糖尿病肾病影响因素及相关信号通路研究进展

李东哲，王丹丹，蔡 明，田 甜，杨东浩，张 宏

（石家庄医学高等专科学校，河北石家庄 050500）

糖尿病肾病（Diabetic nephropathy，DN）是糖尿病众多并发症之一，如不积极治疗，最终可进展为终末期肾病（End stage renal diseases，ESRD）。在西方国家，DN居ESRD原发疾病之首，约占25%～42%，我国约占6%～10%[1]。DN是发达国家ESRD行肾替代治疗的最主要原因，也正在成为包括我国在内的发展中国家ESRD的首位病因。DN是糖尿病微血管并发症之一，亦是糖尿病患者主要的死亡原因。随着糖尿病治疗的不断改进，糖尿病急性并发症的发病率已显著下降，然而糖尿病的各种慢性并发症，包括DN的发生率却明显增高。广义的DN病变包括感染性病变和血管性病变，感染性病变有肾盂肾炎和肾乳头坏死，血管性病变包括微血管病变和大血管病变，大血管病变包括肾动脉硬化（累及肾动脉主干及分支）和肾小动脉硬化（累及入球和出球小动脉），微血管病变是指肾小球硬化，分结节性、渗出性和弥漫性三种，其中最典型的是结节性肾小球硬化。DN具体的病因和发病机制尚不清楚，目前认为系多因素参与，在一定的遗传背景及部分危险因素的共同作用下致病。因此，进一步探讨DN的发病机制及寻求有效的防治方法具有十分重要的意义。本文就糖尿病肾病的影响因素及相关信号通路研究进行综述。

1 糖尿病肾病的影响因素

1.1 肾脏血流动力学异常

近年来，许多动物实验和临床研究均提示，肾小球血流动力学改变在DN的发生和发展中起着重要作用，甚至可能是DN的始动因素。高血糖可使糖尿病患者毛细血管持续性扩张，导致肾小球毛细血管基底膜增厚、内皮损伤，肾动脉及其分支硬化，弹性阻力增加及血管管腔闭塞，导致肾脏各级动脉血流动力学改变，造成肾小球滤过率增加。持续的肾小球高灌注、高滤过，可损害肾小球，加速肾小球硬化和肾功能衰竭，促使DN的形成。

1.2 糖代谢紊乱

大量实验证实，高血糖可引起一系列的代谢紊乱，包括蛋白质的非酶糖化、葡萄糖转运蛋白失调、多元醇通路激活、氧化应激和二酰基甘油-蛋白激酶C（DAG-PKC）通路的激活等。高血糖导致的代谢紊乱可促使肾小球基底膜增厚和细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）聚集，从而导致肾脏纤维化，而肾脏纤维化是DN最重要的病理生理过程。

1.3 糖基化终末产物

近年的研究证明，蛋白质、脂质及DNA等与还原糖之间形成的非酶促糖基化终末产物（Advanced glycation end products，AGEs）参与了DN的发生发展[2]。长期高血糖导致AGEs生成增多，AGEs能引起ECM中IV型胶原、层黏蛋白和玻璃体结合蛋白等发生质和量的改变，从而造成ECM积聚，而ECM积聚与DN的发生发展密切相关。

1.4 细胞因子的作用

在DN发病的各种因素中，细胞因子发挥的作用涉及到DN发病过程中的许多方面，如ECM代谢、血流动力学改变、细胞肥大和细胞增殖等。糖尿病发生时，各种细胞因子的表达受AGEs、胰岛素和血糖水平、蛋白激酶c（protein kinase C,PKC）活性、血管活性因子、脂蛋白和蛋白质摄入量等因素的调节和控制，在上述因素的调节和控制下，细胞因子之间相互作用、影响，构成了DN发病过程中复杂的细胞因子网络[2]。

1.5 遗传因素

DN为多环境因素与多基因共同作用下发生的疾病，尽管严格控制血压、血糖，仍有约30%的糖尿病病人发生DN。Fogarty等[3]通过研究发现，系统性高血压、尿白蛋白排泄率呈高度遗传，二者呈正相关，提示二者可能共同拥有某种相同的遗传因素。

2 参与DN发生发展的信号通路

DN发生发展的各种影响因素均通过一定的信号转导通路发挥作用，因此，对于信号通路的研究是探讨DN发病机制的关键。

2.1 丝裂原活化蛋白激酶信号通路

丝裂原活化蛋白激酶（Mitogen activated protein kinase，MAPK）信号通路是由丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶组成的信号传导通路，通过介导细胞外信号传导到细胞内，参与调控细胞分裂、分化迁移、代谢凋亡及基因表达等多种生物学效应[4]。目前，MAPK信号通路在DN发生发展中研究较多的通路主要有：p38丝裂原活化蛋白激酶通路（p38MAPK）、细胞外信号调节激酶（Extracellular regulated protein kinases，ERK1/2）通路、c-Jun氨基末端激酶（c-Jun N-terminal kinase，JNK）通路。

