氧化應(yīng)激與糖尿病腎病*

胡愛民 萬巧巧

武漢市中醫(yī)醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430014

氧化應(yīng)激與糖尿病腎病*

胡愛民 萬巧巧

武漢市中醫(yī)醫(yī)院內(nèi)分泌科，武漢 430014

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是常見的糖尿病微血管并發(fā)癥之一。Banting獎獲得者Brownlee提出了糖尿病并發(fā)癥的統(tǒng)一機(jī)制學(xué)說，認(rèn)為經(jīng)典的糖尿病并發(fā)癥的多元醇途徑、糖基化終末產(chǎn)物(AGE)途徑、蛋白激酶C(PKC)途徑和氨基己糖途徑均是高糖環(huán)境下線粒體呼吸鏈中氧自由基生成過多的結(jié)果，即高糖損傷的共同基礎(chǔ)是氧化應(yīng)激[1]。氧化應(yīng)激是指氧化物，如活性氧自由基(ROS)和活性氮自由基(RNS)生成過多，抗氧化物生成不足，促氧化與抗氧化之間失去平衡導(dǎo)致的組織損傷[2]。抗氧化系統(tǒng)，一類是非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽(GSH)、α-硫辛酸等；另一類是酶抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等[3]。

1 糖尿病與氧化應(yīng)激

糖尿病或高血糖狀態(tài)下，腎臟內(nèi)皮細(xì)胞的ROS會過度生成，具體機(jī)制[4-5]如下：①高血糖引起葡萄糖自身的氧化作用增強(qiáng)，在生成烯二醇和二羥基化合物時(shí)產(chǎn)生大量自由基；②蛋白質(zhì)的非酶糖化，在非酶促條件下，葡萄糖和蛋白質(zhì)相互作用，形成漸進(jìn)性AGE，AGE與其受體糖基化終產(chǎn)物受體(RAGE)結(jié)合，促進(jìn)活性氧類(ROS)形成；③高血糖可導(dǎo)致多元醇通路活性增強(qiáng)，大量還原型輔酶Ⅱ(NADPH)變成氧化型輔酶Ⅱ(NADP)，消耗大量還原型谷胱甘肽(G-SH)，削弱自由基清除系統(tǒng)，導(dǎo)致體內(nèi)ROS的積累；④高血糖可增加體內(nèi)血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)生成，AngⅡ與血管緊張素受體(AT1受體)結(jié)合可激活NAD(P)H氧化酶，產(chǎn)生大量ROS；⑤高血糖還可使線粒體內(nèi)膜電位差增大，形成超極化，通過輔酶Q的電子傳遞使氧分子還原，產(chǎn)生大量的ROS；⑥PKC活化，高血糖可激活PKC，進(jìn)而活化細(xì)胞，增加還原型輔酶Ⅱ氧化酶，誘導(dǎo)ROS的合成以及隨后的脂質(zhì)過氧化，同時(shí)，ROS再次激活PKC，從而使ROS的產(chǎn)生進(jìn)一步增加。抗氧化系統(tǒng)清除能力減弱，高血糖可導(dǎo)致抗氧化酶的糖基化，SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶活性降低；血糖代謝紊亂還可使維生素C、維生素E、GSH等抗氧化劑水平下降，削弱了機(jī)體清除自由基的能力。

2 氧化應(yīng)激對腎臟的損害

2.1 ROS對腎小球血流動力學(xué)及血管通透性的影響

高血糖引起的AGEs與系膜細(xì)胞上的RAGE結(jié)合，可通過誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，介導(dǎo)AngⅡ產(chǎn)生增多，AngⅡ?qū)δI小球入球動脈的收縮作用小于出球動脈，進(jìn)而導(dǎo)致腎小球內(nèi)高壓，并可以促進(jìn)硫酸肝素糖蛋白轉(zhuǎn)運(yùn)，降低基底膜濾過屏障負(fù)電荷使尿蛋白排出增加[6]。ROS還參與了高糖誘導(dǎo)的前列腺(環(huán))素E2的生成過程，前列腺(環(huán))素E2擴(kuò)張入球小動脈，血栓素2(TXB2)收縮出球小動脈，造成腎血管舒縮功能不平衡，早期即出現(xiàn)腎小球灌注壓及濾過率上升[7]。ROS可使腎小球毛細(xì)血管基底膜磷脂發(fā)生脂質(zhì)過氧化從而使腎小球通透性增加，血漿蛋白易于通過內(nèi)皮細(xì)胞而沉積于腎小球基底膜(GBM)，導(dǎo)致GBM增厚；ROS還可使結(jié)締組織中透明質(zhì)酸降低，失去黏性，破壞細(xì)胞間填充黏合質(zhì)，導(dǎo)致微血管通透性增加[8]。

2.2 ROS對細(xì)胞外基質(zhì)的影響

細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的過度沉積是DN的主要特征。ROS不僅在ECM蛋白合成中起重要作用，而且在ECM蛋白降解代謝中起關(guān)鍵作用。有研究[9]顯示DM狀態(tài)下，腎臟存在ROS蓄積，ROS不僅是組織和細(xì)胞的直接損傷因素，還可以作為第二信使誘導(dǎo)許多影響免疫和炎癥等過程的刺激信號的傳遞介質(zhì)，最終ECM蛋白合成增加、降解減少，促進(jìn)DN的發(fā)生發(fā)展。

