槲皮素治疗糖尿病肾病的作用机制研究进展

孟德森,靳英丽

0 引言

在糖尿病患者中,约有30%～40%的患者会出现糖尿病肾病(Diabetic nephropathy,DN)并发症[1]。DN的发生和发展主要受糖尿病患者体内高糖环境的影响,异常的糖代谢加重了肾脏的糖负荷,高糖代谢也造成活性氧(Reactive oxygen species,ROS)的大量产生,活性氧可诱导多种损伤因子,最终将导致肾小球、肾小管等结构纤维化[2]。肾脏的血流动力也将改变,进一步加重肾小球、肾小管的肿胀和硬化,并影响其滤过功能[3]。另外,在DN的进展过程中,常常也伴随着复杂的免疫炎症反应[4]。因此,DN是一种进行性的继发性肾病,随着疾病的进展逐渐发展为肾病综合征甚至终末期肾病。

槲皮素是一类天然的分布广泛的黄酮醇类化合物,基于其抗炎、抗氧化、调节免疫功能等作用[5],诸多研究者将其应用于治疗DN的基础研究中,并取得了一些成果。本文从DN的发生发展机制及临床病理改变着手,总结近年应用槲皮素治疗DN的作用机制研究进展,旨在为DN的治疗提供探索方向。

1 槲皮素改善肾脏实质损伤

1.1 缓解肾脏结构纤维化 糖尿病患者体内细胞在高糖环境下,由于线粒体超负荷工作,导致活性氧产生过多,同时细胞内抗氧化的还原型辅酶Ⅱ含量不足,这一过程常常导致一定程度的炎症反应。在大量活性氧累积的作用下,肾小球、肾小管间质等结构也逐渐发生纤维化改变[2]。Zhu等[6]在对青钱柳水提取物的研究中发现,其主要活性成分槲皮素通过阻断ROS/NLRP3/IL-1β途径的活化,对诱发的肾脏炎症显示出明显的治疗效果,表明槲皮素可以改善活性氧的累积,可能作为缓解肾脏炎症损伤的治疗药物。

另外,在高糖和活性氧累积的作用下,肾小球系膜细胞(Glomerular mesangial cell,GMC)常常在DN进展中表现出明显的增殖现象[7-9]。Lei等[10]研究了槲皮素对高葡萄糖诱导的小鼠GMC和瘦素缺陷型受体(Leprdb)突变小鼠(db/db)GMC增殖的影响机制,发现槲皮素可以抑制高葡萄糖处理小鼠和DN小鼠中的GMC增殖。可见槲皮素能够缓解DN的疾病进展,并在一定程度上可以减轻GMC的异常增殖及损伤,延缓肾小球的纤维化改变。Hu等[11]基于此研究,发现类黄酮化合物槲皮素可通过抑制上游氧化应激和炎症途径,促进足细胞自噬并抑制肾素-血管紧张素-醛固酮系统的过度活跃,最终缓解DN。由此说明槲皮素可尝试用于治疗DN导致的肾小球纤维化病变。

1.2 缓解肾脏血管病变 K-W结节又称结节性肾小球硬化症,是DN的特征性病理改变之一。有报道,微血管损伤是K-W结节形成的重要条件[12],因此,通过控制血管损伤,可能缓解K-W结节的形成与肾纤维化。研究显示,部分中药方剂可通过多靶点结合参与控制炎症反应、促进血管生成等方式,缓解高糖导致的血管损伤,通过筛选靶标验证,其组分之一的槲皮素具有较好的靶点结合活性[13-14],可以采用单一的槲皮素提取物或者含槲皮素的复方中药制剂修复患者的血管功能。此外,槲皮素可以在糖尿病患者血管内皮受损的基础上,促进全身多处器官的损伤血管再生成。应用槲皮素可诱导视网膜微血管内皮细胞[15]、肠道微血管内皮细胞[16]等再生和修复。因此,槲皮素应用于肾脏微血管的再生修复具有一定可行性,有待基础和临床研究进一步证实。

同时,肾脏的血管损伤及实质病变常常导致肾动脉高压,多数糖尿病患者也常伴随血压、血脂的升高。因此,在临床中常要辅以降血压药物和降血脂药物治疗。Elbarbry等[17]的研究中证明了槲皮素的抗高血压作用,并且其会抑制肾脏细胞色素酶CYP4A的活性,从而影响花生四烯酸在肾脏中的代谢。这表明槲皮素在保护血管内皮完整、增加血管弹性的同时,具有一定程度的抗高血压能力。此外,Li等[18]通过实验验证槲皮素有助于调节糖尿病患者的血脂异常,这将有效地缓解高血脂对肾脏血管结构的损害。因此,槲皮素可能在改善DN的同时,解决糖尿病患者血压、血脂异常的问题,也可以缓解肾脏结构在肾血管高压、高脂血液环境下的进一步受损。

