糖尿病肾病肾小管损伤的研究进展

张海桥 段鹏

【摘要】 随着糖尿病（diabetes mellitus，DM）发病率的逐渐升高，糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）也越来越常见，现已成为糖尿病最严重的并发症之一。高血糖、糖基化终产物、生长因子、炎性因子及氧化应激等各种发病因素相互存在，互为因果，形成恶性循环，最终可形成糖尿病肾病。在过去，肾小球损伤被认为是糖尿病肾病的主要发病机制，但是越来越多的证据表明肾小管损伤也是引起糖尿病肾病发展的重要因素。本文将重点就肾小管损伤在糖尿病肾病发展中的机制进行论述。

【关键词】 糖尿病肾病 肾小管损伤 发病机制

Research Progress of Renal Tubular Injure in Diabetic Kidney Disease/ZHANG Haiqiao， DUAN Peng. //Medical Innovation of China， 2021， 18（12）： -185

[Abstract] With the gradual increase in the incidence of diabetes mellitus （DM）， diabetic kidney disease （DKD） has become more and more common and has become one of the most serious complications of diabetes. Various pathogenic factors such as hyperglycemia， advanced glycosylated-end products， growth factors， inflammatory factors and oxidative stress are inter-existing， causing each other to form a vicious circle， and eventually diabetic kidney disease can be formed. In the past， glomerular injury was considered to be the main pathogenesis of diabetic kidney disease， but more and more evidences showed that renal tubular injury was also an important factor in the development of diabetic kidney disease. This article focused on the mechanism of renal tubular injury in the development of diabetic kidney disease.

[Key words] Diabetic kidney disease Renal tubular injury Pathogenesis

First-authors address： The Third Hospital of Nanchang， Nanchang 330009， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2021.12.044

2019年国际糖尿病联盟公布的流行病学调查数据结果提示，20～79岁的群体中约有4.63亿人患有糖尿病，发病率高达9.3%，其中，我国糖尿病患者高达1.16亿，是全球糖尿病患者最多的国家[1]。约40%的糖尿病患者伴有糖尿病肾病，DKD是引起慢性肾脏病和终末期肾病的主要原因。最初，DKD被认为是一种以大量尿蛋白排泄和超滤为特征的进行性疾病，最终可导致肾衰竭。微量白蛋白尿和肾小球滤过率升高被认为是肾小球损害的标志，但在一些糖尿病患者的研究中发现了其肾小球滤过率降低却是正常白蛋白尿，故而人们的研究兴趣转向了肾小管[2]。肾小管可能在引起糖尿病肾病的早期发病机制中充当引发剂、驱动器或贡献者，因此对肾小管损伤在糖尿病肾病发病机制中扮演的重要角色进行综述。

1 糖尿病的肾小管结构和功能改变

肾单位是由肾小球、肾小管及肾间质构成的肾脏基本功能单位。肾小管是由近端肾小管和远端肾小管组成，其中近端肾小管通过包囊尿極直接与壁层上皮细胞相连。近端肾小管细胞管腔面附有刷状缘，可以使细胞表面积变大，这利于肾小管重吸收。另外，肾小管是富有线粒体、溶酶体等细胞器的一种代谢旺盛的细胞，其对能量需求十分大，故肾小管细胞极易损伤[3]。由于近端肾小管在肾单位中的位置和主要的重吸收作用，它们位于肾小球滤过液、肾小管周围毛细血管供血和间质中，因此，它们可能会受到多种潜在的破坏性物质的伤害，这些物质会触发促炎和促纤维化反应，从而引起组织损伤。

