法尼酯X受体：糖尿病肾病防治新靶标

张礼君 综述 易 斌 审校

国际糖尿病联盟(IDF)的最新数据显示，全球约有4.25亿成年人患有糖尿病，我国糖尿病(20～79岁)患者人数高达1.144亿，位居全球首位[1]。在许多国家及地区，包括欧洲、日本和美国，糖尿病肾病(DN)已成为终末期肾病(ESRD)最常见的原因。我国约有21.3%的糖尿病患者合并有慢性肾脏病[2]，DN已成为危害我国居民健康的重要公共卫生问题。近年来，随着对法尼酯X受体(farnesoid X receptor，FXR)研究的逐渐深入，发现FXR具有降低血糖、调节血脂，抑制炎症、抗氧化及肾纤维化等效应，可能在调控DN发生发展中起重要作用，本文拟就这一领域的进展作一综述。

FXR是配体激活的转录因子，因其转录活性可被超生理浓度的法尼醇增强而得名。FXR属于核受体超家族，在肝脏、胆囊、肾脏、心脏、肠道、动脉粥样硬化斑块及胰岛细胞，均有FXR高表达[4]。FXR包括DNA结合和配体结合两个功能结构域,配体与FXR结合后，FXR被激活并与类视黄醇X受体形成异二聚体，然后与FXR靶基因启动子区域的FXR反应元件结合，调控基因转录。FXR基因可产生两种异构体，包括FXRα(α1、α2、α3、α4)和FXRβ(β1、β2)两种亚型。由于在人类和灵长类动物中，FXRβ为假基因，所以研究主要集中于FXRα[5]。胆汁酸是FXR天然配体，FXR被胆汁酸激活后能调节糖、脂代谢中多种基因的表达，有利于糖脂代谢稳态的维持。因此，FXR作为一个新的靶点已应用于糖、脂相关疾病的治疗。

血糖调节

研究表明小鼠肝脏、胰腺等组织均有FXR表达，FXR可通过抑制肝糖原异生、增加肝糖原储存、影响胰岛素信号、促进胰岛素分泌及敏感性等机制发挥降糖作用[3-4]。1型和2型糖尿病大鼠的肝脏FXR表达均降低,使用胰岛素控制血糖后可使FXR mRNA恢复至正常水平[5]。而FXR缺陷可导致小鼠外周胰岛素抵抗,糖酵解能力降低,脂肪组织和骨骼肌胰岛素信号减弱，使得餐后血糖升高[6]。ob/ob糖尿病小鼠具有胰岛素抵抗、高胰岛素、高血糖等特点，给予FXR激动剂GW4064治疗能改善小鼠的高胰岛素血症及糖耐量异常[6]，其机制与增加胰岛素敏感度、抑制糖异生基因、增加肝糖原合成有关[7]。这些效应都是由FXR调控其靶基因实现的，例如FXR可调控固醇反应元件结合蛋白(SREBPs)，以维持碳水化合物代谢平衡[8]。葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是主要的胰岛素应答转运蛋白，在维持全身葡萄糖稳态中发挥关键作用。FXR可与GLUT4启动子结合并诱导其表达，使肌细胞和脂肪细胞对葡萄糖的转运及摄取增加，改善胰岛素抵抗[9]。此外，糖原合成和糖异生相关的许多基因也受FXR调控，如磷酸烯醇式丙酮酸羧激酶(PEPCK)[10]，果糖-1,6-二磷酸酶1(FBP1)和葡萄糖-6-磷酸酶(G6Pase)等[11-12]。FXR激活可下调G6Pase、PEPCK及FBP1的表达，降低血浆葡萄糖、提高胰岛素敏感度，延缓糖尿病进展。Mudaliar等[13]进行了一项随机双盲安慰剂对照临床研究，给予2型糖尿病合并非酒精性脂肪肝患者FXR激动剂奥贝胆酸(OCA，INT-747)治疗6周，剂量为25 mg或50 mg，1次/d，结果显示治疗组患者耐受性良好，胰岛素敏感度均显著增加，患者体重及肝脏炎症和纤维化标志物水平降低。另一项日本研究纳入了16例2型糖尿病合并慢性肝病患者，分别给予900 mg熊去氧胆酸(UDCA)和50 mg西格列汀序贯治疗，发现UDCA不仅可减低患者体重和糖化血红蛋白水平，还可增加胰高血糖素样肽1(GLP-1)分泌，推测该作用与UDCA激活G蛋白耦联受体TGR5和FXR/FGF19途径增强胆汁酸释放有关[14]。

