高尿酸血症在糖尿病微血管病变发病中的作用机制研究进展

商书霞，宋光耀，郭妍，刘海深

(1冀中能源峰峰集团有限公司总医院，河北邯郸 056200；2河北省人民医院)



高尿酸血症在糖尿病微血管病变发病中的作用机制研究进展

商书霞1，宋光耀2，郭妍1，刘海深1

(1冀中能源峰峰集团有限公司总医院，河北邯郸 056200；2河北省人民医院)

摘要：高尿酸血症(HUA)能促进糖尿病肾病的发生发展，可能通过影响肿瘤坏死因子、NADPH氧化酶、血管平滑肌细胞的作用实现。HUA还可使促黑素细胞刺激素、色素上皮衍生因子水平降低，导致抗炎和细胞保护作用减弱，促使糖尿病视网膜病变的发生。HUA另通过各种途径调控转化生长因子β1(TGF-β1)水平，导致氧自由基生成增加，进而通过TGF-β1/Smads和Nrf2-ARE信号通路影响糖尿病心肌病变的发生发展。

关键词：高尿酸血症；糖尿病；糖尿病发症；糖尿病肾病；糖尿病视网膜病；心肌病

尿酸是人体嘌呤代谢最终产物，正常代谢情况下人体产生的血尿酸通过肾小球滤过，在经过肾小管时超过90%尿酸可被重吸收，因此机体生成的血尿酸仅10%排出体外[1]。当尿酸生成增多和(或)尿酸排出减少，会导致血尿酸水平升高，男性尿酸>420 μmol/L或女性>357 μmol/L可诊断为高尿酸血症(HUA)。HUA与氧化应激等炎症反应相关，而氧化应激及多种炎性因子在糖尿病微血管病变中起着重要的作用。现将HUA在糖尿病微血管病变发病中的作用机制研究进展情况综述如下。

1HUA在糖尿病肾病(DN)发病中的作用机制

DN是慢性肾功能不全、终末期肾病形成的主要原因，也是糖尿病患者致死的重要原因[2]。目前，有关尿酸与DN关系的研究较少。有研究显示，DN与长期血尿酸水平升高有关，HUA可促进糖尿病患者肾脏损害。另有研究[3]发现，HUA是糖尿病患者24 h尿微量白蛋白异常的重要预测因子。HUA可促进DN的发生发展，可能通过肿瘤坏死因子 (TNF-α)、NADPH氧化酶(NOX)、血管平滑肌细胞(VSMC)的作用实现的。

1.1TNF-α TNF-α是一种促炎症因子，存在于多种肾细胞中。TNF-α有两种结合受体，即TNF-α一型受体和TNF-α二型受体[4]。糖尿病患者体内TNF-α水平显著升高，考虑与末期肾衰竭有关。文献[5]报道，应用TNF-α合成抑制剂己酮可可碱干预肾细胞中smad3/smad4依赖型结缔组织生长因子的转录，可以减少结缔组织TNF-α表达，从而防止肾脏纤维化形成。TNF-α还可诱导胰岛素受体底物的丝氨酸磷酸化，阻碍胰岛素受体底物1(IRS-1)的酪氨酸磷酸化，干扰胰岛素信号转导途径，导致胰岛素抵抗(IR)[6]，而IR能增加尿酸盐的重吸收，降低尿酸盐排泄，从而导致HUA的发生。

1.2NOXNOX存在于单核细胞、巨噬细胞和嗜酸性粒细胞中，由5个亚基组成，即gp91phox、p22phox、p40phox、p67phox、p47phox[7]。吞噬细胞中的NOX通常不产生ROS，只有当其感受到细胞外信息刺激时，导致gp91phox的构象发生变化，可激活NOX，产生大量ROS。Geiszt等[8]发现，高血糖能诱导肾脏系膜细胞p22phox、p47phox表达增加，同时能诱导细胞ROS生成增多，而加入NOX抑制剂后，ROS的生成受到抑制。过多的ROS导致丝/苏氨酸激酶活化，活化的激酶通过不同作用靶点提高IRS-1、IRS-2丝氨酸磷酸化水平，并可干扰相邻磷酸化的结合位点，阻碍正常酪氨酸磷酸化途径。Tojo等[9]发现，应用NOX抑制剂可降低链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠模型中Nox亚基过表达，从而减弱氧化应激，抑制ROS，并改变肾脏血流动力学和影响肾内基质重构的作用，导致HUA的发生。NADPH与ROS生成直接相关，其机制可能通过蛋白激酶C(PKC)调节和晚期糖基化终末产物(AGEs)通路来实现。