2 高血糖、炎性因子氧化应激相互作用导致肾小管损伤

高血糖可使肾小管上皮细胞释放各种细胞因子，如血小板衍生生长因子、胰岛素样生长因子和表皮生长因子（epidermal growth factor，EGF）、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）等，继而引起肾小管上皮细胞增殖和肥大[4]。活性氧（reactive oxygen species，ROS）是在高血糖的刺激下通过不同的代谢途径生成：（1）通过激活葡萄糖的替代代谢途径（多元醇途径）增加山梨糖醇积累，刺激细胞外基质表达;（2）细胞内高级糖基化终产物（advanced glycosylated-end products，AGE）及AGE受体的表达和配体的激活增多;（3）蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）异构体的激活;（4）己糖胺途径的过度活跃;（5）抗氧化防御能力的降低[5]。氧化应激可刺激单核吞噬细胞释放出炎性因子导致蛋白氧化损伤。糖尿病患者的肾活检中发现巨噬细胞和单核细胞在肾小球和小管间质中过度浸润。单核细胞趋化蛋白1（monocyte chemotactic protein 1，MCP-1）是巨噬细胞和单核细胞的重要趋化因子。MCP-1受肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）和白细胞介素-1的高度调节，可诱发炎性细胞到间质从而导致肾小管间质炎症。研究发现，在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠模型中，MCP-1在肾小管间质中表达增多，而糖尿病大鼠MCP-1的mRNA表达在30（SMP30）/GNL敲除后亦增加。SMP30大量表达于肾近端小管细胞，且其表达随着年龄增长而下降，过氧化物酶体增殖物激活受体-γ共激活因子-1α是调节线粒体生物合成和功能的转录激活因子。因此，肾细胞缺乏SMP30/GNL可以诱导线粒体功能障碍和炎症反应，最终引起肾小管损伤[6]。

3 肾纤维化引起糖尿病肾病肾小管损伤

肾小管间质纤维化最终会导致终末期慢性肾脏疾病，且其严重程度与肾脏预后有关。最新研究表明，肾小管间质纤维化主要是通过肾小管上皮细胞-间质转化而引起。上皮-间质转化是一种促进肾脏纤维化的新机制[7]。TGF-β1（transforming growth factor-β）、血管紧张素Ⅱ、醛固酮、高糖和尿蛋白是肾小管上皮细胞诱发上皮-间质转化的常见原因[8]。其中一个重要的信号通路包括TGF-β1/Smad2/Smad3信号通[9]，其他途径可能包括整合素/整合素链接激酶（ILK）和Wnt/b连环蛋白信号[10-11]。肾小管上皮细胞向间质转化导致肾小管上皮细胞的形态和表型变化，也可能导致肾小管上皮细胞脱离管状肾小管基底膜并迁移到间质内，最终导致肾小管损伤[12]。

Nox4因其在肾脏中大量存在而最初被称为Renox（肾氧化酶），尤其存在于肾小管和足细胞中。大量研究显示，在高血糖和TGF-β的作用下，通过上调足细胞中的Nox4可增强活性氧的产生，易导致蛋白尿，足突融合甚至糖尿病肾病[13-14]。有研究显示，糖尿病患者的肾小管上皮细胞，尤其是近端小管中Nox4的表达与其他肾细胞相似。暴露于高糖的小鼠近端小管中Nox4源性活性氧的形成通过Nox4敏感p38-MAPK依赖途径，其通过TGF-β与Nox4的相互作用介导肾小管损伤[13]。另一项使用肾间质成纤维细胞的研究表明TGF-β/Nox4诱导的活性氧的产生通过激活Smad3和ERK途径，促进了成纤维细胞向纤维化表型的分化[15]。Manickam等[16]新型证据研究表明TGF-β诱导的肾成纤维细胞分化为成肌纤维细胞是由Rho/Rho相关蛋白激酶（ROCK）通过Nox4的激活介导的。随着ROS在高血糖的刺激下逐渐增多，以及促纤维化生长因子[如转化生长因子-β（TGF-β）和结缔组织生长因子（CTGF）]的激活，肾小管通过自分泌和旁分泌的作用产生I型和IV型胶原蛋白，导致细胞外基质过度积累，从而推动了肾纤维化的发展和硬化[17]。

4 糖基化终产物导致糖尿病肾病肾小管损伤

糖基化终产物（AGEs）是因血糖高引起蛋白质非酶糖基化而形成。AGEs在糖尿病患者的血清中积累，并被重新吸收到近端小管并进行分解代谢。AGEs的溶解度低，对酶抵抗，且不能用透析来清除。RAGEs是AGEs与AGEs受体结合体，广泛存在于各种肾细胞，是AGEs的信号传导受体，受体刺激后通过激活NF-κB使前炎性细胞因子表达增加;RAGEs亦是一种内皮细胞黏附受体可使白细胞聚集从而直接产生炎性作用。AGEs能诱导TGF-β的产生。AGEs在肾小球滤过，近端肾小管重吸收，肾小管RAGE激活可导致细胞转为肌纤维细胞从而引起肾小管萎缩和间质纤维化[18]。

