糖尿病肾病肾纤维化发病机制及治疗研究进展

敖雅慧，曹文富

（1．重庆医科大学第一临床学院2019级硕士研究生，重庆 400016；2．重庆医科大学附属第一医院中西医结合科，重庆 400016）

糖尿病肾病（Diabetic Nephropathy，DN）是糖尿病（Diabetes Mellitus，DM）最常见的微血管并发症之一，也是许多国家终末期肾病（End stage renal disease，ESRD）的主要基础疾病。无论在发达国家还是发展中国家，糖尿病都是常见疾病之一［1］。糖尿病已经成为一个主要的全球健康问题。根据国际糖尿病联盟的数据，2017年全球约有4.51亿糖尿病患者（年龄18～99岁），预计到2045年，将增加到6.93亿［2］。糖尿病肾病是糖尿病的第二大并发症，是糖尿病的主要微血管并发症之一，也是终末期肾脏疾病的主要原因［3-4］。纤维化是所有慢性肾脏疾病的特征，现已被认为是疾病进展的独立预测因子。肾小球毛细血管壁，间质间隙和小动脉周围的细胞外基质沉积的程度可以作为对肾单位及其周围脉管系统功能衰竭的预测指标［5］。越来越多证据表明肾纤维化是导致糖尿病肾病及其终末期肾脏疾病的主要病理因素［6］。因此，深入研究肾纤维化的发病机制及治疗药物具有十分重要的意义。纤维化意味着过度的瘢痕形成，通常是对反复或慢性损伤修复性反应，但过度纤维化终将导致器官结构破坏和功能丧失。纤维化的病理机制复杂，扰乱了正常的组织结构，继而损害了正常的器官功能［7-8］。纤维化是由多种因素协同作用的结果。现将纤维化在糖尿病肾病发病中的机理与治疗研究进展综述如下。

1 细胞因子与肾纤维化

1.1 转化生长因子-β（Transforming Growth Factor β，TGF-β）

TGF-β是导致终末期肾病的肾小球硬化和纤维化的关键因子，能通过激活蛋白激酶等细胞内信号通路和多种细胞因子等促进纤维化，是导致终末期肾病的肾小球硬化和纤维化的关键介质。几乎所有类型的肾细胞都能分泌TGF-β并表达TGF-β受体，它们通过自分泌和旁分泌途径参与糖尿病肾纤维化的发生和发展［9］。

TGF-β是导致大多数慢性肾脏病纤维化的主要分子，通过典型（基于Smad）和非典型的（非Smad）信号通路诱导肾纤维化，并与许多其他信号通路之间相互作用刺激细胞外基质（Extracellular matrix，ECM）的产生和抑制ECM的降解来介导进行性肾纤维化［10］。Smad信号是关键的下游调节因子，被认为是TGF-β介导的进行性肾纤维化的主要途径［11］。在纤维化形成过程中，Smad3被高度激活，这与Smad7的下调有关（抑制性），Smad3和Smad7之间的平衡变化可能导致肌成纤维细胞的激活，进而导致ECM的过度产生及ECM的降解减少［12］。在肾纤维化和炎症过程中，Smad3发挥促纤维化作用，而Smad7发挥肾脏保护作用［13］。在动物研究中，TGF-β1中和抗体和TGF-β1信号抑制剂可有效改善糖尿病肾病肾纤维化［14］，还可以通过调节TGF-β1/Smad2信号通路减轻系膜细胞增殖和ECM沉积［15］，但是应用TGF-β1中和抗体的临床研究未能证明其有明显的肾脏保护疗效［16］。虽然TGF-β在纤维化中地位很重要，但直接靶向应用TGF-β的结果并不满意，因为它在免疫调节等其他生物学过程中也具有多种功能。进一步了解TGF-β在纤维化疾病中的调控及其作用机制有助于更好的确定许多潜在的抗纤维化靶点。这些靶点有可能在制定预防或延缓肾纤维化进展的治疗方案中具有重要意义。

