PI3K/Akt信号通路在糖尿病肾病中的作用及中药干预的研究进展

万金艳，龙 宇，张羽璐，刘松雨，石 爱，于 双，李 丹，李 楠*，杨启悦

1.成都中医药大学药学院，四川 成都 611137

2.成都中医药大学附属医院，四川 成都 610075

糖尿病肾病是一类具有极大危害性的糖尿病慢性微血管并发症，主要是指糖尿病患者肾脏在长期的糖尿病状态下发生的病理结构和功能改变，临床上主要表现为蛋白尿、高血压以及进行性肾功能不全。至2017年，在全球范围内，已经有1.37 亿人死于糖尿病，而其中死于糖尿病肾病的患者高达60 万人[1]。不可忽视的是，尽管及时发现和治疗糖尿病能够暂时延缓糖尿病肾病的进展，但糖尿病肾病仍然会不可避免地向终末期肾脏疾病发展[2]，威胁着糖尿病患者的生存[3]，因此有效预防控制糖尿病肾病的发展是目前的重点及难点。目前，糖尿病肾病已经发展成为全球终末期肾脏疾病的主要原因，增加了糖尿病患者心血管疾病风险及全因死亡风险，成为了一类具有严重后果的慢性肾脏疾病[4]。

糖尿病肾病致病机制复杂，目前普遍认为糖脂代谢、炎症、氧化应激、细胞自噬、细胞凋亡等是其主要发病机制[5-7]。而中医则将糖尿病肾病归于“消渴”“水肿”“尿浊”“肾劳”“关格”“癃闭”等范畴，认为其基本病机为本虚标实，治宜益气养阴、健脾补肾、活血化瘀、清热解浊[8]。目前糖尿病肾病尚缺乏行之有效的治疗手段，临床上主要以控制血糖、血压、血脂和肾脏替代疗法为主，并加以药物辅助治疗，无法从根本上阻止糖尿病肾病的发生发展。血管紧张素转换酶抑制剂、血管紧张素Ⅱ受体阻断剂是治疗糖尿病肾病的临床一线药物[9]，能够减缓糖尿病肾病的肾功能下降，但其治疗效果有限，缺乏针对性，且容易出现血钾、血肌酐高等不良反应，难以长期应用。在此基础上，中医药作为糖尿病肾病的补充替代疗法得到了广泛的关注。研究表明，中医药的应用能够从多方面、多途径延缓改善糖尿病肾病患者临床蛋白尿症状、改善肾功能损伤与结构变化，缓解糖尿病肾病临床症状，改善患者生存质量，具有兼顾标本、安全有效、一方多效等独特优势[10]。

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信号通路是一个经典的抗凋亡、促存活的信号转导途径，目前PI3K/Akt 信号通路已被证实是糖尿病肾病发病过程中的一条重要信号通路[11]，与系膜基质增生、足细胞损伤等具有密切的联系。近年来，有研究提出益气活血法[12]、益气化瘀法[13]、化瘀通络法[14]等中医治法对糖尿病肾病的肾功能的保护作用与PI3K/Akt 信号通路密切相关，提示对通路中关键靶点进行适当的调控能够有效保护肾脏，这为糖尿病肾病提供了新的治疗方向。

目前，靶向PI3K/Akt 信号通路治疗糖尿病肾病的治疗方案成为热点研究方向，中药及其活性成分在其中发挥的作用同样脱颖而出。在此基础上，基于PI3K/Akt 信号通路，对中药及其活性成分治疗糖尿病肾病的研究现状进行系统的归纳总结，能够为糖尿病肾病未来的治疗及药物研发提供一定的理论基础。