5 血流动力学的改变引起糖尿病肾病肾小管损伤

然而，除了在高糖状态下会引起肾小管的损伤，局部血管活性激素系统的激活可能也会影响近端小管。内皮素和局部血管紧张素Ⅱ在肾小管中的过度表达、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的激活和一氧化氮（NO）的减少可能导致传入和传出小动脉以及小叶间动脉血管收缩[19-20]。几种血管和代谢作用的组合可能会诱发近端肾小管上皮细胞的缺血性损伤。由于葡萄糖，AGEs和蛋白质的重吸收增加，以及肾小球后血管收缩引起的肾小管周围血流减少和肾小管间质扩张后的毛细血管丢失，这可能导致肾小管的能量需求增加[19]。此外，体循环血压升高会引起肾小管周围毛细血管网的机械应力，与肾小球相比，这种压力不足以应对血压升高和机械剪切应力。上述血管因子的所有变化都可以降低糖尿病患者的肾小球后血流量，并进一步减少向小管的氧气輸送和缺氧，最终导致肾小管损伤[21]。

6 炎症引起糖尿病肾病肾小管损伤

先前的研究指出高糖可诱导炎症反应以及激活的炎症相关信号途径，但具体的信号机制并不明确。最新研究表明，高糖就是通过Sirt1/NF-κB/microR-29/Keap1信号途径诱导肾小管上皮损伤[22]。先前的研究发现，在CKD小鼠模型中，蛋白尿会引起肾小球内皮细胞的炎症[23]。DKD患者大量蛋白尿可激活肾小球内皮细胞产生促炎因子，如CRP、IL、TNF-α、NF-κB和ROS，可导致近端肾小管上皮细胞损伤、凋亡和细胞转分化。炎症引起脂质过氧化，膜结构破坏，膜蛋白功能抑制和膜转运系统功能障碍，如钠泵、钙泵和GPR蛋白偶联受体功能障碍，诱导近端肾小管上皮细胞凋亡[24]。蛋白质、许多糖尿病底物（包括高糖本身）、糖基化终产物及其羰基中间体、血管紧张素Ⅱ和超滤生长因子激活了许多信号通路，包括核因子κB、蛋白激酶C、细胞外信号调节激酶1/2、p38、信号转录-1的传感器和激活剂以及活性氧的产生，最终导致肾小管细胞肥大，并在间质中积聚一系列能够引起进一步炎症和纤维化的趋化因子、细胞因子、生长因子和粘附分子。近年来的研究表明，肾近端肾小管上皮细胞中的激肽释放酶-激肽系统和toll样受体也参与这一过程[25]。

7 凋亡与糖尿病肾病肾小管损伤

凋亡是全部多细胞生物的发育和正常稳态中必不可少的，亦是自然细胞死亡的过程。DKD患者肾活检中也发现肾小管上皮细胞，内皮细胞和间质细胞同样发生凋亡[5]。有些研究认为凋亡是由细胞内信号传导途径网的激活引起的，所述细胞内信号传导途径包括磷酸肌醇3-激酶（PI3K）/Akt信号传导途径，但对此具体机制尚不完全了解[26]。

总之，在糖代谢紊乱的基础上，上述因素相互作用，共同促进糖尿病肾病肾小管损伤的发生、发展，具体机制尚有待进一步探讨，以期从各个方面寻求糖尿病肾病的治疗措施，延缓肾功能恶化，提高生活质量，延长寿命。

参考文献

[1] Saeedi P，Petersohn I，Salpea P，et al.Global and regional diabetes prevalence estimates for 2019 and projections for 2030 and 2045：Results from the International Diabetes Federation Diabetes Atlas，9th edition[J].Diabetes Research Clinical Practice，2019，157：107843.

[2] Zeni L，Norden A，Cancarini G，et al.A more tubulocentric view of diabetic kidney disease[J].J Nephrol，2017，30（6）：701-717.

[3] Thomas M C，Brownlee M，Susztak K，et al.Diabetic kidney disease[J].Nat Rev Dis Primers，2015，1（1）：15018.

[4] Vallon V，Thomson S C.Renal function in diabetic disease models：the tubular system in the pathophysiology of the diabetic kidney[J].Annual Review Physiology，2012，74（1）：351-375.

[5] Sonia S F，Enrique P T D，Sandra C I，et al.Oxidative Stress，Apoptosis，and Mitochondrial Function in Diabetic Nephropathy[J].International Journal of Endocrinology，2018，2018：1-13.

[6] Okada H，Senmaru T，Fukui M，et al.Senescence marker protein-30/gluconolactonase deficiency exacerbates diabetic nephropathy through tubular injury in a mouse model of type 1 diabetes[J].J Diabetes Investig，2015，6（1）35-43.

