TGF-β/Smad、p38MAPK及JNK/SAPK信号通路在糖尿病肾病发生发展中作用机制的研究进展

陈方旭，米焱，王彩丽

(1内蒙古科技大学包头医学院，内蒙古包头 014010；2内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院)

糖尿病肾病(DKD)是糖尿病最常见并发症，同时也是导致终末期肾功能衰竭的重要原因。据流行病学调查显示，1型糖尿病患者中约有30%出现DKD，2型糖尿病患者有30%～40%最终发展为肾功能衰竭[1]。DKD占我国透析患者原发病的第2位，且有逐年上升趋势。DKD早期即可出现微量白蛋白尿，随着病情进展逐渐出现肾小球滤过率下降和肾小球硬化，最终进展为终末期肾脏病。DKD的发病机制十分复杂，至今仍尚未完全阐明。目前认为，DKD的发生可能与高血糖引起的代谢紊乱、肾脏血流动力学障碍、多种细胞因子的参与、氧化应激等多个因素作用有关。转化生长因子-β(TGF-β)是调控肾组织细胞外基质蛋白合成，导致肾小管间质纤维化及肾小球硬化的关键因子。Lee等[2]研究证实，肾脏足细胞中TGF-β过度表达可能引起肾小球基底膜增厚和系膜基质增多而促进肾脏疾病的发展。Loeffler等[3]研究发现，TGF-β可激活细胞外信号调节蛋白激酶(ERK)、p38和丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)，活化的p38和MAPK可诱导肾脏足细胞凋亡,从而加快DKD进展。大量研究表明，TGF-β在DKD发展中发挥显著作用，其可通过Smads和MAPKs信号传导通路参与DKD的进展。现对TGF-β/Smad、p38MAPK、c-Jun氨基末端激酶(JNK)/SAPK信号通路在DKD发生发展中的作用机制研究进展进行综述。

1 TGF-β/Smad信号通路的生理病理作用及其在DKD发生发展中的作用机制

1.1 TGF-β/Smad信号通路的组成及生理作用 TGF-β有参与调控组织细胞生长、分化的作用，广泛存在于体内，特别是骨、肺和肾[4]。TGF-β存在5种同分异构体，在哺乳动物中有3个亚型，为TGF-β1～3[5]，其中以TGF-β1最常见。机体许多组织细胞均可分泌非活性的TGF-β1，其合成后与潜在相关肽(LAP)共同释放出来，并以非活性状态与TGF-β1结合蛋白(LTBP)相结合。当受到高温、pH变化、氧化应激和纤溶蛋白酶等刺激时，经蛋白酶切去N-末端相关肽，从LAP和LTBP中释放出来，成为有活性的TGF-β1。目前已明确TGF-β1的受体有Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ型，活化的TGF-β1与Ⅱ受体型(TβR-Ⅱ)相结合，后被TβR-Ⅰ识别组成TβRⅡ-TGF-β-Tβ-RⅠ三聚体复合物，启动细胞内信号转导通路发挥生物学作用[6]。Ⅲ型受体本身不参与信号传导，作为一种辅助受体，间接调节TGF-β1与受体结合的过程。

Smads蛋白家族是TGF-β1信号通路下游的主要信号转导蛋白和调节分子。迄今发现共有8种，根据结构功能分为3类，第1类为受体调节型的Smad (R-smad)，包括Smad1、Smad2、Smad3、Smad5、Smad8，第2类为共同介质型的Smad (Co-smad) 即Smad4，其中Smad2、Smad3可被TGF-β1激活，然后与Smad4结合转位进入细胞核内发挥生物学作用。第3类为抑制型Smad (I-smad)有Smad6、Smad7，它们在TGF-β1信号传导过程中发挥负性调节作用，通过与TβR-I竞争性结合，使Smad2、Smad3的磷酸化被抑制，而对其活性进行负反馈调节[7]。

