自噬与糖尿病肾病的关系及中医药干预机制研究进展

洪 佳,陈 勇

(福建中医药大学中西医结合学院,福建 福州 350122)

糖尿病肾病(Diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最常见、最严重的微血管并发症之一,是由于长期高血糖导致的肾脏损害,其典型特征是尿白蛋白排泄率的逐渐增加。DN亦是引起终末期肾病的最常见原因[1]。调查显示,我国糖尿病肾病的患病率约为21.8%,并且逐年提高[2]。目前临床治疗DN的药物主要有肾素血管紧张素系统(RAS)抑制剂、盐皮质激素受体拮抗剂(MRA)、钠-葡萄糖共转运蛋白2抑制剂(SGLT2i)、肠促胰素类药物,虽能一定程度上缓解DN患者的病情,但临床预后较差且具有不良反应,因此迫切需要探究DN的发病机制及治疗方法。DN的发病机制复杂,研究表明肾小球系膜细胞、足细胞和肾小管上皮细胞等肾脏细胞自噬异常与DN的发生发展关系密切[3]。中医学认为DN的基本病因为禀赋不足、饮食不节、劳逸过度等,病机为本虚标实,本虚以气阴两虚为主,病久不愈,多脏受累,在疾病发展过程中逐渐产生瘀、痰、郁、热、湿等标实的病理产物[4]。在治疗上,以滋阴益气、活血化瘀为基本治则。中医药具有多层次、多靶点、不良反应小的特点,治疗DN有其独特优势。基于以上背景,本文对自噬与DN的关系及近年来中医药干预DN的研究进行综述。

1 自 噬

自噬在机体自身修复中起重要作用,其分为巨自噬、分子伴侣自噬及微自噬3种,3种自噬通过不同的底物运送方式将细胞内受损的细胞器及错误折叠的蛋白质转移至溶酶体,再利用溶酶体的降解功能将这些物质降解成氨基酸及其他副产物回到细胞质中,供机体重新合成大分子产物。虽然自噬可以调节细胞功能状态,但同时在糖尿病、肿瘤、脑卒中等疾病的发展中也可表现为一把双刃剑的作用,适度激活可以帮助细胞清除受损的细胞器和错误折叠的蛋白质,使细胞恢复正常;但是过度的自噬将会诱导细胞死亡,并与凋亡信号一起发挥作用;激活不足则导致细胞内细胞器功能异常[5]。细胞自噬受到多种因素的调节,许多学者通过对细胞自噬进行研究,发现很多因素可以影响信号转导通路进而在细胞自噬上起调控作用,哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)相关通路是目前研究较为深入的一个[3]。

2 自噬与糖尿病肾病

糖尿病肾病的发病机制复杂,目前认为主要与肾血流动力学改变、机体代谢紊乱、氧化应激、炎症反应、自噬和表观遗传学改变有关[6]。自噬作为维持细胞内环境稳态的一种重要机制,其在正常情况下能避免肾小球和肾小管细胞受损伤,而在持续高糖的环境下肾脏细胞自噬失调造成其不可逆的损伤,加快了DN的发展[7]。足细胞是构成肾小球滤过屏障的重要部分,足细胞损伤与自噬密切相关,是DN发病和进展的核心环节;同时自噬受多种营养信号敏感通路的影响,这些通路分子表达影响自噬平衡[8]。

2.1 糖尿病肾病中自噬的分子调控机制

2.1.1 mTOR信号通路:mTOR是一种丝氨酸/苏氨酸磷酸化酶,其作为调节细胞自噬的重要信号通路,分为mTORC1和mTORC2两种复合物形式,而调节细胞增殖、凋亡和自噬的主要为mTORC1[9]。傅丹青等[10]利用绞股蓝总皂苷对高糖组足细胞进行干预,发现绞股蓝总皂苷和雷帕霉素组较高糖组的mTOR蛋白表达水平下降,而自噬标志物LC3等表达水平明显上升,表明抑制mTOR的表达可以提高自噬水平,保护足细胞。INOKI等[11]通过建立TSC1基因(mTOR负调控基因)缺乏的小鼠模型发现足细胞中mTORC1特异性位点的激活能够引发蛋白尿及肾小球形态变化等病理特征,表明其在DN的发生发展中起着关键作用。同时mTORC1参与自噬的调节与PI3K-Akt信号通路密切相关,PI3K/Akt/mTOR也是目前研究较为广泛的自噬信号通路。酪氨酸激酶受体被胞内和胞外因子活化进而激活PI3K,激活的PI3K将底物PIP2催化为PIP3,PIP3与磷酸肌醇依赖的激酶-1(PDK-1)激活Akt,Akt活化后再进一步活化mTOR,活化后的mTOR激活其下游的相关因子,从而抑制细胞的自噬作用[12]。