2.1.1 p38MAPK信号通路 p38MAPK信号通路是细胞信号传递的交汇点，其可被多种应激刺激激活。研究表明，高糖环境下，MAP kinase kinase3/6/4（MKK3/6/4）作为p38MAPK上游激酶的激活剂，其表达水平升高可导致p38MAPK磷酸化[5]。p38MAPK磷酸化时，丝氨酸和苏氨酸残基上的转录因子激活肌细胞增强因子2C、转录激活因子-1（Activating transcription factor-1，ATF-1）和ATF-2，促进肾小球系膜细胞产生纤连蛋白，加速ECM的聚集[6-8]。而抑制p38MAPK通路可减轻ECM聚集，进而防止肾小球基底膜增厚，延长DN的发展进程[9]。还有研究提示[10]，高糖环境时，肾素-血管紧张素-醛固酮系统被激活，再通过p38MAPK信号通路诱发DN。此外，活化的p38MAPK通路也可通过炎症反应促进DN的发生和发展。

2.1.2 ERK信号通路 ERK信号通路经典的激活途径为Ras-Raf-MEK-ERK，是目前研究最为详尽的MAPK信号通路。ERK信号通路主要被各种生长因子、离子射线、过氧化氢等磷酸化而激活进入细胞核，作用于多种转录因子，参与细胞的增殖与分化。ERK信号通路亦参与了DN的发生与发展，并起重要作用。研究表明，除了细胞外刺激可以激活ERK信号传导通路加速DN以外，ERK信号通路也可以以其它方式加速DN。ERK信号通路磷酸化细胞内磷脂酶A2，以加速类花生酸和花生四烯酸的释放，导致DN时的血流动力学发生改变[11]；ERK信号通路参与转化生长因子-β（Transforming growth factor-β，TGF-β）信号级联，导致MCs生长和其它原代细胞功能的改变，并在肾纤维化中起作用。所有这些都是促进DN发生与发展的重要因素。

2.1.3 JNK信号通路 MAPK、MAPK激酶（MAPKK）和MAPK激酶激酶（MAPKKK）是多级蛋白激酶级联反应中3个关键激酶[12]。JNK是3个激酶模块的重要部分，MAPKKKs和MAPKKs属于上游激酶，它们通过级联式反应依次磷酸化并激活JNK。JNK包含双磷酸化功能区（由3种氨基酸Thr、Pro和Tyr组成），定位于胞质。JNK通过磷酸化其氨基末端残基被激活，激活的JNK从胞浆移位到细胞核中，并发挥作用。在2型糖尿病患者和糖尿病动物模型中，MAPKKK主要通过环境应激和炎性细胞因子使JNK被激活[13]，被激活的JNK磷酸化c-Jun蛋白Ser63和Ser73，从而通过转录机制进入细胞核，调节激活蛋白-1的转录和表达。这些作用会导致胰岛素抵抗和高血糖，从而促进DN的进展[14]。

2.2 转化生长因子-β信号通路

TGF-β是TGF-β超家族的核心成员，存在3种同型异构体，分别为TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3，在许多组织和器官中广泛表达。TGF-β通过与细胞表面的受体结合，可将其下游分子激活，然后将信号从细胞表面传递至细胞核，从而抑制或激活相关靶基因的表达[15]，参与细胞生长、分化、凋亡、纤维化与创面修复等多种生物学过程。早期的一项研究表明，在高糖条件下培养的肾足细胞和db/db小鼠模型的肾脏组织中，TGF-β1的表达上调[16]。TGF-β1是一种强大的多功能细胞因子，在抑制ECM降解和加速ECM生成中发挥重要作用，而肾小球和间质中ECM聚集，以及功能丧失的肾单位和炎性细胞浸润，是进行性DN的常见病理特征[17]。动物实验和人体临床试验证实了TGF-β1在肾纤维化中的重要作用[18]。上述研究结果均提示，TGF-β1信号通路在DN的发生发展过程中发挥了重要作用。

2.3 核因子-κB信号通路

核因子-κB（Nuclear factor-κB，NF-κB）能与免疫球蛋白κ轻链基因的增强子κB序列特异结合，是一个核转录因子蛋白家族。NF-κB包括5个亚单位：p65（RelA）、c-Rel、RelB、p50/p105（NF-κB1）、p52/p100（NF-κB2），可形成各种异源二聚体或同源二聚体。细胞在静息状态下，NF-κB与其抑制蛋白IκB（Inhibitor of NF-κB，IκB）形成复合体，以无活性的形式存在于胞浆中。当受到细胞外信号刺激后，IκB激酶（IκB kinase，IKK）复合体活化，将IκB磷酸化，使NF-κB暴露核定位位点。游离的NF-κB迅速移位到细胞核，与特异性序列结合，诱导相关基因转录[19]，从而参与包括细胞增殖、迁移、凋亡、分化、免疫和炎症反应在内的许多细胞过程。