1.2 TGF-β/Smad信号通路在DKD发生发展中的作用机制 TGF-β1是介导DKD发生的关键因子，高糖可诱导肾脏TGF-β1表达[8]，并激活TGF-β1/Smad信号通路。很多实验[9]证实，在DKD患者和动物模型肾脏中TGF-β1，TGF-β1mRNA，Smad2、3、4、7表达增加。Smad2、Smad3作为重要的调控因子在肾脏纤维化中起关键作用。最新研究[10]发现，致肾脏纤维化的是Smad3，Smad2起保护作用，其作用机理有待进一步研究。在敲除Smad3的STZ诱导的糖尿病小鼠模型中发现，小鼠肾脏的纤维化被抑制，使用Smad3抑制剂治疗后肾脏纤维化明显改善[11]，说明Smad3与肾脏的损伤有直接关系；同时TGF-β1可使p53表达上调，其可以使Smad3的抑制因子miR-346表达降低，使TGF-β1/Smad3表达升高，进一步加快了肾间质纤维化[12]。Smad7在DKD的发展中起保护作用，其表达的上调可以抑制肾间质纤维化及肾小管上皮细胞转分化[13,14]，且可减轻肾组织炎症。在STZ诱导的糖尿病大鼠中敲除Smad7基因，会增加大鼠肾脏组织的纤维化[15]。有研究[16]发现，敲除Smad7基因后，依赖转录核因子-κB(NF-κB)炎症通路上调，促进肾脏的炎症反应。上述研究结果提示TGF-β1/Smad信号通路在DKD的进程中起重要作用。

2 p38MAPK信号通路的生理病理作用及其在DKD发生发展中的作用机制

2.1 p38MAPK信号通路的组成及生理作用 MAPK是一类广泛存在于哺乳动物体内且在接受受体传递信号后并将其带入细胞核内的丝氨酸—苏氨酸蛋白激酶，可以参与基因的表达调控和细胞的增殖、凋亡。MAPKs家族可以分为3条次级通路：p38、JNK和ERK。p38MAPK家族中包括6种亚型p38α1、p38α2、p38β1、p38β2、p38γ、p38δ。p38MAPK 6种亚型在体内广泛表达，但不同亚型表达于不同部位，p38MAPKα表达于绝大多数的细胞和组织中，p38MAPKβ在脑、胸腺、脾脏及心脏中表达较高，p38MAPKγ仅表达于骨骼肌，p38MAPKδ则在胰腺、肠、肾上腺、肾脏、心脏有较高表达水平。

MAPK的激活是通过一个接近激活位的“T环结构”(T-loop或Ioop-12 structure)表面上的三肽基“TXY”中邻近的酪氨酸和苏氨酸的磷酸化来完成。p38信号通路主要由MAPK激酶激酶(包括MEKK1、MEKK2、MEKK3、MEKK4、MLK2/3、DLK、ASK1、TP12和TaK1)、MAPK激酶(包括MKK3、MKK4、MKK6)及p38MAPK组成。在各种因素(如高血糖、氧化应激、炎性细胞因子等多种因子)诱导刺激下，激活最上游MAPKKK，然后磷酸化激活MAPKK，后者通过对T和Y的双位点磷酸化而使p38MAPK发生活化[17]。活化的p38MAPK可介导许多转录因子发生表达，使多种炎症介质及蛋白合成增加，还可以造成细胞骨架结构等发生过度变化。

2.2 p38MAPK信号通路在DKD发生发展中的作用机制 体内和体外研究均发现，TGF-β1可通过激活p38MAPK来介导肾脏足细胞的损伤，参与DKD的发生。Lakshmanan等[18]研究发现，在STZ诱导的糖尿病小鼠肾脏损伤模型中p38MAPK、ERK和JNK被活化，且表达均增加。在DKD中，TGF-β1通过TAK1-MKK6途径活化下游p38MAPK-NF-κB通路，使TNF-α、IL-1、IL-6、IL-8等炎性因子表达增多，同时这些炎性因子又可激发p38MAPK信号通路，形成恶性循环，引发肾脏炎症反应，促进DKD发展[19]。研究[20]发现，在雄性Sprague-Dawley大鼠腹腔内注射白蛋白，2 d后足细胞损伤，nephrin减少，足突消失，同时TGF-β1表达上调，p38MAPK磷酸化增强，因此认为，可能是TGF-β1/p38MAPK信号通路的激活导致了肾脏足细胞损伤。越来越多的研究[21]发现，TGF-β1和Caspase-3是氧化应激引起足细胞凋亡损伤的重要细胞因子，且氧化应激诱导激活的p38MAPK可以进一步活化细胞凋亡因子Caspase-3引起足细胞凋亡。Munkonda等[22]在1型和2型糖尿病动物模型以及1型糖尿病患者足细胞中发现，足细胞衍生的微粒(MP)也可通过p38MAPK促进近端小管纤维化，介导DKD的发展。