1.2 结缔组织生长因子（connective tissue growth factor，CTGF）

CTGF是TGF-β的下游分子，在肾纤维化中起重要作用。CTGF是一种高度关键的蛋白，与糖尿病肾病的结构和功能改变有关。研究表明，CTGF发挥多种生物学功能，包括促进细胞趋化、迁移、细胞粘附、增殖、分化和ECM合成［17］，在进展性人类肾脏疾病中过度表达，主要分布在纤维化区域。在糖尿病肾病诱导的动物模型中，肾小球CTGF水平升高，糖尿病患者的肾组织中也是如此。CTGF可促进I型、IV型胶原和纤维连接蛋白（Fibronectin，Fn）等细胞外基质成分的沉积，从而促进系膜细胞的肥大。Pamrevlumab（FG-3019）是一种人抗CTGF的重组单克隆抗体，一项2期临床随机、双盲、安慰剂对照试验显示Pamrevlumab能延缓特发性肺纤维化的进展，耐受性良好，目前，Pamrevlumab正处于3期开发阶段，有望成为治疗特发性肺纤维化的一种新颖、安全和有效的疗法［18］。在肾纤维化研究治疗中尚无关于人抗CTGF的相关治疗研究，所以在肾纤维化中，CTGF仍有很大的研究空间。

1.3 血管紧张素II

血管紧张素Ⅱ（AngⅡ）是肾素-血管紧张素系统中最重要的生物活性物质，AngⅡ的异常激活参与了糖尿病肾病纤维化的发生［19］。AngⅡ不仅通过血流动力学作用参与肾脏损害，而且通过非血流动力学作用促进肾小球系膜细胞增殖和肥大，导致细胞外基质积聚和肾脏纤维化［20］。AngⅡ可诱导肾小球系膜细胞增殖，并显著增强TGF-β/Smad信号转导和IV型胶原水平。此外，Ang II刺激增加炎症相关因子的表达，包括ICAM-1、MCP-1和NF-κB，从而诱导ROS的产生［21］。RAAS抑制剂可以改善糖尿病的肾间质纤维化，降低致纤维化生长因子的产生。RAAS抑制剂还能通过直接作用于近端肾小管上皮细胞来防止肾小管间质纤维化，并抑制高血糖诱导的生长因子的产生，从而抑制成纤维细胞的活化［22］。针对Ang II诱导的糖尿病肾病肾损害的研究有助于了解其参与疾病的过程及抑制其作用。

2 炎症反应与肾纤维化

肾脏炎症在糖尿病肾病的发病机制中起着重要的作用，参与了糖尿病肾病的发病和进展。糖尿病肾病是一种糖尿病微血管并发症，其特征是慢性低度炎症［23］，炎症可以诱导纤维连接蛋白的表达和ECM的积累，从而加速肾小球硬化和小管间质纤维化的进展。肾脏炎症包括炎症信号通路的上调、细胞因子和趋化因子的释放和免疫细胞的浸润，肾脏炎症和纤维化的发展是一个复杂的过程［24］。肿瘤坏死因子-α（TNF-α）、白细胞介素-1（IL-1）、IL-6和IL-18、细胞间粘附分子（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）、血管细胞粘附蛋白1（vascular cell adhesion protein 1 ，VCAM-1）、单核细胞趋化蛋白-1（Monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）等多种炎症介质在糖尿病时表达上调［25-27］，炎症状态导致肾小管上皮细胞向间充质细胞的转变、纤维细胞的募集以及成纤维细胞向肌成纤维细胞转分化和增殖，所有这些细胞类型的变化和增殖都会增加ECM的产生和沉积，从而促进肾纤维化进程［28］。

研究表明通过抑制NF-κB信号通路和降低多种促炎因子的水平，包括TNF-α，IL-1β和IL-6，可以减轻炎症反应和抑制纤维化进程［29］。实验发现RIPK3缺乏减轻了糖尿病诱导的肾纤维化，与NLRP3炎症小体活化减少有关［30］。NLRP3的敲除能抑制糖尿病大鼠肾脏炎症小体活化、巨噬细胞浸润、TGF-β1和CTGF的表达以及Smad3的激活，改善糖尿病小鼠肾小球病变，减弱ECN、Fn、I型胶原和IV型胶原的表达［31］。线粒体靶向抗氧化剂MitoQ能诱导db/db小鼠肾脏线粒体ROS水平降低，减弱TXNIP/NLRP3/IL-1β信号通路的激活，从而减轻肾细胞凋亡和纤维化［32］。炎症不仅可以作为单一机制参与纤维化过程，还可作为其他发病机制的上游或下游通路。但其潜在机制的研究尚不满意，因此控制过度炎症对抑制进行性肾纤维化引起的糖尿病肾病进展具有巨大的治疗潜力。