2.1.2 AMPK信号通路:AMPK激活后调节多种代谢过程,其机制是通过磷酸化mTORC1、ULK1和PIK3C3/VPS34复合物中的自噬相关蛋白直接促进自噬,或通过间接调控转录因子如FOXO3、TFEB、BRD4下游的自噬相关基因的表达来促进自噬[13]。LIU等[14]研究发现大黄素能增加LC3-Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin-1蛋白的表达,其通过肾脏中的AMPK/mTOR信号通路增强足细胞的自噬。同时也有研究表明芒柄花苷可以激活AMPK和SIRT1表达,抑制FOXO1表达,改善肾脏氧化应激状况,抑制自噬,延缓DN的发生发展过程[15]。

2.1.3 其他信号通路:此外,SIRT1、Wnt/β-catenin、JAK/STAT等信号通路均参与DN的自噬调控。SIRT1通过调节氧化应激、肾小管间质纤维化、自噬、细胞凋亡和炎症等各种内源性途径参与DN的发生发展,发挥肾脏保护作用[16]。熊哲学等[17]发现达格列净通过上调SIRT1的表达增强糖尿病肾病大鼠肾脏细胞自噬从而抑制其足细胞损伤,延缓DN的发展。Wnt/β-catenin信号通路是一个进化保守的信号系统,其与肾纤维化等多种肾脏疾病密切相关。有研究显示AGEs(晚期糖基化终末产物)可活化Wnt/β-catenin信号通路导致足细胞自噬水平下降和细胞迁移能力受损[18]。

2.2 自噬与足细胞损伤 糖尿病肾病的发病机制较为复杂,其中足细胞损伤是其发展的关键因素。足细胞是肾脏滤过功能的基础之一,其与肾小球内皮细胞和系膜细胞一起构成了滤过网,维持着肾脏的基本结构和功能。当足细胞受损后,肾脏滤过功能出现障碍,剩余正常的足细胞进行代偿性工作,长期处于应激状态加重了足细胞损伤,导致肾小球基底膜破碎,蛋白质等大分子渗出,引发严重的肾脏疾病[19]。自噬是机体内降解蛋白质等大分子的重要机制,终末期细胞通过此方式防止受损细胞器等继续增殖,进而保护细胞结构和功能完整。足细胞是高度分化的终末期细胞,生理状态下具有很高水平的自噬,因而自噬能够反映足细胞的功能状态[20]。文献报道,通过用3-MA、Beclin-1和siRNA抑制自噬,足突蛋白的表达受到抑制,导致肾小球滤过屏障受损,蛋白尿增加,表明抑制足细胞自噬会导致足细胞结构和功能的受损[21]。林劲等[22]通过动物实验发现白芍总苷可以调节自噬活性来保护足细胞结构的完整。DN最常见的临床特征蛋白尿是由足细胞受损导致的,在动物实验中用益智仁-乌药药对进行干预,结果表明该药可通过减少足细胞自噬,有效减轻足细胞的损伤,进而减少蛋白尿的发生,发挥治疗DN的作用[23]。越来越多的研究显示DN的发展与足细胞受损密切相关,DN患者体内出现足细胞相关蛋白Nephrin的表达下降,同时足细胞的形态也发生变化[24]。

3 中医药干预DN自噬机制

DN在中医学归属于“消渴”并发“水肿”“尿浊”“肾消”和“虚劳”等范畴,中医认为细胞自噬与气虚、痰浊血瘀等有关,自噬减少会造成机体病理产物堆积,导致痰浊血瘀;而细胞不正常的死亡将会造成过多蛋白质降解,导致机体气虚[25]。自噬是机体转化和消除痰浊血瘀,达到阴阳气血平衡的机制。中医药具有辨证施治的特点,其在调节气虚、痰浊血瘀等方面有着丰富的经验,而用于治疗DN的中药也多属益气活血祛瘀类,与上述观点相吻合。目前,越来越多的中药单体、提取物及复方被证实通过调控自噬对糖尿病肾病起治疗效果。

3.1 中药单体及提取物

3.1.1 葛根素:是中药葛根的根部分离出的主要成分,其已被证实在心脑血管疾病、糖尿病及其并发症、骨坏死、帕金森病、阿尔茨海默病等疾病中有良好的疗效[26]。足细胞受损是DN的发病机制之一,实验发现葛根素能上调miR-30e-5p的表达,减少足细胞的凋亡,有效减轻足细胞受损,同时葛根素能明显降低p62的表达和提高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值,提示其减少细胞凋亡与自噬有关[27]。李晓艳等[28]发现葛根素可下调miR-370表达,进而调控自噬相关蛋白、提高细胞自噬、抑制细胞凋亡,从而减轻高糖所致的足细胞损伤。