1.2.1PKC调节血糖升高可增加二脂酰甘油(DAG)生成，通过DAG-PKC通路可激活PKC，致NOX活化，使细胞产生氧化应激反应，产生更多的ROS，刺激细胞凋亡，造成血管内皮细胞损伤。Liu等[10]将选择性PKC-β抑制剂(鲁伯斯塔)应用于DN大鼠中，发现其能降低蛋白尿，维持肾小球滤过率，使肾功能避免损伤。而且，PKC通过启动胰岛素信号通路，抑制IRS-1表达，促使IR的发生，降低尿酸盐排泄，从而导致HUA的发生。

1.2.2AGEs通路血糖升高时，蛋白质发生非酶促糖化，最终形成稳定的AGEs。AGEs本身及在其形成过程中均可产生大量ROS，损伤机体组织。

1.3VSMC尿酸还具有诱导VSMC增殖的作用。HUA可诱导促分裂原活化蛋白激酶的激活，使细胞外的信号调节激酶1、信号调节激酶12磷酸化，使环氧合酶2(COX-2)的表达上调。COX-2产物如血栓素A2的增多，可介导血小板生长因子(PDGF)和单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)的激活，进而诱导VSMC增殖和巨噬细胞的浸润，引起管壁增厚、管腔狭窄。研究[11]发现，降低血尿酸水平，可降低HUA大鼠NO水平，导致内皮细胞功能异常，血管舒张功能减弱，引起血管病变，进一步损伤肾脏功能。

2HUA在糖尿病视网膜病变(DR)发病中的作用机制

随着血尿酸升高，尿酸盐结晶会沉积在动脉壁，导致动脉内膜损伤。HUA可导致微炎症状态，刺激血管平滑肌增生。而且，平滑肌细胞含有阴离子转运蛋白，可吸收尿酸盐。在平滑肌细胞内，HUA还可致血小板源生长因子A(PDGF-A)、PDGF-C水平升高，PDGF-A受体mRNA表达上调，局部血管发生炎症反应，导致微血管病变及小动脉玻璃样变。Khosla等[11]认为，动脉粥样硬化症作为一种微炎症反应，可破坏内皮细胞的表面稳态，导致血管内皮细胞功能紊乱，导致DR的发生发展，其中促黑素细胞刺激素(α-MSH)和色素上皮衍生因子(PEDF)水平的降低，可导致抗炎症和细胞保护作用减弱，促使DR发生。

2.1α-MSH在视网膜组织中，存在一种内源性肽类激素，即 α-MSH，对DR的发生起关键作用。α-MSH是前阿片促皮质激素原的一种衍生肽，在下丘脑垂体和多种外周组织细胞产生，是促黑皮质素原在前体激素转换酶作用下释放出的13个氨基酸残基，经末端化学修饰后才具有生物学活性， α-MSH在眼部天然存在，有抗炎症和细胞保护作用，对眼内生理状态正常维持具有重要作用。黑素皮质素受体为G蛋白偶联受体，共有5型，其中MC3R、MC4R和MC5R在视网膜组织均有表达， α-MSH通过位于免疫细胞表面的MC5R，抑制Ⅰ型辅助性T细胞释放干扰素，维持眼部免疫豁免状态[12]。α-MSH对视网膜的保护作用是通过抑制转录因子FOXO4而实现的，FOXO4是一种转录因子，在氧化应激和细胞凋亡中具有重要作用，Tsuchiya等[13]发现，敲除小鼠的低密度脂蛋白受体基因，FOXO1、FOXO3、FOXO4基因的降低可以保护内皮细胞，由此可见FOXO4是引起内皮功能障碍和组织损伤的一个因素。

2.2PEDFPEDF属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超家族成员，由于缺少丝氨酸反应环，故无PEDF蛋白水解酶的活性。PEDF可产生于眼内多个部位，有特有的生物学功能，是DR中的一种保护性因子，HUA可导致微血管病变及小动脉玻璃样变，如PEDF的保护作用减弱，会导致视网膜病变的发生。PEDF对视网膜的保护作用可能通过抗新生血管作用和抗氧化应激途径实现。

