糖尿病肾病病理机制及治疗措施的研究进展

(中国药科大学基础医学与临床药学学院，江苏 南京 211198)

在全世界范围内，20%～40%的1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus，T1DM)或2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus，T2DM)患者会发展为糖尿病性肾脏疾病[1]。糖尿病会导致肾微血管系统的破坏，并在肾小球毛细血管和肾小管间质水平逐渐受到损害。糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)在肾小球上发生的标志性病理变化包括弥漫性肾小球系膜扩张和硬化、内皮糖萼的改变、肾小球基底膜(glomerular basement membrane、GBM)增厚、足细胞数量的减少以及足突的脱落[2]。与肾小球改变相比，糖尿病肾病进展与肾小管间质改变也存在很强的相关性[3]。临床研究表明持续性蛋白尿发作后，患者平均生存时间为5～7年。终末期肾脏病(end stage renal disease，ESRD)是66%患者的主要死亡原因[4]。因此研究糖尿病肾病的发病机制及相关治疗药物以降低糖尿病患者病死率是至关重要的。

1 糖尿病肾病的病理机制

糖尿病肾病的发生和发展可能是炎症、代谢和血流动力学之间的相互作用引起的，这些因素导致肾小球内压力升高和高血糖条件下引起的分子修饰[5]。然而，越来越多的证据表明，糖尿病肾病患者的肾脏损害程度不能完全由这些因素解释，其发病机制可能是多因素的。

1.1 分子机制

胰岛素分泌不足或胰岛素活性异常可导致肾损害。胰岛素不仅调节葡萄糖的代谢，而且可直接调节对胰岛素敏感并表达功能性胰岛素受体的足细胞和肾小管上皮细胞的生物学特性。胰岛素敏感性受损可能会导致肾细胞葡萄糖代谢改变，并导致异常的血管反应性、血管生成和纤维生成[6-7]。另外，胰岛素可以调节由足细胞的柔韧性和GBM通透性改变引起的蛋白尿和肾功能不全。

炎症被认为是参与糖尿病肾病发生的中心环节。在高血糖的环境下，可激活肾细胞内下游信号传导级联反应，从而导致多种炎症途径的激活，进而驱动肾小球膜肥大以及胶原蛋白IV和纤维粘连蛋白等的沉积[8]。这些信号通路的激活导致循环的炎症细胞浸润，从而放大并延续了肾脏的炎症过程。

氧化应激是糖尿病肾病的发病机制之一，也与炎症细胞募集相关，通过诱导炎性细胞因子的产生而导致炎症反应增加。体内低水平的活性氧(reactive oxygen species，ROS)可以维持缺氧诱导因子(hypoxia inducible factor，HIF)的稳定性。但是，大量的ROS不断刺激HIF，导致对缺氧的反应性变弱，进而导致肾小管间质的低氧损伤。当氧自由基的增加超过人体的抗氧化能力时，就会发生氧化应激。一方面，葡萄糖代谢紊乱可以刺激人体产生大量的ROS，导致肾小球血管通透性和血液动力学的改变。ROS可以直接或间接攻击肾脏的先天细胞并引起肾纤维化[9]。此外，ROS可以介导肾脏炎症的发生并加速糖尿病肾病的发展。另一方面，机体清除自由基的能力下降会导致肾细胞损害[10]。

肾细胞在高血糖条件下会产生各种生长因子，特别是转化生长因子β(transforming growth factor-β, TGF-β)、血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)和血小板衍生生长因子，这些因子会影响糖尿病肾病的进展。越来越多的证据表明，纤维化细胞因子TGF-β在糖尿病肾病的进展中起着重要作用。在糖尿病大鼠的肾小球中观察到了TGF-β表达的异常增加[11]。另外，在糖尿病肾病患者中也观察到了TGF-βmRNA水平的升高。持续的高血糖会激活TGF-β介导的下游信号通路，并间接上调葡萄糖转运蛋白1的表达，从而增加细胞内葡萄糖的浓度，并促进糖尿病肾脏的代谢异常[12]。

1.2 细胞机制

足细胞是一种高度终末分化细胞，在维持肾小球滤过膜方面具有重要作用[13]。在高血糖条件下，已知许多因素会导致足细胞损伤，例如晚期糖基化终末产物( advanced glycation end products，AGEs)、ROS升高和肾素-血管紧张素-醛固酮系统(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS)的激活[14]。足细胞损伤的病理特征主要表现为足细胞肥大、足细胞裂膜中关键蛋白的异常表达、足突的脱落以及足细胞的凋亡。

肾小球系膜细胞(glomerular mesangial cell，GMC)的功能障碍也被认为在糖尿病肾病的发病机理中起重要作用。已知GMC会分泌主要由胶原、层粘连蛋白和纤连蛋白组成的细胞外基质(extracellular matrix, ECM)蛋白。ECM蛋白的积累引起的GMC增殖是糖尿病肾病的重要病理变化[15]。