3 氧化应激与肾纤维化

活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平过高会改变细胞蛋白质和脂质的结构和功能，引起细胞功能障碍，包括能量代谢受损，细胞信号和细胞周期控制改变，细胞转运机制受损，整体生物活性失调，导致免疫激活和炎症［33］。

在糖尿病状态下，ROS是导致肾纤维化的重要因素之一，通过多种机制触发肾小管间质纤维化和肾小球硬化。首先，高血糖和其他刺激因素如AngII、TGF-β和晚期糖基化终产物（reactive oxygen species，AGEs）上调固有肾细胞中NOx的表达，导致ROS产生过多［33］。NADPH氧化酶在肾脏中广泛表达，是肾内氧化应激的主要来源［34］。NADPH氧化酶4（NADPH Oxidase 4，NOX4）是一种具有结构性活性的NOx［35］，高糖通过上调NOX4诱导的ROS过度产生在肾脏炎症和纤维化过程中起重要作用［36］。通过减少高糖暴露可降低肾小球系膜细胞ROS的产生而抑制Fn和ICAM-1的表达，从而减轻糖尿病肾纤维化［37］。研究发现在糖尿病肾病中肾小球NOX4的表达增强，但在肾小管NOX4缺失。在肾小管上皮细胞中过表达并没有引起损伤或纤维化，证明了NOX4衍生的ROS对肾小管上皮细胞的影响与足细胞中的ROS不同［38］。虽然ROS和氧化应激的产生长期以来一直被认为是糖尿病肾损害的驱动因素，但直接减少ROS或增强抗氧化能力（内源性或外源性）的治疗策略尚未显示出明显的临床益处。

4 上皮间充质转化与肾纤维化

上皮间充质转化（Epithelial to Mesenchymal Transformation ，EMT）被认为是胚胎发育、原肠形成和某些器官发育的重要过程，还与组织修复、癌症进展和器官纤维化有关［39］。EMT是一个程序化的过程，在这个过程中，上皮细胞获得了间充质细胞（成纤维细胞样）的表型［39］。越来越多的证据支持EMT参与肾脏疾病，特别是肾纤维化［40］。上皮-间质转化在糖尿病肾病的肾间质纤维化中起重要作用［41］。在慢性肾脏病中，TGF-β/Smad3信号通通路参与了介导EMT的关键过程［42］。研究发现miR-21过表达通过下调Smad7和上调Smad3的表达来增强TGF-β1诱导的EMT促进纤维化进程［43］。通过对TGF-β及NF-κB途径的抑制，可以抑制足细胞的EMT而起到抑制肾纤维化的作用［40］。

5 自 噬

自噬是一种细胞分解代谢过程，在饥饿、缺氧、内质网应激和高血糖等应激条件下，细胞降解和循环利用功能障碍的蛋白质和受损的细胞器，以维持细胞的稳态。肾细胞（包括足细胞，肾小球系膜细胞，内皮细胞和肾小管细胞）的自噬缺陷或功能不全会加剧糖尿病肾病的发生与发展［44］。内皮特异性自噬缺陷会恶化链脲佐菌素诱导的糖尿病表型，在链脲佐菌素诱导的自噬缺陷小鼠中可以看到严重的微量蛋白尿、内皮损伤和足细胞损伤［45］。Apelin在正常葡萄糖和高糖条件下均诱导足细胞凋亡并抑制足细胞自噬，而F13A则逆转这些作用。Western blot研究发现，apelin通过ERK、Akt和mTOR依赖途径抑制足细胞自噬［46］。P2Y2R缺陷可通过调控AKT/FOXO3a和SIRT-1信号通路，恢复DN诱导的自噬反应，保护肾小球和小管损伤及间质纤维化［47］。Smad3通过触发糖尿病肾病肾小管上皮细胞溶酶体损耗促进自噬失调［48］。

6 中医治疗研究进展

6.1 中药提取物

穿心莲酯可以防止肾脏肥大和ECM沉积，此外，还减弱NOX1表达，减弱ROS和促炎细胞因子的产生，抑制Akt/NF-κB信号通路。这些结果表明穿心莲内酯通过抑制肾脏的氧化应激，炎症和纤维化而对实验性DN的进展具有保护作用［49］。