2.2.1抗新生血管作用PEDF具有抗新生血管作用，可能与其抵抗血管内皮细胞生长因子(VEGF)有关。VEGF作为促血管生成因子，可通过促进血管内皮细胞的增殖、迁移以及增加血管内皮细胞通透性而致病，而PEDF可使VEGF表达下调。VEGF作为血管生成的关键调节因子，与DR发病机制有关[14]。有动物实验显示，高血糖可导致视网膜内VEGF表达升高，而注射VEGF抑制剂后，能显著降低神经节细胞的凋亡。Haurigot等[15]发现，VEGF可明显上调结缔组织生长因子(CTGF)的表达，而CTGF可促使新生血管的形成，并参与糖尿病增殖性视网膜病变的发生发展。而PEDF具有神经保护和抗血管生成的作用，能抵抗氧化应激和谷氨酸神经毒性损伤。

2.2.2抗氧化应激PEDF可对抗氧化应激，机体抗氧化能力增强，可抑制ROS产生，保护视网膜毛细血管周细胞免受损伤。Yoshida等[16]对链脲霉素诱导的T1DM大鼠进行研究，发现给予DR大鼠应用PEDF干预4周后，NOX及其膜亚基表达活性下调，NOX诱发的氧化应激反应受到抑制，ROS生成减少，致机体免受损伤。

3HUA在糖尿病心肌病发病中的作用机制

高尿酸在糖尿病心肌病的发生发展中发挥重要作用，HUA通过各种途径调控转化生长因子β1(TGF-β1)水平，从而抑制内皮细胞迁移，内皮细胞迁移在损伤修复和血管新生中发挥重要作用。HUA导致氧自由基生成增加，还可以通过PDGF、MCP-1、COX-2诱导管血管壁的炎症反应，导致机体产生氧化应激反应，而核因子2相关因子2(Nrf2)是调节细胞抗氧化应激的重要转录因子，当其减弱或激活发生障碍时，Nrf2-ARE信号通路呈现失活状态，加重氧化应激源的细胞毒性，使内皮细胞功能障碍，加速糖尿病微血管病变的发生发展。HUA通过TGF-β1/Smads和Nrf2-ARE信号通路影响糖尿病心肌病变的发生发展。

3.1TGF-β1/Smads信号通路TGF-β1是器官和血管内皮纤维化的重要因子，在高血糖、炎症刺激、器官慢性损伤、心肌重构等情况下表达增加，引起纤维母细胞迁移，促使纤维蛋白原分泌增加，促进基质沉积，使组织纤维化。心肌组织纤维化可致TGF-β1及其下游的Smad2、Smad3蛋白表达上调。血管的平滑肌细胞TGF-β1促进了Smad2和Smad3的磷酸化，进而形成Smad4三聚体，此三聚体可转移到细胞内，结合Smad相关DNA序列，最终导致纤维性连接蛋白、Ⅰ型胶原、CTGF等促纤维化生成因子，并促进这些因子基因的转录。动物实验[17]发现，在Smad3基因缺陷小鼠中，其心肌纤维化程度较非Smad3基因缺陷小鼠减轻，由此可见糖尿病状态下心脏TGF-β1/Smads通路激活与心肌纤维化发生、发展密切相关。

3.2Nrf2-ARE信号通路HUA导致氧自由基生成增加，而Nrf2是调节细胞抗氧化应激的重要转录因子，当其减弱或激活发生障碍时，Nrf2-ARE信号通路呈失活状态，加重氧化应激源的细胞毒性，使内皮细胞功能障碍，加速糖尿病微血管病变发生发展。抗氧化反应元件(ARE)是一组特异DNA-启动子的结合序列，位于谷胱甘肽S-转移酶、超氧化物岐化酶等保护基因5′端的启动序列元件，能被多种具有亲电性和氧化性的化合物激活，进而激活Ⅱ相解毒酶以及抗氧化酶的基因表达，从而保护细胞的正常功能。Stewart等发现，Nrf2-ARE信号通路被激活后，可抑制Nrf2蛋白降解，稳定其在细胞质中的水平，增强其转录活性。另外研究发现，糖尿病时，血糖升高可通过ROS系统引起心肌细胞损害，导致糖尿病心肌病发生，甚至血糖轻度升高，也可导致Nrf2基因敲除大鼠短时间内出现糖尿病心肌病，由此得出结论，Nrf2通过ARE抗氧化应激阻止糖尿病心肌病进程。由此提示，激活Nrf2-ARE信号通路，阻断线粒体电子传递产生的过量过氧化物，抵御糖尿病患者血糖升高引起的氧化应激，可阻断糖尿病微血管病变的发生发展。