2 槲皮素调节肾脏生理功能

2.1 调节肾脏异常糖代谢 葡萄糖转运蛋白由SLC2 (Solute carrier family 2)基因编码,属于协同转运蛋白超家族,负责葡萄糖的摄取和代谢[19]。糖尿病患者在高糖状态下,全身糖代谢发生障碍,此时体内近半数的葡萄糖经过肾脏代谢。因此,肾脏细胞葡萄糖转运蛋白的活性增强,高糖诱导的损伤介质也进一步增强了肾细胞葡萄糖转运蛋白的活性。在肾脏细胞糖代谢中,参与葡萄糖摄取转运的蛋白包括位于肾小管上皮细胞管腔膜的介导继发性主动转运的钠-葡萄糖协同转运蛋白(Sodium-dependent glucose cotransporters,SGLTs)和位于肾小管上皮细胞基侧膜的介导易化扩散的葡萄糖转运蛋白(Glucose transporters,GLUTs),调节肾脏异常糖代谢可从这2类葡萄糖转运蛋白的研究着手。

在Nassar等[20]的研究中,研究者联合应用槲皮素和二甲双胍,证实了槲皮素可以影响GLUT基因的表达,实验组对病变肾脏的改善最明显,且作用强于单独应用二甲双胍。另有研究证实,槲皮素也可以增强胰岛素受体β亚基的mRNA表达,进而降低高血糖水平[21-22]。

SGLT抑制剂是新型口服抗糖尿病药物,可以显著减少2型糖尿病患者的心血管事件以及肾脏疾病的进展[23],但研究显示,SGLT-2抑制剂可引起生殖器感染[24]。因此,SGLT-2在临床上的应用价值仍待进一步研究阐明,且槲皮素是否可以影响SGLT基因的表达目前未见相关文献报道。

2.2 控制肾脏免疫复合物沉积 DN患者常常伴随肾脏炎症反应,造成肾脏实质的破坏与免疫复合物的沉积加重,免疫复合物的沉积又进一步导致肾脏炎症反应的加重。因此,控制肾脏免疫复合物沉积和缓解炎症反应是治疗DN的一条重要途径。同时,参与免疫炎症反应的补体系统、模式识别受体、免疫因子等激活途径为DN的治疗提供了多种可供参考的干预靶点选择。近年来,相关学者基于网络药理学及分子研究,筛选出一系列的DN疾病基因靶点、中药有效成分及作用靶点,见表1。从表1中可见,在目前常见的用于治疗DN的中药制剂中,对DN治疗有意义的有效成分大多含有槲皮素,且这些有效成分影响调控的信号通路分布广泛。

表1 常见治疗糖尿病肾病的中药制剂的主要活性成分及其主要调控通路

研究显示,含有槲皮素的天然植物成分可以减少炎症因子IL-6、TNF-α和免疫球蛋白IgG的血清水平[39],但槲皮素是否可以改善IgG与补体成分在肾小球、肾小管的沉积仍未见相关研究。有报道,槲皮素可抑制IL-1β、IL-6、TNF-α等基因的表达[40-41]。表1说明槲皮素具有多靶点药物的性质并有一定的抗炎作用,上述基因表达靶点也将可能成为DN治疗的重要干预靶点。

2.3 改善肾脏滤过功能 肾脏足细胞,即肾小囊脏层上皮细胞,附着于肾小球基底膜(Glomerular basement membrane,GBM)的外侧,参与构成肾脏血液滤过屏障的一部分[42]。在DN的发生与进展中,肾小球的高灌注、高滤过常起关键作用,导致足细胞损伤。此外,足细胞损伤也可因免疫复合物介导[43]、肾小球细胞功能异常等机制发生。槲皮素可以改善DN患者异常的糖代谢和免疫复合物沉积,有利于延缓足细胞的损伤。Liu等[44]研究显示,槲皮素通过抑制表皮生长因子受体(EGFR)信号通路减轻足细胞凋亡,同时可以减少蛋白尿的生成。此外,槲皮素可增加足细胞标记蛋白ncphrin和WT-1的表达,以改善足细胞损伤[45]。由此可见,槲皮素可以缓解足细胞损伤,改善肾脏受损的滤过功能。

