肾小球系膜细胞增殖在糖尿病肾病肾小球硬化中作用的研究进展

孙凤起，武 韧，常贵全，李鸿珠

(哈尔滨医科大学 基础医学院 病理生理学教研室，黑龙江 哈尔滨 150086)

糖尿病是全球范围内常见的非传染性内分泌疾病，国际糖尿病联盟预测：2030年全球20～70岁糖尿病患者总数将达到5.78亿，2045年这一数字将上升到7亿[1]。糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病患者常见的微血管慢性并发症，也是导致中国终末期肾脏疾病的第二位原因(仅次于原发性肾炎)。DN患者肾脏的主要病理改变是：肾小球基底膜增厚、系膜基质扩张、威尔逊结节的形成、足细胞密度和数量减少，肾小管萎缩和间质纤维化的形成[2]。DN是受多因素影响的复杂疾病，而肾小球内固有系膜细胞(mesangial cell,MC)的异常激活对肾小球硬化起至关重要的推动作用。

1 肾小球系膜细胞(MC)的特点及促进肾小球硬化的机制

MC是分布在肾小球毛细血管丛小叶间轴心组织的系膜基质中的一种细胞成分，约占肾小球细胞总量的30%～40%，MC和系膜基质共同构成肾小球的系膜区，人的每个肾脏约有100万个肾小球。MC在正常生理条件下的主要功能可以概括为以下几点：1)支撑作用：MC分布在肾小球毛细血管间，对毛细血管起支撑作用。2)收缩作用：这类细胞又被称为固有平滑肌样MC，可以通过收缩功能调节滤过膜的面积和肾小球滤过系数。3)吞噬作用：MC能吞噬滞留在肾小球滤过膜基膜中的蛋白质和大分子代谢废物，净化肾小球内的环境[3]。在正常情况下超过99%的MC处于没有分裂能力的静止状态，这些细胞只有在病理条件下才被异常激活，尤其在高糖刺激下，MC像血管平滑肌细胞一样发生可逆性表型转换，异常增殖，细胞内蛋白合成活跃，分泌大量细胞外基质沉积在系膜区，并可迁移到肾小球毛细血管内皮细胞和基底膜之间，甚至突入周围的毛细血管腔造成毛细血管闭塞，最终导致肾小球硬化的发生[4]。

2 高糖刺激下MC异常增殖的机制

糖尿病是一组病因尚未完全清楚的以慢性高血糖为特征的代谢性疾病，长期处于高糖刺激下的MC异常增殖的机制有以下几点。

2.1 高糖通过内源性硫化氢水平的降低促进MC增殖

硫化氢(hydrogen sulfide,H2S)是一种无色还原性气体、具有刺激性的臭鸡蛋气味，一直以来人们将关注点都集中在它的毒性研究方面，吸入少量高浓度的H2S即可因强烈的神经毒性作用使人毙命，然而这种致命的毒气在生命体内却起着至关重要的作用。哺乳动物体内能通过酶和非酶两种途径产生内源性H2S。胱硫醚γ裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)，胱硫醚β合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)，D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO)和3-巯基丙酮酸硫基转移酶(3-merca-ptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)都是细胞生成H2S的关键酶[5]。虽然这些酶的表达具有组织特异性，但是4种酶在肾脏中均有表达，所以肾脏含有丰富的内源性H2S。

气体信号分子H2S表达减少，在慢性肾脏病的发生中起重要作用，DN、高血压肾病和梗阻性肾病中都存在H2S信号的缺失[6]。链脲佐菌素注射大鼠造模后3周就出现了CSE表达的减少，血浆和肾脏中H2S的浓度也随之降低，这种改变可能是触发MC增殖的始动因素[7]。外源性H2S可抑制高糖诱导的MC增殖，减少纤连蛋白、层黏连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白等细胞外基质成分的表达，抑制肾小球硬化。虽然外源性H2S对糖尿病大鼠的空腹血糖没有明显影响，但可以在一定程度上改善糖尿病大鼠的体质量丧失，降低糖尿病大鼠血浆肌酐和尿素氮水平，保护肾功能[8]。目前人们普遍使用硫氢化钠作为外源性H2S供体，但其水解速度快，短时间释放大量H2S气体，无法提供稳定的浓度环境，本课题组正致力于研究调控内源性H2S生成的办法和H2S保护DN的机制，其中H2S抑制高糖诱导的MC增殖机制是研究的重点。

2.2 高糖通过转化生长因子β超家族的激活促进MC增殖

各种器官组织纤维化的关键促进因子转化生长因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)一直是人们关注的焦点,DN患者的肾脏组织中TGF-β呈高水平状态，在各种DN动物模型中也呈现相似的结果[9]。糖尿病患者的MC长期处于高糖刺激下会异常合成大量TGF-β前体，经蛋白酶切去氨基末端的相关肽以及后续复杂的加工和修饰后，形成成熟的活性分子被分泌到细胞外，这些过多表达的TGF-β又可直接作用于MC促进MC增殖[10]。此外，TGF-β刺激MC增殖时会诱导MC从收缩型向分泌型的表型转化，MC固有平滑肌细胞样标志物α-平滑肌肌动蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)分泌增加，成纤维细胞样标志物Ⅰ型胶原蛋白和 Ⅲ 型胶原蛋白表达增加，造成细胞外基质成分的堆积，导致肾小球硬化[4,11]。早期DN患者的肾脏组织中就有炎性巨噬细胞的浸润，这些巨噬细胞在高糖的刺激下会产生包裹TGF-β的外泌体，其可被肾小球MC直接摄取，激活Smad 3蛋白，促进MC的增殖和细胞外基质蛋白的产生[12]。