内皮细胞被高葡萄糖、AGEs和ROS激活，进而募集并激活单核巨噬细胞和炎症信号通路，从而导致炎症反应。越来越多的证据表明，内皮功能障碍与糖尿病肾病的进展密切相关，表现为内皮通透性过高、内皮源性血管活性因子分泌减少和表型改变[16]。

上皮细胞向成肌纤维细胞的转化称为肾上皮-间质转化(epithelial mesenchymal transition，EMT)。EMT的特征是上皮细胞中E-钙黏蛋白表达的减少和α-平滑肌肌动蛋白表达的增加。肾小管上皮细胞的EMT是维持糖尿病肾病间质纤维化的公认机制，可通过TGF-β来调节。TGF-β诱导的EMT主要负责ECM的积累[17]。研究表明，约30%的成纤维细胞来自肾小管上皮细胞的EMT。

1.3 miRNA的调控

miRNA是高度保守的短链非编码RNA，20～25个核苷酸，通过与3′非编码区结合，抑制翻译或使目的mRNA降解以参与促进或抑制糖尿病肾病发病机制的表观遗传学干扰，在转录后发挥调控作用。近年来大量研究表明，miRNA在糖尿病肾病的病理过程中起着至关重要的作用。目前已发现多种miRNA在糖尿病肾病中过表达。同时也已发现某些miRNA在糖尿病肾病中被下调，这些miRNA是糖尿病肾病诱导因子的抑制剂。例如在高葡萄糖水平下，通过下调miRNA-29a或上调miRNA-29c可促进细胞凋亡[18]。越来越多的研究表明，miRNA广泛参与糖尿病肾病的发展，可能成为糖尿病肾病治疗的新靶标。

2 治疗措施

血糖控制、血压控制与RAAS阻断剂单独或联合使用一直是治疗糖尿病肾病的主要方法。但是，近年来肾脏临床保护实验大多数表现出失败，严重不良反应或者治疗效果远低于根据动物实验得出的结果。例如，在最近几年内，对T1DM和T2DM患者进行了早期RAAS阻断，双重RAAS阻断，内皮素受体拮抗剂和抗氧化巴多索隆均未达到预期的结果[19]。目前存在有潜力的治疗方法，通过如靶向神经激素激活、肾小管肾小球反馈和肾炎症/纤维化的致病机制来延缓糖尿病肾病的发展。

2.1 靶向神经激素激活的肾脏保护疗法

2.1.1 血管紧张素转化酶2激活剂

在过去的十年中，已经确定了RAAS的新组成部分。2000年，鉴定出血管紧张素转化酶2(angiotensin converting enzyme 2，ACE2)是一种1型整合膜蛋白。ACE2与ACE具有近40%的同源性，在肾脏中表达尤为丰富[20]。ACE2切割AngⅡ的C末端氨基酸以生成Ang1-7肽，该肽随后通过Mas受体起作用以抵消AngⅡ的不利作用，减少氧化应激、炎症和脂毒性来提供肾脏保护作用。基于此，已经研究了ACE2作为潜在的治疗靶标。在动物模型中，重组ACE2降低血压并减弱肾小球系膜细胞增殖、氧化应激、纤维化，并最终延缓糖尿病肾病的进程[21]。重组ACE2的肾脏保护作用可能是由于AngⅡ水平降低和Ang 1-7信号传导增加，进而导致血压和NADPH氧化酶活性降低，同时也可以通过增加内源性ACE2表达来增强其生物学活性。

2.1.2 脑啡肽酶抑制剂

利钠肽(natriuretic peptide，NP)是与RAAS密切相关的神经激素系统。NP包括三个神经激素肽家族：心房、脑和C型NP(ANP，BNP和CNP)。脑啡肽酶是分布广泛的酶，负责降解NP和其他血管活性肽，包括缓激肽、P物质、AngⅡ和内皮素[22]。脑啡肽酶抑制剂(neprilysin inhibitors，NEPi)具有利尿、血管舒张、降低肾小球内压力和减少蛋白尿的作用。单独使用NEPi是不具有临床意义的，因为NEPi的血管作用常被RAAS的上调和交感神经系统活动的增强所抵消[23]。当与传统的RAAS联合使用时，NEPi的治疗作用得到增强， NEPi /RAASi联合使用具有重要价值。尽管NEPi/RAASi尚未进行大规模的临床试验，但动物模型已显示出有效的治疗作用。例如，糖尿病肾病动物模型中，AVE7688是一种血管肽酶，可阻断ACE和NP，从而导致肾脏中一氧化氮合成增加，内皮素-1合成减少，从而进一步减少蛋白尿，延缓肾小球硬化和肾小管间质纤维化[24]。在糖尿病和高血压动物模型中也观察到了类似的现象。总之，ACE2和NEP是有希望的治疗靶点。

