细胞焦亡在糖尿病肾病中的作用机制研究

毛正奇 黄国东

(1 广西中医药大学瑞康临床医学院，南宁市 530200，电子邮箱：maozhengqi2017@163.com；2 广西国际壮医医院，南宁市 530000)

【提要】 糖尿病肾病是免疫炎性疾病，其发病机制包括炎性损伤、糖脂代谢紊乱以及遗传信息等。细胞焦亡是新型的细胞程序性死亡，其经典通路核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1、白细胞介素-1β的激活可影响糖尿病肾病的发生与发展。探讨细胞焦亡在糖尿病肾病的作用机制可能是治疗该疾病的新方法。本文就细胞焦亡与糖尿病肾病的关系及中西医结合治疗细胞焦亡等方面的研究进展进行综述。

糖尿病肾病是糖尿病患者常见的微小血管并发症之一，目前已成为慢性肾衰竭的主要原因[1]。糖尿病肾病的生理病理机制十分复杂，涉及炎症因子、糖脂代谢紊乱以及遗传信息等多个方面。现代医学研究认为，除胰岛素抵抗外，炎症因子在糖尿病肾病的疾病进程及对肾足细胞存活可能存在关键作用[2]。细胞焦亡作为程序性死亡的一种新型方式，是近年来生命科学研究的热点,其具有天然免疫炎症的特殊性，主要由核苷酸结合寡聚化结构域样受体蛋白3(nucleotide-binding and oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3，NLRP3)、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1(cysteinyl aspartate specific protease 1，Caspase-1)及白细胞介素(interleukin，IL)-1β三种重要炎性分子介导。国外学者证实胆固醇结晶可以通过干预NLRP3的表达激活Caspase-1的成熟分化，从而导致IL-1家族细胞因子的活化和成熟[3]。所以，抑制炎性因子表达和调控细胞焦亡通路可能成为防治糖尿病肾病的新策略，也是当前研究和开发防治糖尿病肾病药物的热点之一。本文就细胞焦亡与糖尿病肾病的关系及中西医结合治疗细胞焦亡等方面的研究进展进行综述。

1 细胞焦亡的作用机制

Lamkanfi等[4]研究表明，当机体受到病毒或微生物感染时会引起程序性细胞死亡，主要包括细胞凋亡、坏死和焦亡3种细胞死亡模式。细胞焦亡系统具备免疫活性物质、存在细胞“自杀”的现象，主要通过Caspase-1依赖性介导完成激活[5]，这类新型程序性死亡方式不等同于细胞凋亡，是宿主细胞对抗致病菌入侵的一种防御机制。细胞焦亡主要表现为胞膜完整性受损所致的细胞破裂，通过流式细胞技术和荧光素标记可检测DNA片段损伤,光镜下可见细胞核外气泡样环状囊泡的异常形态学表现[6-7]。细胞焦亡的激活有经典与非经典两种通路，目前以NLRP3-Caspase-1-IL-1β为经典信号通路的研究较多[8-9]。当感染信号刺激NLRP3炎症小体产生时[10]，其作为上游因子可选择性介导Caspase-1高分子复合物的成熟和释放,而IL-1β及IL-18等相关前体蛋白的活化成熟则依赖于Caspase-1。经典通路细胞焦亡反应可引起染色体DNA裂解，细胞核溶解致细胞破裂，是机体天然性免疫防御反应的组成部分[11]。2型糖尿病、糖尿病肾病、心肌炎、内毒素性休克、缺血性脑病等多种疾病[12-13]均存在细胞焦亡和炎症反应的病理特性。上述疾病的在发生发展过程中，机体受到各种病原体、病毒、微生物等感染从而诱导多种炎症关联因子活化。近期研究证实在NLRP3诱导下，炎症因子IL-1β大量成熟、释放，导致炎症联级效应，最终形成全身剧烈炎症反应[14-15]。因此，敲除Caspase-1基因或用靶向治疗抑制其活性，可能使这些疾病的细胞焦亡状态得到抑制[16]。