血脂调节

脂质代谢异常在肥胖或糖尿病相关肾损害的病理过程中发挥重要作用，过量的游离脂肪酸在肾脏积聚引起肾脏脂毒性。FXR缺陷导致小鼠调节脂肪生成的基因(如脂肪酸合酶、乙酰辅酶A羧化酶)表达增加[15]，引起三酰甘油积聚及胆固醇含量显著增加。标准饮食时，FXR敲除小鼠并无典型肾病表现，但给予高脂饮食[16]或者诱导糖尿病后，小鼠则呈现明显的肝脂肪变性和肾脂肪聚集。特异性FXR激动剂，如INT-747、胆酸、GW4064均能减轻高脂饮食诱发的肥胖相关性肾病[17-18]。同样，INT-747激活FXR后也能抑制糖尿病诱导的肾脏脂质代谢紊乱及纤维化，从而预防1型糖尿病的肾损害[3]。脂质在肾脏异常沉积的机制与在肝脏类似[19]，一方面是增加SREBPs和碳水化合物反应元件结合蛋白(carbohydrate regulatory element binding protein，ChREBP)的表达及活性，另一方面是降低过氧化物酶体增殖物激活受体α(PPARα)的活性[17,20]。FXR则能负性调节下游靶基因SREBP-1和CHREBP，并且正性调节靶基因PPARα的活性，从而促进脂肪酸β氧化，减少脂肪酸合成，减少三酰甘油在肾脏的积聚。孤儿核受体小异源二聚体伴侣(Orphan Nuclear Receptor Small Heterodimer Partner，SHP)是众所周知的FXR下游靶基因和代谢调节剂[17,20]，FXR对SREBP-1c表达的抑制效应由SHP信号级联系统所介导[3]。Watanabe等[10]证实在高三酰甘油血症的小鼠模型中，胆汁酸可通过FXR-SHP-SREBP-1C通路降低三酰甘油水平。同样GW4064治疗db/db小鼠1周，即能降低血浆总胆固醇水平，胆汁酸治疗12周则能显著降低肾脏三酰甘油和胆固醇含量，该作用也与FXR-SHP-SREBP-1C途径相关[18]。此外，FXR激活还能抑制微粒体三酰甘油转运蛋白和载脂蛋白B的表达，从而促进低密度脂蛋白和乳糜微粒的清除，发挥降脂作用[21]。Mudaliar等[13]研究结果显示，口服两种剂量的奥贝胆酸6周(25 mg或50 mg，1次/d)均降低2型糖尿病合并非酒精性脂肪肝患者的三酰甘油水平，但仅高剂量组具有统计学意义。此外，奥贝胆酸对患者总胆固醇无影响，并升高了低密度脂蛋白水平。因此，有必要进行更长时间和更大样本量的临床研究以观察FXR激动剂对糖尿病患者血脂的影响。

抑制炎症反应

研究表明在非酒精性脂肪肝、肺纤维化、动脉粥样硬化、炎症性肠病、慢性胰腺炎等疾病[22-24]，也包括DN[17,20]，激活FXR能发挥抑制炎症的作用。Glastras等[25]在高脂饮食喂养妊娠及哺乳期大鼠建立了母体肥胖模型，发现后代断奶时存在明显的葡萄糖不耐受，并伴随肾脏FXR表达下调及单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)和转化生长因子β1(TGF-β1)表达上调。体外研究显示，暴露于高葡萄糖的人肾小管上皮细胞(HK2)FXR表达降低，MCP-1、TGF-β1表达增加，GW4064可逆转上述改变，而FXR沉默的HK2细胞在高葡萄糖条件下炎症标志物进一步增加。体内研究也证实腹腔注射GW4064或饮食中加入胆酸干预db/db糖尿病小鼠后，肾脏中多种促炎症因子如TNF-α，IL-6和MCP-1的表达均下调[18]，提示FXR活化可显著改善DN早期炎性标志物。已证明脂肪细胞因子内脂素(visfatin)与DN发病密切相关。Zhou等[26]发现GW4064降低炎症因子表达与FXR直接结合visfatin启动子调控其转录有关，表明FXR通过下调visfatin表达发挥抗炎作用，延缓DN进展。此外，Kim等[27]还观察到外源性脂多糖(LPS)能降低C57BL/6小鼠肝脏和肾脏FXR mRNA水平，TNF-α和IL-1干预也能降低人肝癌Hep3B细胞FXR mRNA的水平，并且几乎完全阻断FXR应答元件的荧光素酶活性，提示LPS及促炎细胞因子TNF和IL-1可直接诱导FXR下调，进而加剧炎症损害。