3.1.2 三七总皂苷:是中药三七的主要活性成分之一,含多种单体皂苷,如人参皂苷Rg1、Rb1和三七皂苷R1等,具有抗炎、抗氧化、调控自噬和脂代谢等作用。徐莉莉等[29]研究发现三七总皂苷能上调抑凋亡基因Bcl-2蛋白表达和下调促凋亡基因Bax 蛋白表达,从而使细胞凋亡被抑制,同时增强自噬,促使LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ转换,发挥减轻DN小鼠肾脏损伤的作用。HUANG等[30]在高糖环境下进行足细胞造模,发现三七总皂苷的主要成分三七皂苷R1可以通过PI3K/Akt/mTOR通路抑制细胞凋亡和促进自噬,从而保护足细胞免受高糖诱导的损伤。

3.1.3 黄连素:又名小檗碱,研究表明其在心血管疾病、糖尿病及其并发症和肿瘤治疗中发挥重要作用,能改善代谢紊乱、减轻炎症反应、抑制氧化应激、调节自噬等。杨琳等[31]在实验中发现小檗碱可以激活SIRT1/AMPK信号通路,加强肾脏系膜细胞的自噬作用,发挥保护肾脏的作用。细胞实验显示小檗碱可通过激活AMPK提高自噬水平,减轻足细胞损伤[32]。小檗碱也可通过抑制mTOR/P70S6K/4EBP1信号通路激活足细胞自噬,从而减少足细胞凋亡[33]。

3.1.4 雷公藤多苷:为雷公藤去皮根部的提取物,具有抗炎、抗肿瘤和免疫调节等功效,在临床上可应用于紫癜性肾病、糖尿病肾病、肾病综合征等的治疗。雷公藤多苷治疗糖尿病肾病的具体机制主要有抗氧化、抗炎、保护足细胞并提高自噬水平等。何康靖等[34]利用雷公藤多苷片对大鼠进行干预,发现其可以通过PI3K/Akt/mTOR通路调控自噬,从而改善糖尿病肾病大鼠的肾脏损伤。张筠等[35]通过动物实验发现给予雷公藤多苷干预,可显著提高自噬相关蛋白LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ表达水平,有效延缓糖尿病肾病的发展。

3.2 中药复方 益气活血养阴清热方由黄芪、当归、丹参、生地、知母、黄柏、黄连、牛膝组成,研究表明其可以上调大鼠肾组织LC3Ⅱ、Beclin-1及AMPK、ULK1相关蛋白表达并下调mTOR相关蛋白表达来延缓DN大鼠肾损伤[36]。补肾降糖方是由黄芪、葛根、泽泻、白术、麦冬、黄柏、陈皮等药物组成,具有清热燥湿、补脾滋肾、利尿渗湿等功效。尹建平等[37]在研究中发现补肾降糖方能明显改善DN模型大鼠血、尿生化指标,降低DN大鼠肾脏组织损伤,并促进肾小管上皮细胞自噬。当归补血汤由当归和黄芪组成,其可通过调控自噬来保护足细胞,延缓DN的发展[38]。通络益肾方由生地、山茱萸、山药、茯苓、制附子、泽泻、水蛭、全蝎、桃仁、酒大黄组成,范增慧等[39]实验发现在高糖环境对足细胞进行造模,用通络益肾方及其拆方进行干预并观察,结果显示干预组XNIP、mTOR蛋白表达下降,足细胞Beclin-1蛋白表达明显升高,抗凋亡蛋白Bcl-xl表达升高,足细胞Bax蛋白表达降低,同时线粒体内有不同程度的自噬体形成,表明通络益肾方可以提高足细胞自噬水平,降低凋亡率,进而减少足细胞损伤,延缓DN的发展。

4 小 结

DN是糖尿病最严重的并发症之一。“自噬”是当前糖尿病肾病的发病机制研究热点之一,多条信号通路参与了自噬的调控。近年来对于中医药防治DN的研究取得了很大进展,许多中药单体、提取物及复方通过调控自噬治疗DN的机制逐渐被发现,但仍存在局限性,中药复方成分较多,其对自噬的调控机制可能存在多靶点、多通路;同时多数研究并未阐明中药复方中发挥疗效的具体组分。因此,未来对于中医药调控自噬机制可以从多靶点、多通路方面更深入地开展研究,这将为DN的临床治疗提供新思路。