病大鼠肾组织巨噬细胞浸润、增殖及活化的影响[D]．合肥:安徽医科大学，2012.

Research progress of the role of osteopontin in diabetic nephropathy

LIU Dan,WU Hongyan

(DepartmentofEndocrinology,JingzhouFirstPeople’sHospital,YangtzeUniversity,Jingzhou,Hubei434000,China)

Osteopontin is a kind of secreted phosphoprotein with function of cell adhesion and signal transduction.It has been reported to play an important role in diabetic nephropathy.High glucose level and the renin angiotensin system can cause elevated osteopontin expression in kidney.Osteopontin promotes the occurrence and progress of diabetic nephropathy mainly through mechanisms such as macrophage chemotaxis,proteinuria and renal fibrosis;and inhibition of osteopontin can improve diabetic nephropathy.In addition,genetic polymorphism of osteopontin is also associated with susceptibility to diabetic nephropathy.As an important target in the diagnosis and treatment of diabetic nephropathy,in-depth study of osteopontin can contribute to the clarification of diabetic nephropathy pathogenesis and the development of new diagnostic biomarkers and therapeutic drugs.

Osteopontin;Diabetic nephropathy;Proteinuria;Renal fibrosis

吴红艳，女，主任医师，硕士生导师，研究方向：内分泌学，E-mail:wuhongyan119@qq.com

10.3969/j.issn.1009-6469.2016.10.005

2016-07-06,

2016-07-24)