1 PI3K/Akt 信号通路与糖尿病肾病病理损伤

研究表明，PI3K/Akt 信号通路异常参与了糖尿病肾病肾脏损伤的病理过程[15]。蛋白尿是糖尿病肾病的重要临床特征，肾脏病理检查可见肾小球、肾小管及肾间质病变，包括肾小球肥大、肾小管上皮细胞转分化、K-W 结节等[16]，而PI3K/Akt 信号通路抑制剂LY294002 的加入能够有效改善系膜增生等多种病理损伤，降低蛋白尿[17-18]，提示PI3K/Akt信号通路或许是糖尿病肾病治疗的关键信号通路。近年来，国内外学者发现，通过调节PI3K/Akt 信号通路活性能够有效缓解糖尿病肾病伴随的肾脏损伤以及蛋白尿现象，阻止糖尿病肾病的进一步发展[19-20]。李雪松等[21]发现糖尿病肾病模型动物肾小球上皮细胞空泡病变，肾间质纤维化增生明显并伴有炎性浸润，尿蛋白上升，使用七芪地黄丸治疗糖尿病肾病后发现模型动物尿蛋白和尿糖明显降低，肾间质纤维化和炎性浸润明显改善，肾功能好转。在进一步的机制研究中发现，七芪地黄丸能够提高PI3K、Akt、糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）磷酸化水平，其肾脏保护作用可能与调节PI3K/Akt/GSK3β 信号通路的活性有关。何康婧等[22]研究发现雷公藤多苷片能够通过激活PI3K/Akt/哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mallalian target of rapamycin，mTOR）显著阻断肾小球基底膜增厚和系膜扩张进程，改善肾脏损伤，保护肾功能。此外，另有多名国内外研究人员表示PI3K/Akt 信号通路活性与糖尿病肾病的发生发展及治疗密切相关，有着广阔的发展前景[23-24]。这一系列的研究提示PI3K/Akt 信号通路或许能够作为糖尿病肾病治疗的新方向，为临床用药提供指导。

2 PI3K/Akt 信号通路中多种信号分子参与糖尿病肾病的发展

PI3K/Akt 信号通路主要参与细胞的增殖、分化、凋亡等生理活动，是人体内重要的信号转导通路。PI3K 是该通路的起始因子，通过将磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol-4,5-diphosphate，PIP2）磷酸化生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate，PIP3）而达到激活Akt 的关键作用，而Akt 则是该通路的中心环节，以PIP3 作为反应底物，发生质膜转位和结构改变，继而被3-磷酸肌醇依赖性蛋白激酶1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1）磷酸化而活化[25]，并进一步调节下游信号分子参与多种生理活动。目前研究显示，PI3K/Akt信号通路在糖尿病肾病的发生与发展中起着重要的推动作用，参与多种生理过程。

2.1 PI3K 和Akt 与糖尿病肾病的关系

PI3K 和Akt 是机体内极为关键的胰岛素信号分子，对机体的糖脂代谢有显著的调节作用。研究显示，胰岛素主要通过激活胰岛素受体底物2（insulin receptor substrate 2，IRS-2）/PI3K/Akt 信号转导通路实现其生理功能[26]。机体内胰岛素与其受体结合后，胰岛素受体酪氨酸激酶被活化并引起IRS-2 磷酸化，下游PI3K 可被磷酸化的IRS-2 激活从而启动PI3K/Akt 信号转导通路[27-28]。研究表明，Akt 被活化后，能够通过调节葡萄糖转运蛋白-4（glucose transporter-4，GLUT-4）、GSK-3β、叉头框蛋白O1（forkhead box protein O1，FoxO1）、mTOR 等的活性调控机体糖脂代谢、细胞自噬和凋亡、炎症、氧化应激水平，从而参与糖尿病肾病的发生发展以及药物治疗。

2.2 人第10 号染色体缺失的磷酸酶张力蛋白同源物（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）与糖尿病肾病的关系

PTEN 是PI3K/Akt 通路的关键负调节因子，以PIP3 作为底物，能够促使PIP3 去磷酸化而抑制Akt的激活[29-30]，干预细胞自噬、凋亡等多项在糖尿病肾病中起重要作用的生理活动。近年来的研究表明，PTEN 参与肾脏的纤维化进展[31]，可能是一种潜在的肾保护基因。邢玲玲等[32]报道正常人体内PTEN处于低表达状态，而在糖尿病肾病初期，PTEN 呈现高表达，随着病情加重，PTEN 再次呈现抑制状态，这提示在糖尿病肾病走向终末期的道路上，尤其是病情由早期过度到中后期时，靶向PTEN 进行调控，对肾脏功能的保护具有重要的意义。