此外,在DN的进展过程中,由于肾小球、肾小管等损伤及肾动脉高压的出现,常伴发病理性蛋白尿。在Chen等[46]的一项关于先兆子痫的研究中,证实补充槲皮素可以进一步增强降低收缩压和减少蛋白尿的效果。同时,通过网络药理学模型分析,部分主要活性成分为槲皮素的中药制剂,可以通过结合多靶点,减少蛋白尿的生成[47]。

3 槲皮素对高糖环境细胞的保护作用

3.1 槲皮素保护胰岛B细胞 目前临床常用的治疗糖尿病药物(如双胍类药物、α-糖苷酶抑制剂等)均可有效控制高血糖,但血管并发症在糖尿病患者中仍很常见。Ghorbani等[48]采用队列研究证明,保留的胰岛B细胞功能可延缓糖尿病并发症的发展,同时,高糖环境导致过量的活性氧累积,通过内在途径诱导胰岛B细胞凋亡。因此,为保护患者未受损伤的胰岛B细胞,临床用药的同时,应清除细胞中积累的过量活性氧,而槲皮素可以改善活性氧的过度累积,联合应用槲皮素和降血糖药物,可能实现保护胰岛B细胞的目的。

此外,研究表明,类黄酮化合物槲皮素可以通过抑制NF-κB信号传导、激活PI3K/Akt途径、抑制一氧化氮的产生[48-50]、逆转溶酶体功能障碍[51]等方式维持胰岛B细胞存活。Dhanya等[52]也通过实验证明了槲皮素通过激活mTOR信号传导,导致诱导氧化应激下胰岛B细胞中的胰岛素分泌增加,从而调控血糖水平。因此,临床上可以尝试应用槲皮素保护胰岛B细胞,并避免受损的胰岛B细胞损伤加重,表明槲皮素可以延缓糖尿病及其并发症的进展程度。

3.2 槲皮素缓解其他细胞损伤 DN是糖尿病患者最重要的合并症之一,在发生DN时,往往同时合并其他器官或系统的微血管病,如糖尿病视网膜病变和外周神经病变等,表2总结了槲皮素对糖尿病患者不同细胞的保护作用及机制。Dong等[53]应用槲皮素治疗,显著抑制高糖环境诱导的大鼠海马中神经细胞凋亡。血糖水平影响血管内皮功能,Tumova等[54]研究显示,采用类黄酮化合物槲皮素长期治疗,可以显著增加内皮细胞中的葡萄糖摄取及代谢水平,从而改善心血管损伤。在糖尿病患者中,持续高血糖水平进一步损伤胰岛B细胞,加重体内胰岛素抵抗,进一步升高血糖,称为葡萄糖毒性[55]。Civelek等[56]报道,槲皮素可以通过隔离潜在的细胞毒性聚集体,保护秀丽隐杆线虫免受糖毒性,表明槲皮素可以防止高糖诱导的蛋白质聚集和功能丧失,从而避免了细胞生理功能的破坏。Sozuer等[57]采用链脲佐菌素诱导糖尿病大鼠模型,经槲皮素治疗后血糖水平降低,肾细胞凋亡比例下降。由此可见,槲皮素可缓解高糖环境下的大部分细胞包括肾脏细胞的损伤,并降低血糖水平。结合表2,表明槲皮素可减少或延缓糖尿病并发症的发生。

表2 槲皮素对糖尿病患者不同细胞的保护作用及机制

4 结语

本综述总结了近年来槲皮素治疗改善糖尿病肾病作用机制的基础研究进展,包括改善肾脏实质损伤、缓解修复血管病变、降低血糖、血压、血脂水平、调节异常糖代谢、改善肾脏滤过功能等,部分结果有待临床进一步研究和证明。槲皮素具有抗炎、血管内皮修复、心脑血管的保护作用等功能,其在糖尿病肾病及其他并发症的发生和进展中起到一定作用。槲皮素具有良好的安全性,但临床用药时,需注意剂量的不同导致药物毒性的升高。寻求合适的药物载体以及槲皮素联合用药仍需要进一步探索。

此外,表观遗传学通过多种机制改变基因表达,造成细胞功能异常,槲皮素在肿瘤治疗中常应用表观遗传的思路[63],这一思路可能借鉴到糖尿病肾病的治疗研究之中。同时,由于肾小球的损伤很难逆转,导致肾脏疾病往往呈进行性加重。因此,未来的研究可更多关注槲皮素结合靶点的探索以及使用槲皮素治疗能否恢复损伤的肾小球功能,这有待基础和临床研究的进一步探索。