2 细胞焦亡与糖尿病肾病相关性

Fernández-Real等[17]指出先天性免疫与炎性细胞产生、肥胖、胰岛素抵抗等糖尿病并发症相关。微炎症和细胞外基质扩增是糖尿病肾病进展的常见途径，与糖尿病肾病中炎症途径相关的各种分子包括转录因子、促炎细胞因子、趋化因子、黏附分子、Toll样受体、脂肪因子和核受体。而细胞焦亡作为机体中重要的天然免疫反应，其激活通路内的各种促炎因子与糖尿病肾病进展紧密。国外学者在肥胖糖尿病大鼠模型中发现NLRP3炎症小体与肥胖诱导的胰岛素抵抗和β细胞衰竭有关[18-19]。在2型糖尿病慢性炎症进展中，炎性因子IL-1β可以介导胰岛β细胞焦亡发生，在免疫性疾病及相关系统的炎症中起着主要作用[20]。邵峰等[21]研究证实细胞焦亡的效应蛋白Gasdermin-D具有膜打孔和诱导焦亡的特性，可破坏细胞结构完整性，介导程序性细胞坏死，表明Gasdermin-D作为底物被Caspase炎症因子切割从而释放其物质活性执行细胞焦亡。而国内外研究进一步证实Gasdermin-D与NLRP3炎症因子的相关性，间接证实了Gasdermin-D作为共通蛋白与Caspase-1、NLRP3、IL-1β3种炎性分子的关联[22-23]。Chuang等[24]指出尿酸和脂质是NLRP3炎性体激活的危险信号，通过检测链脲佐菌素诱导的糖尿病肾病大鼠模型NLRP3、Caspase-1、IL-1β蛋白的表达，发现3者均呈现高水平表达，由此揭示了NLRP3炎性分子介导的炎症损伤在糖尿病肾病的中的作用。Fu等[25]通过观察高糖条件下人肾小球系膜细胞和不同年龄糖尿病肾病大鼠中NLRP3相关蛋白的表达，得出NLRP3和高糖激活可能通过介导炎症反应参与糖尿病肾病的发生、发展的结论。李嵘等[26]用miR-497干预高糖损伤下的肾小球系膜细胞，检测到细胞焦亡通路关键基因IL-1β、Caspase-1表达水平下降。结合上述文献，笔者推测调节NLRP3-Caspase-1-IL-1β信号传导通路及其对应蛋白可能为治疗糖尿病肾病的新手段。

3 中医在糖尿病肾病中的应用

中医经典古籍中多以关格、消渴、尿浊、水肿、肾消等分述记载糖尿病肾病。随着时代发展，国内学者对糖尿病肾病的辨证论治已有共通的认识，认为该病虚实夹杂，究其源头为标实本虚，标实以热毒、湿浊、瘀血为主，本虚以气阴两虚为主，病程缠绵损及阳气，而致阴阳两虚[27]。糖尿病肾病的中医辨证分型可分为脾肾气虚型、肺肾阴虚型、肝肾阴虚型、阴阳气虚型等。临床上以脾肾气虚型多见，因此健脾益肾、清热活血、利湿解毒是早期糖尿病肾病的主要治疗原则之一。而从中医宏观角度论述细胞焦亡当属“血瘀、湿浊、热毒”之范畴，目前以中药方剂干预细胞焦亡NLRP3-Caspase-1-IL-1β通路治疗糖尿病肾病的研究仍较少。Wang等[28]运用红景天苷干预高糖诱导的糖尿病肾病大鼠肾小球系膜细胞，发现NLRP3、Caspase-1表达水平降低，推测红景天苷通过调节NLRP3炎性小体途径减轻大鼠肾小球系膜细胞的氧化应激。黄国东等[29]运用复方八仙草汤治疗早期糖尿病肾病脾肾两虚证患者取得良好疗效，复方八仙草汤以广西特色中草药八仙草为君药,主要成分东叶草苷带有控制血糖作用，配以黄芪、山七、制大黄、薏苡仁等，共奏健脾益肾、祛湿活血化瘀解毒之功，祛邪而不伤正。同时临床研究表明，对于早期糖尿病肾病患者，复方八仙草汤具有减少尿蛋白、减缓炎症反应、调节免疫功能、改善脂质代谢紊乱等作用[30]，但是其作用机制尚不明确，有待进一步深入研究。因此，未来可以NLRP3-Caspase-1-IL-1β细胞焦亡通路为切入点，运用中医药干预治疗糖尿病肾病模型，以进一步探讨细胞焦亡通路对糖尿病肾病的作用机制。

4 小 结

糖尿病肾病是免疫炎性疾病，严重损伤肾功能，而Caspase-1、NLRP3、IL-1β3种因子介导的细胞焦亡是机体先天性免疫反应，因此细胞焦亡及炎症因子在糖尿病肾病发生发展过程中起着至关重要的作用，通过抑制炎症因子活化、阻断细胞焦亡通路对于防治糖尿病肾病是十分关键的。健脾益肾、清热活血、利湿解毒是治疗早期糖尿病肾病的关键，复方八仙草汤对初期糖尿病肾病患者具有可靠疗效。以糖尿病肾病动物模型为载体，探讨细胞焦亡炎症因子活化程度及各种药物对糖尿病肾病细胞焦亡炎症因子作用靶点的影响，阐明其中的作用与机制，将会为中西医结合防治糖尿病肾病提供新策略。