2.2 靶向肾小管球间反馈机制的肾脏保护疗法

2.2.1 钠葡萄糖共转运蛋白2抑制剂

钠葡萄糖共转运蛋白2抑制剂(sodium-glucose cotransporter-2 inhibitors ，SGLT2i)是一类降糖药，已知可以降低血压，减轻体质量，并改善动脉僵硬度。SGLT2i的另一个潜在作用是肾脏保护，是通过对肾小管球间反馈机制的影响而介导的[25]。此外，SGLT2抑制作用可在血流动力学上受到调节，可持续降低肾小球滤过率(glomerular filtration rate，GFR)104周，并在3周的清除期后得以逆转[26]。在临床研究中，SGLT2的抑制导致血浆尿酸(plasma uric acid，PUA)水平降低了10%～20%，这一效应可能与额外的肾脏保护有关。SGLT2i具有较好的肾脏保护作用，包括GFR的下降，继而维持稳定的肾功能和白蛋白尿。在T2DM动物模型中联合使用SGLT2i-ACEi可起到降低血压、蛋白尿，延缓肾小球损伤和肾纤维化作用相关，联合应用具有协同作用[27]。因此，研究SGLT2i与常规RAAS抑制剂之间的联合作用，对于早期和晚期糖尿病肾病的进展至关重要。

2.2.2 基于肠促胰岛素疗法

肠促胰岛素疗法是另一类降糖剂，例如胰高血糖素样肽-1(glucagon-like peptide-1 ，GLP-1)受体激动剂和二肽基肽酶-4抑制剂(dipeptidyl peptidase-4 inhibitors ，DPP-4i)。作为新兴的肾脏保护剂引起了研究者的极大兴趣。内源性GLP-1通过增加胰腺β细胞分泌胰岛素和抑制胰高血糖素分泌来降低葡萄糖。在糖尿病动物研究中，DPP-4的表达和活性较高，而GLP-1受体的表达较低。在T2DM的患者中，DPP-4的活性增加，并与较高的糖化血红蛋白和蛋白尿相关，DPP-4i治疗后可限制微量白蛋白尿的发生和发展。在糖尿病动物模型中，GLP-1受体激动剂和DPP-4i还可降低氧化应激，局部炎症反应，抵消AngⅡ的作用，减少白蛋白尿和肾小球硬化[28-29]。但关于基于肠促胰岛素疗法对肾脏保护作用的临床资料仍有限。

2.3 糖尿病肾病中的抗纤维化药物

神经激素和肾小管因素可导致肾小球高滤过率，进而引起炎症和纤维化途径的激活。因此干扰炎症和纤维化途径的药物在治疗糖尿病肾病方面具有潜在的重要性。其中阻止AGEs的形成和TGF-β的药物研究较为广泛[30]。细胞内高血糖引起AGEs产生增加，与异常的ECM成分相互作用进而激活氧化应激、炎症和肾纤维化途径来介导肾脏损伤[31]。AGEs受体在糖尿病大鼠模型和糖尿病肾病患者的系膜细胞中均表达，并且AGEs-AGEs受体相互作用促进氧化应激和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)的活化，从而导致促炎性细胞因子的产生[32]。在糖尿病小鼠中阻断这些相互作用可降低炎性细胞因子的水平(例如TNF-α，IL-6)。还已经报道，在患有T1DM的青年人中，血清AGEs水平与肾脏损害的进展相关[33]。因此，AGEs是糖尿病肾病治疗的有效靶点。

体内外研究结果均表明，纤维化因子TGF-β在糖尿病肾病的进展中起着重要作用。已经确定了抗TGF-β抗体在糖尿病肾病中的疗效。在大鼠糖尿病模型中，与单独使用ACE抑制剂相比，抗TGF-β单克隆抗体1D11与ACE抑制剂联合使用时，可减少间质体积扩张[34]。除直接靶向TGF-β的药物外，还包括通过降低TGF-β的表达发挥抗纤维化作用的化合物。舒洛地特是低分子量肝素和硫酸皮肤素的混合物，可抑制TGF-β的产生。在一项剂量依赖性研究中，患有糖尿病和微量白蛋白尿的受试者接受了50 mg、100 mg、200 mg舒洛地特或安慰剂疗法，尿白蛋白排泄率是主要终点。4个月后，与安慰剂相比，所有舒洛地特组均观察到白蛋白排泄率呈剂量依赖性降低[35]。 随后，进行了一项更大的随机实验，以研究200 mg/d的舒洛地特与安慰剂相比的疗效，但由于未能检测到治疗组和对照组之间尿蛋白或血清肌酐变化的显著差异，该实验被终止[36]。糖尿病肾病治疗中抗纤维化化合物的研究已经进行了十多年，设计良好的临床实验是至关重要的。

3 展望

糖尿病肾病是比较严重的健康问题，虽然目前有多种治疗糖尿病肾病的方法，但仍存在很大的残留风险。传统的RAAS抑制剂药物只能部分保护糖尿病肾病的发展和进展。因此研究人员必须重视糖尿病肾病的发病机制，针对导致糖尿病肾病的其他发病机制的药物已被深入研究。靶向机制的新型药物，例如肾小球超滤、炎症和纤维化已经成为治疗糖尿病肾病的主要方向。寻找新型药物具有很大的挑战，希望在未来能开发出特定的干预措施。