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是转化生长因子β超家族的重要成员。BMP除强力的诱导成骨作用外，还能够调控细胞增殖、分化、迁移和凋亡，在胚胎发育和成人细胞稳态调节中发挥作用。目前人类已经发现30多种BMP亚型，其中BMP2、BMP4、BMP6和BMP7的功能最具有代表性[13]。BMP有两种类型的受体，一型受体有4个亚型：ALK-1，2，3和6；二型受体有3个亚型：BMPRⅡ、ActR-Ⅱ和ActR-ⅡB[14]。BMP4/Smad1信号通路的激活介导糖尿病大鼠肾小球损伤，高糖可刺激MC分泌BMP4，其与一型受体ALK-3结合后介导下游Smad1的磷酸化，磷酸化的Smad1再与Smad 4结合，该复合体转移到细胞核内调控靶基因的转录，造成Ⅰ型和 Ⅳ 型胶原蛋白产生过多，其中Ⅳ型胶原蛋白是增厚的肾小球基膜和堆积的系膜基质的主要成分[15]。BMP7像肝细胞生长因子一样，在糖尿病肾纤维化中起负性调控作用，延缓肾纤维化的进程[13]。

2.3 高糖通过影响长链非编码RNA水平促进MC增殖

人类全基因组序列中约98%的核苷酸序列不具有编码蛋白质的能力，这些基因组序列多被转录形成非编码RNA，长度超过200 nt的非编码RNA被称为长链非编码RNA(long non-coding RNA,lncRNA)[16]。近些年高通量测序技术的迅猛发展使LncRNA重要的基因表达调控作用逐渐显露。人类已发现多种与DN有关的LncRNA，其中Gm4419，牛磺酸上调基因1(taurine up-regulated gene 1，TUG1)，H2k2等与肾小球MC异常增殖有关。Gm4419是DN肾组织中上调比例最高的LncRNA，将Gm4419过表达质粒转染至低糖培养的肾小球MC，可明显促进MC的增殖，增加纤连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的表达[17]。长期高血糖刺激促使肾脏处于微炎性反应状态，而Gm4419又可介导核转录因子-kappaB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p50亚基的入核，活化NF-κB信号通路，促进炎性因子的表达[18]。TUG1是DN肾组织中下调的一种LncRNA，TUG1能够抑制PI3K/AKT信号通路的活性达到抑制高糖诱导的MC增殖的效果[19]。TUG1还可作为竞争性内源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)抑制miR-377的表达，减轻miR-377对靶基因过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的抑制，恢复PPARγ对肾脏的保护作用，增加细胞外基质成分的降解，延缓肾小球硬化的进程[20]。这些LncRNA的发现为DN的深入研究提供了良好的参考材料。

2.4 高糖促进MC增殖的其他机制

在db/db糖尿病小鼠模型和高糖培养的MC中，Hippo通路的失活介导了MC的异常增殖，MST1和Lats1是Hippo通路中重要的蛋白激酶，YAP是其重要的下游效应因子。Hippo通路活性降低时，MST1和Lats1磷酸化的减少促进了YAP的表达和核转位，增加细胞核内YAP和TEAD的结合，促进下游靶基因(细胞周期蛋白E)的表达，促进MC增殖[21]。低氧诱导因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一种由α亚基和β亚基组成的异源蛋白二聚体转录因子，除低氧之外，高糖可能是调控HIF表达的另一重要因素。高糖培养可增加MC中HIF-1α与HIF-1β的结合，该复合体可进入细胞核调控靶基因转录，引起细胞周期依赖蛋白cyclinD1和CDK2上调，细胞周期抑制蛋白p21下调，促进MC的增殖[22]。高糖引起MC增殖的相关机制还有很多，MC的异常激活是一个多因素的复杂过程。

3 问题与展望

DN是开始进行肾脏替代治疗患者肾脏病的主要原因，影响了约40%的1型和2型糖尿病患者[23]。然而临床观察发现，DN发展至终末期时，无论是给予透析治疗还是肾移植，其预后均比其他肾脏疾病患者差。所以，糖尿病患者体检时应重视尿常规的检查，避免发展到终末期肾病才被发现。高血糖、高血压和遗传易感性是DN发生的主要危险因素，高血脂、吸烟和饮食也影响DN的发生。降糖、降压、降脂、戒烟和健康的生活习惯是治疗DN的主要手段。S-丙炔-半胱氨酸(又称ZYZ-802)是一种新型H2S释放物，已被证实可以抑制高糖引起的MC过度增殖和肥大，减轻糖尿病肾脏的炎性反应，降低TGF-β1信号传导，这表明恢复肾组织的H2S信号可能具有治疗DN的巨大潜力[8]。这些新型化合物的临床应用效果有待进一步证实。