综上所述，HUA通过多种机制参与糖尿病微血管病变的发病。临床上应重视糖尿病微血管病变时血尿酸水平的常规监测，起到早期预防、早期干预，以防止病变的恶性发展。

参考文献：

[1] Esparza Martin N, Garcia Nieto V. Hypouricemia and tubular transport of uric acid[J]. Nefrologia, 2011,31(1):44-50.

[2] Arora MK, Singh UK. Molecular mechanisms in the pathogenesis of diabetic nephropathy: an update[J]. Vascular Pharmacology, 2013,58(4):259-271.

[3] Kohagura K, Kochi M, Miyagi T, et al. An association between uric acid levels and renal arteriolopathy in chronic kidney disease: a biopsy-based study[J]. Hypertens Res, 2013,36(1):43-49.

[4] Niewczas MA, Gohda T, Skupien J, et al. Circulating TNF receptors 1 and 2 predict ESRD in type 2 diabetes[J]. J Am Soc Nephrol, 2012,23(3):507-515.

[5] Bolignano D. TNF-alpha receptors(TNFRS): the biomarkers of progressive diabetic nephropathy we were waiting for[J]. G Ital Nefrol, 2012,29(3):262.

[6] Matsubara T, Mita A, Minami K, et al. PGRN is a key adipokine mediating high fat diet-induced insulin resistance and obesity through IL-6 in adipose tissue[J]. Cell Metab, 2012,15(1):38-50.

[7] Kleniewska P, Piechota A, Skibska B, et al. The NADPH oxidase family and its inhibitors[J]. Arch Immunol Ther Exp(Warsz), 2012,60(4):277-294.

[8] Geiszt M, Kopp JB, Varnai P, et al. Identification of renox, an NAD(P)H oxidase in kidney[J]. Pro Nati Acad Sci USA, 2000,97(14):8010-8014.

[9] Tojo A, Asaba K, Onozato ML. Suppressing renal NADPH oxidase to treat diabetic nephropathy [J]. Expert Opin Ther Targets, 2007,11(8):1011-1018.

[10] Liu Y, Lei S, Gao X, et al. PKC beta inhibition with ruboxistaurin reduces oxidative stress and attenuates left ventricular hypertrophy and dysfunction in rats with streptozotocin-induced diabetes[J]. Clin Sci(Lond), 2012,122(4):161-173.

[11] Khosla UM, Zharikov S, Finch JL, et al. Hyperuricemia induce endothelial dysfunction[J]. Kidney Int, 2005,67(5):1739-1742.

[12] Taylor AW, Lee D. Applications of the role of alpha-msh in ocular immune privilege[J]. Adv Exp Med Biol, 2010,(681):143-149.

[13] Tsuchiya K, Tanaka J, Shuiqing Y, et al. Foxos integrate pleiotropic actions of insulin in vascular endothelium to protect mice from atherosclerosis[J]. Cell Metab, 2012,15(3):372-381.

[14] Gong CY, Yu ZY, Lu B. Ethanol extract of dendrobium chrysotoxum lindl ameliorates diabetic retinopathy and its mechanism[J]. Vascular Pharmacology, 2014,62(3):134-142.

[15] Haurigot V, Villacampa P, Ribera A, et al. Long-term retinal pedf overexpression prevents neovascularization in a murine adult model of retinopathy[J]. PLoS One, 2012,7(7):e4151.

[16] Yoshida Y, Yamagishi S, Matsui T, et al. Protective role of pigment epithelium-derived factor(PEDF)in early phase of experimental diabetic retinopathy[J]. Diabetes Metab Res Rev, 2009,25(7):678-686.

[17] Divakaran V, Adrogue J, Ishiyama M, et al. Adaptive and maladptive effects of smad 3 signaling in the adult heart after hemodynamic pressure overloading[J]. Circ Heart Fail, 2009,2(6):633-642.

(收稿日期:2015-09-14)

中图分类号：R587.1

文献标志码：A

文章编号：1002-266X(2016)03-0095-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2016.03.040

通信作者：宋光耀(E-mail: sguangyao2@163.com)