拮抗氧化应激

氧化应激是指各种原因导致的体内活性氧产生过多及抗氧化能力减弱，在DN发病机制中占重要作用。用GW4064和胆甾酸处理原代培养的小鼠近端肾小管细胞后，谷胱甘肽代谢基因诱导增加，消除过量的活性氧，减少氧化应激，恢复线粒体和内质网功能，并阻止细胞凋亡，从而保护近端肾小管细胞[16]。Gai等[28]用INT-747干预缺血再灌注(I/R)诱导的急性肾损伤小鼠，发现激活FXR可通过减少炎性因子、减轻细胞凋亡,下调小鼠活性氧水平，并且通过上调抗氧化分子和控制谷胱甘肽代谢防止氧化应激诱导的线粒体损伤，发挥肾脏保护作用。NADPH氧化酶(Nox2)是体内活性氧的主要来源之一，Hu等[29]发现鹅去氧胆酸(CDCA)能活化FXR,下调Nox2的表达，减轻高果糖喂养大鼠的氧化应激。内质网调节蛋白质折叠途径的改变也会引起活性氧失衡，并增加活性氧化物的产生[30]，推测内质网可能通过介导氧化应激导致肾损伤。Marquardt等[31]发现FXR激动剂牛磺熊去氧胆酸(TUDCA)不仅能保护肾小管上皮细胞免受高血糖损害，还能协同依那普利减少db/db小鼠尿白蛋白，其作用与特异性地改善肾小管细胞内质网应激信号传导有关。

降低尿蛋白

蛋白尿(包括白蛋白尿)是DN重要的临床特征，与疾病进展和预后密切相关，是血流动力学异常、足细胞功能障碍、滤过屏障受损和肾小管重吸收异常等多因素作用的结果。Wang等[32]用INT-747每日灌胃治疗西方饮食喂养的DBA/2J小鼠，能显著降低尿蛋白，改善足细胞丢失及系膜扩张，考虑激活FXR可调节脂肪酸合成和氧化，改善三酰甘油积聚及肾脏结构。Hu等[29]发现CDCA灌胃也能减轻果糖喂养诱导的Wistar大鼠系膜扩张、基膜增厚和足突消失等肾脏损伤，尿蛋白显著降低至基本正常。FXR KO糖尿病小鼠呈现更为典型的DN病理改变，包括足细胞丢失、肾小球分叶、系膜基质扩张、肾小管损伤和蛋白质管型[17]；用胆酸治疗db/db糖尿病小鼠12周则能显著改善蛋白尿、肾小球硬化和肾小管间质纤维化[18]，这进一步证实了FXR减少DN尿蛋白的作用。尿微量白蛋白是目前临床公认的DN早期生物标志物，研究显示口服依那普利和腹腔注射TUDCA联合治疗能更有效地减少16周龄db/db小鼠的尿白蛋白，且只有TUDCA可改善肾小管损伤，作者推测TUDCA能特异性地保护肾小管，发挥除血管紧张素转换酶抑制剂以外的肾脏保护作用[31]。因此，FXR活化可通过保护足细胞、小管细胞及系膜细胞等多种途径发挥降低DN尿蛋白的作用。

抗纤维化

肾纤维化是所有肾脏疾病进展至ESRD的共同通路，小管间质纤维化程度与肾功能损害呈正相关，其主要特征是细胞外基质(ECM)的聚积，而TGF-β信号在该过程中起中心作用。在高脂饮食诱导的肥胖与胰岛素抵抗动物模型[32]、1型[33]或2型糖尿病及衰老模型[20]中，FXR及其靶基因在肾脏的表达下调与肾纤维化及肾功能不全程度密切相关[25,31],FXR激动剂则可通过TGF-β-Smad通路、FXR-SHP途径调节ECM生成，改善肝脏、心肌及肾脏纤维化。Zhao等[34]发现FXR可能是Smad3表达的重要负调控因子，激活FXR可下调Smad3抑制TGFβ1诱导的肾纤维化。单侧输尿管梗阻(UUO)小鼠肾脏中纤溶酶原激活物抑制剂1(PAI-1)、I型胶原(Col I)和纤维连接蛋白(FN)的表达均显著增加，而FXR下游靶基因SHP表达降低，SHP敲除的UUO小鼠ECM沉积更多，肾纤维化更严重。过表达SHP不仅能抑制TGF-β诱导的系膜细胞和肾小管上皮细胞PAI-1、Col I和FN表达，还能抑制Smad3与PAI-1启动子的结合。同样，腺病毒介导的SHP在肾脏过度表达也能下调UUO小鼠PAI-1和ECM蛋白的表达[35]。值得注意的是，炎性介质通过促进炎症反应也能诱导器官纤维化发生，而FXR作为抗炎核受体，也可通过抑制炎症延缓肾纤维化进展。

小结：FXR与DN的发生发展密切相关，可通过调节糖脂代谢、抑制炎症反应、降低尿蛋白、拮抗氧化应激及肾纤维化等机制，减轻DN的病变，提示FXR有可能作为DN的有效治疗靶点。但目前研究多集中于细胞及动物实验，并未在FXR活化与DN防治之间建立明确的因果关系。因此，未来需要更多设计合理的临床观察和随机对照研究，通过对DN患者尿蛋白及肾脏临床终点事件的评估，明确FXR相关治疗的有效性及安全性。