NF-κB信号通路是目前公认的介导炎性反应的主要信号通路，在DN、慢性炎症和自身免疫性疾病等疾病的进程中发挥着重要作用。Lee等[20]研究发现，DN时，肾小管间质和肾小球细胞中NF-κBp65蛋白活性增加，MCP-1 mRNA表达上调。该项研究还发现，活化的NF-κB易位至细胞核，并触发其靶基因，包括其下游炎症介质的表达，从而诱导持续性炎症反应增强，导致过度的FN产生和ECM聚集，因此认为NF-κB信号通路在DN发生与发展的作用机制中起到了重要作用。

2.4 Wnt信号通路

Wnt信号通路是控制调节细胞生长与增殖的关键途径，在肿瘤发生与胚胎发育中起着重要作用。Wnt是一种含有大量半胱氨酸残基的分泌型糖蛋白，主要通过旁分泌或自分泌的方式激活其下游受体而发挥作用[21]，是一条高度保守的信号通路。该通路的主要成分有：β-环连蛋白（β-catenin）、T细胞因子/淋巴增强因子（T cell factor/lymphoid enhancer factor，TCF/LEF）转录因子家族和Wnt蛋白家族等[22]。Surendran等[23]在研究肾脏纤维化的过程中发现，在肾脏组织里，存在于Wnt信号通路中的Wnt4、β-catenin、TCF的表达水平上调，而腹腔注射Wnt信号通路抑制剂重组人分泌型卷曲相关蛋白4后，间质细胞和肾小管上皮细胞中成纤维细胞数目减少，Wnt4、β-catenin、TCF的表达下调，肾纤维化被抑制，提示Wnt信号转导通路可能在肾脏纤维化中发挥重要作用，而肾脏纤维化是DN的主要病理特征之一。

2.5 蛋白酪氨酸激酶/信号转导转录激活因子信号通路

蛋白酪氨酸激酶/信号转导转录激活因子（Janus kinase/signaltransducer and activator of transcription，JAK/STAT）信号通路是一条由多种细胞因子共同激活的信号传导通路，主要包含受体家族、JAK家族及STATs家族。其中JAKs蛋白是一种非受体型酪氨酸激酶，与白细胞介素、干扰素等细胞因子受体结合后被激活，激活的JAKs蛋白能进一步激活STATs蛋白。STATs作为一种核转录因子，可与特定的含磷酸化酪氨酸的肽段结合，启动与细胞增殖及分化、迁移等相关的基因表达，进而参与完成多种生理功能[24-25]。在高糖环境下，生长因子、细胞因子、血管紧张素II（Angiotensin II，AngII）[26-27]、活性氧（Reactive oxygen species，ROS）产生增加，或其它上游信号，都能诱导JAK/STAT信号通路的激活[28]。其中JAK2受体与AngII结合后，使磷酸酶SHP-1的活性被抑制，并导致ROS生成增加，促进JAK2磷酸化；磷酸化的JAK2将其下游的STAT（STAT1、STAT3、STAT5）进一步激活[29]，同时引起细胞因子TGF-β的产生，激活TGF-β信号通路，使ECM成分表达增多，促使DN的发生和发展[30]。

2.6 Ras同源基因/Rho相关卷曲蛋白激酶信号转导通路

Rho蛋白属于Ras蛋白超家族中的成员，包括RhoA、RhoB、RhoC等。ROCK是目前研究最为清楚的Rho下游靶效应分子，属于丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶家族成员，由两种同源异构体构成，即ROCK-1和ROCK-2。ROCK拥有多个下游磷酸化靶点，ROCK通过磷酸化其下游靶点并激活相应信号转导通路，从而完成一系列的生物学效应，如信号传导、细胞增殖、细胞黏附、抗凋亡及转型等。高糖环境下，细胞内甘油二酯（Diacylglycerol，DAG）的水平增加，进而活化PKC，PKC通过磷酸化参与RhoA活化[31]。激活的RhoA刺激作为RhoA第一个下游靶标的Ser/Thr激酶ROCK，形成完整的信号传导途径，从而促进蛋白尿形成和足细胞凋亡。此外，Rho/ROCK信号通路激活时，RhoA增加，导致肾小球滤过率降低[32]，肾血流动力学被破坏[33]，肾小球硬化加剧[34]，并增加ECM的聚集[35]。所有这些病理变化均参与了DN的发生和发展。

总之，不同的信号通路可通过不同的机制参与DN的发生和发展，这些信号通路在DN的发病中并不单独存在，可通过相互作用、相互影响参与DN的进程。

3 结语

DN是糖尿病常见的微血管并发症之一，是糖尿病导致的肾脏损害。随着糖尿病发病率的上升，DN患者亦逐渐增多，且至今尚未有特效药物，针对DN的治疗仍然是以预防为主。随着对DN病因及发病机制的进一步探索，DN的治疗将受益于多种阐明的信号传导通路及相关的基因和蛋白质。因此，对于DN病因及发病机制的研究，对寻找DN有效的防治方法具有重要意义。