2.3 GSK-3β 与糖尿病肾病的关系

GSK-3β 是糖原合成和细胞葡萄糖摄取等的关键调控激酶，主要参与机体的糖代谢过程。研究表明，GSK-3β 抑制剂的加入能够明显缓解模型动物肾脏损伤，这可能与其刺激糖原合成降低血糖的作用有关[33]。有研究提出GSK-3β 是平衡促炎因子与抗炎因子生成的关键物质[34]，能够激活核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）通路并调控肾脏炎性损伤[35]。另有研究表明，GSK-3β 能够通过参与细胞凋亡过程而参与糖尿病肾病进展。Liu 等[34]和Culbreth 等[36]均对此进行了研究，提出或许能够通过抑制GSK-3β 的活性有效控制肾脏损伤。总的来说，GSK-3β 或许能够作为糖尿病肾病的潜在干预靶点，有效改善糖尿病肾病患者的预后。

2.4 FoxO1 与糖尿病肾病的关系

FoxO1 是一类从酵母到人体内都广泛存在的转录因子，广泛表达于肾脏。其中，FoxO1 广泛表达于足细胞、系膜细胞等多种肾实质细胞，在多种肾损伤的发病机制中发挥重要作用[37]。研究表明，FoxO1 会伴随着PI3K/Akt 的激活而发生磷酸化失去活性，而FoxO1 表达水平的降低会导致机体抗氧化酶减少、自噬水平降低、血糖水平升高、脂质代谢紊乱等多种不良后果[38-40]，加速糖尿病肾病的进程。相关研究提出，在糖尿病模型中，FoxO1 磷酸化水平的降低有助于肾功能的改善[41]，而FoxO1 的高表达则可通过活化PTEN 诱导激酶而减轻高糖诱导的凋亡，提高自噬水平和细胞活力，有效缓解肾损伤肾损伤，抑制肾脏肾纤维化进程。

2.5 mTOR 与糖尿病肾病的关系

在PI3K/AKt 信号通路的相关靶点中，mTOR 在糖尿病肾病中的作用是目前的研究焦点。研究提示mTOR 能够通过抑制自噬、诱导炎症、产生氧化应激等病理反应从而导致包括糖尿病肾病在内的多种肾脏疾病的发生[42]。mTOR 是机体内调节自噬的关键靶点，长期的高糖状态下，肾足细胞的自噬活性被抑制，mTOR 会异常活跃，而敲除体内的mTOR基因或使用mTOR 抑制剂雷帕霉素能够在极大程度上缓解高糖诱导的足细胞损伤。Xu 等[43]的研究佐证了这一观点，提示mTOR 能够通过抑制自噬促进糖尿病肾病的发生与发展。Lu 等[44]使用体外系膜细胞以及动物进行研究，发现高糖环境下，机体内会氧化应激水平升高，系膜细胞发生凋亡，而雷帕霉素的加入能够显著减少氧化应激和肾小球系膜细胞凋亡，由此推论mTOR 在促进氧化应激进而诱导糖尿病肾病的发生与发展中发挥重要作用。同时，You 等[45]发现mTOR 是C 反应蛋白促进糖尿病肾病的中心机制，而C 反应蛋白是存在于炎症部位及组织损伤部位的一种急性期反应蛋白。以上共同提示mTOR 是糖尿病肾病治疗的潜在靶点，其激活能够促进糖尿病肾病的发生与发展。

2.6 NF-κB 与糖尿病肾病的关系

NF-κB 是炎症反应的关键调节因子，是治疗炎症性疾病的重要靶点。在高糖环境下，活化的Akt能够调节Iκb 激酶活性，促使Iκb 激酶与NF-κB 解离，从而使NF-κB 从抑制单元释放并进入细胞核，促进相关炎症因子的转录，导致炎症反应的发生[46]。大量炎症因子长时间的过量表达推动成纤维细胞合成大量细胞外基质，进而推动肾脏纤维化的进展[47]。赵长英等[48]在研究中发现，糖尿病肾病模型动物中p-Akt 和p-NF-κB p65 表达明显升高，而经过一定的治疗后，动物体内p-Akt 和p-NF-κB p65 的表达明显降低，炎症因子的表达降低，肾组织病理损伤明显改善，提示抑制Akt/NF-κB 通路能够改善肾损伤。然而，洪金妮等[49]研究显示PI3K/Akt 通路的激活会导致NF-κB 活性的下降，两者研究结果相互矛盾，需要更进一步的研究。