姜黄素衍生物J17在体外和体内都能降低高糖诱导的炎症反应，分别抑制p38MAPK和AKT信号通路的激活而显示出显著的抗炎和抗纤维化活性［50］。

夏枯草提物（APV）可减弱高糖诱导的TGF-β和Smad-2/4的表达，上调Smad-7的表达水平，干扰TGF-β/Smad信号通路，对糖尿病肾功能障碍（包括炎症和纤维化）具有显着的保护作用［51］。

五味子素B（SchB）可以显着减轻高血糖引起的肾损伤，肾组织的组织学检查表明，SchB能显著抑制纤维化的发展和肾细胞凋亡。SchB对DN的保护作用与抑制炎症反应和氧化应激有关［52］。

6.2 中药复方

黄葵胶囊通过抑制NLRP3炎性小体活化和TLR4/NF-κB信号转导减轻糖尿病肾病肾小管上皮细胞间质转化［53］。

肾舒胶囊能通过抑制AKT/NF-κB通路的激活以及下调α-SMA的表达，从而减缓糖尿病肾病的发展，对肾脏起到保护作用［54］。肾炎康复片能降低db/db小鼠肾功能损害，减轻肾小球和肾小管损伤，减轻肾脏炎症［55］。

7 现代医学治疗研究进展

RAAS抑制剂可以改善糖尿病诱导的肾间质纤维化，降低纤维化生长因子的产生。RAAS抑制剂通过直接作用于近端肾小管上皮细胞来防止纤维化，并抑制高血糖诱导的生长因子的产生，从而抑制成纤维细胞的活化［22］。然而，ACEi或ARB的使用不能完全阻止DN向ESRD的发展。有几项研究探讨了对RAAS更广泛抑制（ACEi与ARB联合）的潜在益处。与预期相反，双重RAAS阻断不能提供长期益处，反而会增加不良事件风险，如高钾血症和急性肾损伤［56］。近年来，另一种利用盐皮质激素受体拮抗剂（MRA）强化RAAS阻断的方法引起了广泛关注。这些第3代MRA-finerenone与类固醇MRA相比，具有更好的选择性和更高的抑制盐皮质激素受体的效力。不过，这些药物可能与较低风险的高钾血症有关［57］。临床前数据显示，finerenone对肾脏和心血管的益处与通过抑制盐皮质激素受体过度激活而产生的强大的抗炎和抗纤维化作用有关［58-59］。

钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT-2）抑制剂和胰高血糖素样肽-1（GLP-1）激动剂是新型降血糖药物，还兼具肾脏保护作用。实验研究表明SGLT-2抑制剂可能具有抗炎和抗纤维化作用［60］。在一项临床试验中，与格列美脲治疗相比，Canagliflzin治疗确实能降低TNF-α、IL-6、MMP-7和FN1的水平，这表明Canagliflzin治疗有助于逆转与炎症、细胞外基质和纤维化相关的分子病理过程［61］。

内皮素-1（ET-1）主要通过激活内皮素A受体，在肾细胞损伤、蛋白尿、炎症和纤维化导致的慢性肾病中有重要作用［62］。一项关于阿曲生坦对肾脏疾病研究中显示，ET-A受体拮抗剂阿曲生坦使血清肌酐翻倍或终末期肾病的风险要比安慰剂低得多［63］。

在糖尿病肾病中，持续的氧化应激会导致凋亡信号调节激酶-1（ASK-1）激活，随后通过激活下游信号通路诱导凋亡、炎症和纤维化［64］。选择性ASK1抑制剂能减少肾组织p38 MAPK的激活，并阻止了糖尿病小鼠肾病的进展，这表明ASK-1抑制剂有用于治疗糖尿病肾病的潜力［65］。

总之，引起肾纤维化病因和发病机理复杂且相互交织，导致治疗靶点复杂，但也正因为相互串扰；目前西医治疗多集中于单一靶位或途径，疗效不理想。与针对单个分子靶点的化学制剂相比，中药成分复杂，而含有不同成分的中药可发挥多途径、多靶点协同效应的优势。随着研究的越来越深入，中药治疗肾纤维化的优势逐步凸显。