[7] Lan H Y.Diverse roles of TGF-β/Smads in renal fibrosis and inflammation[J].International Journal Biological Sciences，2011，7（7）：1056-1067.

[8] Lee J H，Kim J H，Kim J S，et al.AMP-activated protein kinase inhibits TGF-β，angiotensin Ⅱ，aldosterone，high glucose and albumin-induced epithelial-mesenchymal transition[J].Am J Physiol Renal Physiol，2013，304（6）：686-697.

[9] Massague J，Wotton D.Transcriptional control by the TGF-beta/Smad signaling system[J].EMBO J，2000，19（8）：1745-1754.

[10] Li Y，Tan X，Dai C，et al.Inhibition of integrin-linked kinase attenuates renal interstitial fibrosis[J].Journal American Society Nephrology，2009，20（9）：1907-1918.

[11] Wu Y，Zhou B P.New insights of epithelial-mesenchymal transition in cancer metastasis[J].Acta Biochimica Biophysica Sinica，2008，40（7）：643-650.

[12] Hills C E，Squires P E.The role of TGF-β and epithelial-to mesenchymal transition in diabetic nephropathy[J].Cytokine Growth Factor Rev，2011，22（3）：131-139.

[13] Jha J C，Gray S P，Barit D，et al.Genetic targeting or pharmacologic inhibition of NADPH oxidase nox4 provides renoprotection in long-term diabetic nephropathy[J].Journal American Society Nephrology，2014，25（6）：1237-1254.

[14] Jha J C，Thallas-Bonke V，Banal C，et al.Podocyte-specific Nox4 deletion affords renoprotection in a mouse model of diabetic nephropathy [J].Diabetologia，2016，59（2）：379-389.

[15] Bondi C D，Manickam N，Lee D Y，et al.NAD（P）H oxidase mediates TGF-β1-induced activation of kidney myofibroblasts[J].Journal American Society Nephrology，2010，21（1）：93-102.

[16] Manickam N，Patel M，Griendling K K，et al.RhoA/Rho kinase mediates TGF-β1-induced kidney myofibroblast activation through Poldip2/Nox4-derived reactive oxygen species[J].American Journal Physiology Renal Physiology，2014，307（2）：159-168.

[17] Barnes J L，Gorin Y.Myofibroblast differentiation during fibrosis：role of NAD（P）H oxidases [J].Kidney International，2011，79（9）：944-956.

[18] Youssef S，Nguyen D T，Soulis T，et al.Effect of diabetes and aminoguanidine therapy on renal advanced glycation end-product binding[J].Kidney International，1999，55（3）：907-916.

[19] Bonventre，Joseph V.Can We Target Tubular Damage to Prevent Renal Function Decline in Diabetes？[J].Seminars in Nephrology，2012，32（5）：452-462.

[20] Tessari P.Nitric oxide in the normal kidney and in patients with diabetic nephropathy[J].Journal of Nephrology，2015，28（3）：257.

[21] Zeni L，Norden A G W，Cancarini G，et al.A more tubulocentric view of diabetic kidney disease[J].Journal Nephrol，2017，30（6）：701.

[22] Zhou L，Xu D Y，Sha W G，et al.High glucose induces renal tubular epithelial injury via Sirt1/NF-κB/microR-29/Keap1 signal pathway[J].Journal Transl Medicine，2015，13（1）：352.

[23] Ding L H，Liu D，Xu M，et al.TLR2-MyD88-NF-kB pathway is involved in tubulointerstitial inflammation caused by proteinuria[J].International Journal Biochemistry Cell Biology，2015，69（10）：114-120.

[24] Zhu D D，Tang R N，Lv L L，et al.Interleukin-1 mediates high glucose induced phenotypic transition in human aortic endothelial cells[J].Cardiovasc Diabetol，2016，15（1）：42-53.

[25] Tang S C，Yiu W H，Lin M，et al.Diabetic nephropathy and proximal tubular damage[J].Journal Renal Nutrition，2015，25（2）：230-233.

[26] Simone S，Gorin Y，Velagapudi C，et al.Mechanism of oxidative DNA damage in diabetes： tuberin inactivation and downregulation of DNA repair enzyme 8-oxo-7， 8-dihydro-2-deoxyguanosine-DNA glycosylase[J].Diabetes，2008，57（10）：2626-2636.

（收稿日期：2020-03-02） （本文編辑：程旭然）