综上，PI3K/Akt 通路的关键靶点在糖尿病肾病中发挥着重要的作用，可以通过多个途径参与糖尿病肾病的发展，对于糖尿病肾病中紊乱的糖脂代谢、过高的炎症和氧化应激水平、过高的细胞凋亡水平以及被抑制的细胞自噬等有不同程度的改善作用，能够有效保护肾脏功能（图1）。

图1 PI3K/Akt信号通路在糖尿病肾病中的作用机制Fig.1 Mechanism of PI3K/Akt signaling pathway in diabetic nephropathy

3 中药对糖尿病肾病的干预作用

一直以来，糖尿病肾病的药物治疗问题始终没有得到有效的解决，目前临床上常用的药物虽然能够缓解糖尿病肾病蛋白尿等症状，但并不能阻止糖尿病肾病向终末期肾脏疾病的进展。近年来发现，中药在糖尿病肾病的治疗中疗效确切，毒副作用小，是糖尿病肾病潜在的药物宝库。其中，靶向PI3K/Akt 信号通路的中药数目繁多，本文对此进行系统性综述。

3.1 中药活性成分

目前，关于中药活性成分肾保护作用受到了广泛的关注，是目前的热点研究方向。具有保护糖尿病肾病肾脏功能的中药活性成分主要集中在萜类、黄酮类以及生物碱类化合物。其具体代表性成分以及作用机制见表1。GSK-3β、mTOR、FoxO1、NFκB 等均是中药活性成分作用的靶点，能够通过抑制炎症、抑制细胞凋亡、抑制氧化应激、提高自噬活性等多种途径调节糖尿病肾病肾损伤。如研究证实mTOR、FoxO1、NF-κB 等均是黄芪甲苷的作用靶点。

表1 中药活性成分靶向PI3K/Akt 通路治疗糖尿病肾病的研究模型及作用机制Table 1 Research model and mechanism of Chinese medicine active ingredients in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

3.2 中药提取物

目前，直接使用中药提取物治疗糖尿病肾病的研究相对较少，能够靶向PI3K/Akt 信号通路发挥作用的主要包括虎尾草提取物、木槿花水提物等。其具体作用机制见表2。中药含有成分复杂，能够多靶点参与糖尿病肾病的治疗。虽然目前研究相对单薄，但依据现代药理研究及中医治疗方案，单味中药仍然具有巨大的开发潜力，如甘草作为常用的一类中药，其活性成分被证实可以预防糖尿病并发症的发生，在此基础上，Li 等[81]分别对生甘草水提物、醇提物以及炙甘草水提物和醇提物的肾脏保护作用进行研究，发现以炙甘草醇提物对系膜增殖和扩张的总体抑制作用最佳，其作用机制涉及甘草对Akt的阻断作用和抑制TGF-β 信号转导作用。

表2 中药提取物靶向PI3K/Akt 通路治疗糖尿病肾病的研究模型及作用机制Table 2 Research model and mechanism of Chinese medicine extracts in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

3.3 中药复方及制剂

目前，大量的中药复方及制剂以其安全有效的治疗特征被应用于糖尿病的临床治疗中，伴随此发展而来的中药复方及制剂在糖尿病肾病中的治疗作用及机制研究逐渐增加，其具体类别及作用机制见表3。从各药物的组成与成分来看，黄芪等补气血，丹参等活血化瘀，大黄等逐瘀通经，多种药物协作，能够起到良好的治疗作用，这也正与益气养阴活血等治则相应。如降糖汤，作为一项具有中国专利的中药复方，方中含有地锦草、丹参、黄芪、知母、黄连5 味中药，黄芪补气健脾，知母、黄连清热泻火，丹参、地锦草活血祛瘀，共同奏效。Hong 等[84]对其进行药效学研究发现降糖汤可以减少糖尿病肾病模型动物肾组织形态学变化，改善蛋白尿症状，这或许与其激活PI3K/Akt 通路进而降低NF-κB p65的磷酸化水平，减少肾脏炎症介质分泌相关，具有明确的治疗作用。

表3 中药复方及制剂靶向PI3K/Akt 通路治疗糖尿病肾病的研究模型及作用机制Table 3 Research model and mechanism of Chinese medicine compounds and preparations in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