ROS可以直接刺激PKC，PKC是細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的關(guān)鍵酶，可以改變GBM結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致腎小球毛細(xì)血管通透性增加；直接刺激系膜細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分泌ECM增多；上調(diào)轉(zhuǎn)化生長因子-β1(TGF-β1)的表達(dá)，進(jìn)而促進(jìn)ECM合成增加，減少ECM的降解；上調(diào)細(xì)胞黏附因子的表達(dá)，加速腎小球損傷[10]。

此外，氧化應(yīng)激促進(jìn)低密度脂蛋白(LDL)氧化產(chǎn)生氧化低密度脂蛋白(OX-LDL)，OX-LDL具有細(xì)胞毒性，可加速泡沫細(xì)胞的形成并最終導(dǎo)致動脈粥樣硬化的形成；也具有抗原性，可引發(fā)免疫反應(yīng)，導(dǎo)致免疫復(fù)合物沉積[11]。

2.3 氧化應(yīng)激參與足細(xì)胞的損傷

腎小球臟層上皮細(xì)胞又稱足細(xì)胞，是一種終末分化多突狀細(xì)胞，通常分為細(xì)胞體、主突和足突三部分。腎小球足細(xì)胞是高度分化的終末期細(xì)胞，無再生功能，足細(xì)胞數(shù)量減少所造成的腎小球?yàn)V過屏障破壞是無法修復(fù)的，足細(xì)胞功能受損和數(shù)量減少在DN蛋白尿形成過程中起著重要的作用[12]。

細(xì)胞凋亡是足細(xì)胞損傷表型改變的主要特征之一，氧化應(yīng)激誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡的分子機(jī)制[13]：①ROS損傷線粒體；②核轉(zhuǎn)錄因子-κB(NF-κB)對細(xì)胞凋亡活化誘導(dǎo)；③DNA氧化損傷誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡；④激活p38 MAPK信號通路。

Susztak等[14]的體外實(shí)驗(yàn)觀察到，ROS可直接攻擊足細(xì)胞，誘導(dǎo)其從基底膜上脫落，使足細(xì)胞數(shù)目減少。ROS還可降低α3β1整合素(連接足細(xì)胞足突和GBM的分子)的表達(dá)，促使脂質(zhì)過氧化反應(yīng)，并影響足細(xì)胞的信號級聯(lián)反應(yīng)而損傷足細(xì)胞[15]。有研究[16]表明在DN的發(fā)展過程中，ROS可激活p38 MAPK信號通路而使p38 MAPK磷酸化增強(qiáng)，活化的p38 MAPK進(jìn)入細(xì)胞核，通過NF而導(dǎo)致纖維化細(xì)胞因子和炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄和表達(dá)，如TGF-β、TNF-α、內(nèi)皮素-1等。TGF-β1、Caspase-3是氧化應(yīng)激引起足細(xì)胞凋亡損傷的重要細(xì)胞因子，TGF-β1高表達(dá)能夠促進(jìn)細(xì)胞凋亡，細(xì)胞凋亡增加時(shí)凋亡關(guān)鍵基因Caspase-3呈現(xiàn)高轉(zhuǎn)錄狀態(tài)[17]。p38 MAPK還可激活絲裂原活化蛋白激酶(MAPK2和MAPK3)、熱休克蛋白(HSP)磷酸化，從而使足突的形態(tài)學(xué)發(fā)生改變，引起足突消失、裂孔隔膜的斷裂以及足突從GBM上脫落。

2.4 氧化應(yīng)激參與腎臟的炎癥反應(yīng)

氧化應(yīng)激水平的增加促進(jìn)炎性細(xì)胞因子分泌可能是DN發(fā)生發(fā)展的主要機(jī)制之一。另外，增加的炎性細(xì)胞因子又會刺激氧化應(yīng)激水平進(jìn)一步增強(qiáng)，從而形成一個惡性循環(huán)[18]。高糖通過ROS激活NF-JB，NF-JB再通過促進(jìn)單核細(xì)胞趨化因子-1(MCP-1)基因轉(zhuǎn)錄，上調(diào)MCP-1的表達(dá)，而MCP-1在腎組織的表達(dá)可作為炎癥發(fā)生的標(biāo)志[19]。魏平等[20]研究提示，ROS可能通過上調(diào)MCP-1的表達(dá)引起腎損傷。MCP-1一方面通過趨化和激活單核/巨噬細(xì)胞至腎小球及腎小管區(qū)域參與內(nèi)皮細(xì)胞的損傷和ECM沉積，另一方面通過自分泌或旁分泌的形式直接刺激腎臟細(xì)胞表達(dá)IL-1、TGF-β1、α-SMA等細(xì)胞因子，加重腎血管損傷和基質(zhì)纖維化，最終引起終末期腎功能衰竭[21]。

綜上所述，氧化應(yīng)激在DN的發(fā)生和發(fā)展中起重要作用，多種因素導(dǎo)致了腎組織內(nèi)ROS的聚集，而ROS聚集又通過多條途徑介導(dǎo)了DN的發(fā)生發(fā)展。因此，探討氧化應(yīng)激在DN發(fā)病機(jī)制中的作用可為預(yù)防和治療DN提供新靶點(diǎn)，有助于探尋DN治療的新途徑。

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10.3969/j.issn.1674-4616.2015.06.016

2015-09-08)

*湖北省衛(wèi)生計(jì)生委(2013Z-Y36)；武漢市2014年“黃鶴英才(醫(yī)療衛(wèi)生)”計(jì)劃；武漢市衛(wèi)生局[武衛(wèi)(2009)76號]