3 JNK/SAPK信号通路的生理病理作用及其在DKD发生发展中的作用机制

3.1 JNK/SAPK信号通路的组成及生理作用 JNK由于其可调控细胞内的应激反应，因此又名活化SAPK，是MAPKs家族重要成员。目前,在哺乳动物细胞中发现编码JNK的基因包括JNKl(SAPK-γ)、JNK2(SAPK-α)和JNK3(SAPK-β)，其中JNK1、JNK2在全身器官组织中广泛表达，而JNK3特异性地表达于心脏、睾丸和脑中。JNK主要位于细胞质中，且这3类基因在亚区8都含有一个特异的“Thr-Pro-Tyr (TPY)”模块结构，但是经过有选择的交互剪切可以产生约10种不同亚型的JNK，这种作用使JNK与底物对接点相互作用的能力发生改变，而影响底物的特异性[23]。由于3类基因的分布不同，执行的细胞功能也有差异[24]。

JNK通路能够被应激、炎性细胞因子等多种因素激活，被活化后可调节基因转录，参与炎症、细胞增殖、细胞分化、细胞周期阻滞、细胞凋亡等过程。同样是通过三级链式反应依次磷酸化并激活JNK。目前明确的JNK直接上游激酶MAPKKs包括MKK4和MKK7，且JNK的激活是通过MKK4和MKK7双磷酸化其Thr183和Tyr185位点来实现的，该反应在细胞核和胞质内进行。研究[25]发现，MKK7优先磷酸化Thr183位点，而MKK4优先磷酸化Tyr185位点。也有实验证实，MKK7可以特异性地激活JNK，而MKK4对JNK和p38MAPK都可以激活，JNK被激活后，从胞质中移位到细胞核，通过磷酸化激活多种核内转录因子，如Elk-1、c-Jun、c-fos、ATP-2、p53以及非转录因子，如Bcl-2超家族，促进相关靶基因的转录和新蛋白质的合成，从而发挥相应的生物学效应。

3.2 JNK/SAPK信号通路在DKD发生发展中的作用机制 由于DKD患者机体多存在氧化应激，且炎症因子增多，从而JNK信号通路被激活。JNK/SAPK是TGF-β1下游重要的信号通路，参与DKD的进展过程。信号通路多为双向，JNK是TGF-β1表达的重要上游调节剂，其可以促进特异性蛋白(SP-1)介导的TGF-β1表达，反之亦然[26]。在STZ诱导糖尿病大鼠中发现，糖尿病组大鼠肾脏非JNK、磷酸化JNK蛋白的表达及磷酸化JNK与非JNK比值均显著增加，足细胞裂孔隔膜Nephrin蛋白表达显著降低，表明糖尿病时机体内葡萄糖自氧化产生大量ROS，从而激活肾脏内JNK信号通路，引起足细胞损伤。Kim等[25]研究发现，糖尿病模型大鼠肾皮质氧化产物丙二醛含量逐渐增多，超氧化物歧化酶活力逐渐下降，肾皮质氧化水平明显升高，氧化应激激活JNK/SAPK信号通路，同时其下游Caspase-3蛋白被活化，进而诱导足细胞凋亡。Fukusumi等[27]研究发现，可以通过体外抗nephrin抗体处理足细胞，促进nephrin和肝配蛋白B1的磷酸化，进一步活化JNK通路、诱发足细胞损伤。还有研究[28,29]发现，在DKD小鼠中，跨膜蛋白16A可通过激活p38MAPK/JNK信号通路诱导足细胞凋亡而加重肾损伤。

综上所述，TGF-β/Smad、p38MAPK、JNK/SAPK信号通路共同参与了DKD的发生发展过程。因此通过对以上信号通路相关分子表达的干预可能为DKD的预防和治疗提供新思路。但是，TGF-β/Smad、p38MAPK、JNK/SAPK信号通路传递错综复杂，对于三条信号通路涉及的多种细胞因子、蛋白和受体等还有许多未明确之处，有待进一步探讨。