4 结语与展望

目前，针对糖尿病肾病的研究中，PI3K/Akt 信号转导途径的参与及其发挥的作用机制多见报道。PI3K/Akt 信号通路作为人体内重要的信号转导途径，参与多种生理活动，可以干预糖脂代谢障碍、减轻炎症反应、激活细胞自噬、抑制细胞凋亡、抑制机体氧化应激等多种生理活动参与糖尿病肾病的发展，PTEN、FOXO1、GSK-3β、mTOR 等关键靶点蛋白参与其中，在糖尿病肾病治疗中具有独特的优势（图1）。然而，与既往研究提出的论点一致的是，目前关于糖尿病肾病中PI3K/Akt 信号通路的研究数据尚显杂乱，通过激活该通路或是抑制从而达到治疗目的尚存争议，这可能与研究中所使用的动物模型以及糖尿病肾病的病程相关[95]。此外，通过该通路治疗糖尿病肾病的作用靶点尚不完善，仅以经典靶点蛋白做支撑，无法系统判断该通路在糖尿病肾病中的参与程度，与其他信号通路的交互作用同样难以系统描述。

中药以其多靶点、安全无害的治疗优势成为糖尿病肾病的治疗潜力药物，并逐渐向临床方向发展。本文着重对目前能够靶向PI3K/Akt 信号转导途径从而治疗糖尿病肾病的中药活性成分、提取物和复方及制剂进行了系统的总结，发现目前以复方和活性成分的应用为主，单味中药应用的研究相对较少。通过对相关活性成分相关中药的简要总结，发现目前糖尿病肾病相关的中药研究主要分布在补虚药、活血药及清热药（表4），而多数复方组成也集中于这3 类中药，这样的药物研究趋势正与目前益气养阴、健脾补肾、活血化瘀、清热解浊等中医治疗策略相符。从多项研究方法及数据来看，目前研究更倾向于以网络药理学、代谢组学等现代研究手段进行研究，并从临床经验及中医经典中出发，使研究更具实用意义。

表4 具有保护糖尿病肾病患者肾脏药理活性的中药及其有效成分Table 4 Traditional Chinese medicine and effective components with pharmacological activity of protecting patients with diabetic nephropathy

然而，在目前的研究中，仍然存在诸多亟待解决的问题。由表1～3 中显示的作用机制可知，中药通过调控PI3K/Akt 通路发挥作用的机制目前仍不明朗，即便是针对同一药物的不同研究，也同样存在巨大的分歧，这可能与实验中所使用的动物模型种类、病程不同以及实验采用的给药周期、给药剂量不同相关。此外，目前研究仍多是以某一下游或上游关键靶点蛋白表达水平做支撑佐证相应的观点，很少系统对多个靶点蛋白进行研究，明确各靶点的相互作用，这将是未来研究中需重点解决的问题。但不可否认的是，以目前的研究方向来看，通过PI3K/Akt 信号通路治疗糖尿病肾病的中药种类繁多，沙格列汀等化学药也同样能够调节PI3K/Akt信号通路活性参与糖尿病肾病进展[96]，结合PI3K/Akt 信号通路各靶点在糖尿病肾病发生发展中的推动作用，提示PI3K/Akt 信号通路或许能够作为糖尿病肾病治疗的药物靶向目标，延缓甚至阻断糖尿病肾病的发展，而能够通过PI3K/Akt 信号通路发挥作用的中药或许有望成为糖尿病肾病药物开发的新方向，具有极大的研究价值。同时，临床上或许能够尝试以PI3K/Akt 信号通路作为治疗节点，使用中药或中西医结合的治疗方案，达到更好的治疗效果。

综上所述，PI3K/Akt 信号转导途径是治疗糖尿病肾病的一项潜在且极具研究意义的靶点通路，对中药靶向PI3K/Akt 通路治疗糖尿病肾病进行更为系统的研究，有助于糖尿病肾病高特异性治疗药物的研发，对临床用药也具有一定的指导性，具有重要的临床意义。本文针对中药通过PI3K/Akt 通路治疗糖尿病肾病的研究进行了系统的综述，希望为糖尿病肾病的药物研究提供一定的参考依据。

利益冲突所有作者均声明不存在利益冲突