Epac-Rap1與糖尿病腎病

任慧雯 王秋月

·腎臟疾病專欄·

Epac-Rap1與糖尿病腎病

任慧雯 王秋月

Epac-Rap1通路是蛋白激酶A經(jīng)典通路以外cAMP重要的效應(yīng)通路，它在腎臟中的廣泛表達(dá)，能夠增強(qiáng)腎臟血管內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能，影響細(xì)胞的連接、黏附和遷移，對(duì)腎臟的生理活動(dòng)起到不可或缺的作用。近年研究表明，Epac-Rap1信號(hào)通路激活下游信號(hào)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)，通過(guò)促進(jìn)細(xì)胞肥大、介導(dǎo)腎間質(zhì)纖維化、上調(diào)炎性反應(yīng)細(xì)胞因子的表達(dá)，促進(jìn)糖尿病腎病的病理生理改變。相關(guān)研究為理解糖尿病腎病狀態(tài)下Epac-Rap1通路的作用拓寬了視野，有助于發(fā)現(xiàn)分子水平治療糖尿病腎病的新靶點(diǎn)。

糖尿病腎??；Epac；Rap1

糖尿病腎?。―N）是終末期腎病的主要原因，也是糖尿病微血管病變的重要并發(fā)癥之一。cAMP作為細(xì)胞的第二信使，對(duì)DN的調(diào)節(jié)具有廣泛而重要的生理作用。既往觀點(diǎn)認(rèn)為蛋白激酶A（PKA）是cAMP的唯一效應(yīng)分子。但近年研究發(fā)現(xiàn)，cAMP的另一效應(yīng)分子（Exchange proteins directlyactivated by cAMP，Epac）可以活化小分子G蛋白酶Rap1，使其與下游效應(yīng)分子結(jié)合，參與調(diào)節(jié)多種生理過(guò)程。加之Epac在腎組織的高表達(dá)性，此通路可能對(duì)DN的發(fā)病機(jī)制起到一定的作用。本文將對(duì)Epac-Rap1通路與DN的關(guān)系進(jìn)行綜述。

1 Epac-Rap1通路簡(jiǎn)介

Epac是由cAMP直接激活的鳥嘌呤核苷酸交換因子。它的兩種形式Epac1和Epac2，在真核細(xì)胞中分別由RAPGEF3和RAPGEF4編碼，在腎臟均有廣泛而高度的表達(dá)[1]。Epac能夠獨(dú)立激活cAMP的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，發(fā)揮生理作用[2]。Ras樣小分子GTP酶Rap1具有Rap1a和Rap1b兩種亞型，作為Epac的“分子開關(guān)”，在Epac和GTP酶激活蛋白分別催化下，Rap1循環(huán)于活性狀態(tài)Rap1-GTP和非活性狀態(tài)Rap1-GDP兩種形式，激活下游效應(yīng)分子，介導(dǎo)細(xì)胞各種生理反應(yīng)[1，3]。Epac-Rap1 信號(hào)通路是 cAMP-PKA經(jīng)典途徑以外的新級(jí)聯(lián)信號(hào)途徑，cAMP的區(qū)室化作用使其能夠參與多種細(xì)胞反應(yīng)，如細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化、整合素介導(dǎo)的細(xì)胞黏附、細(xì)胞連接形成、細(xì)胞分泌、鈣離子流入與流出、心肌肥大和細(xì)胞凋亡等[4-8]。

2 Epac-Rap1在腎臟中的生理作用

2.1 增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能 腎小球內(nèi)皮細(xì)胞具有維持腎小球毛細(xì)血管功能完整，調(diào)節(jié)腎小球?yàn)V過(guò)系統(tǒng)的血流動(dòng)力學(xué)平衡的功能。研究表明，Epac是cAMP增強(qiáng)血管內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能的關(guān)鍵媒介[9]。干擾素-β可激活Rap1，顯著增強(qiáng)體外培養(yǎng)的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞的屏障功能，而Rap1抑制劑顯著降低干擾素-β介導(dǎo)的這種效果[10]。由此推測(cè)，Epac-Rap1通路在腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中的調(diào)節(jié)機(jī)制可能參與多種腎臟疾病的蛋白尿形成，但Epac與腎小球內(nèi)皮細(xì)胞屏障功能的關(guān)系仍有待研究[11]。

2.2 影響細(xì)胞的連接、黏附和遷移 研究發(fā)現(xiàn)，Rap1在鳥嘌呤核苷酸釋放蛋白C3G和PDZ結(jié)構(gòu)域的鳥嘌呤核苷酸交換因子的介導(dǎo)下，對(duì)血管細(xì)胞-細(xì)胞的連接有重要作用，并參與整合素介導(dǎo)的細(xì)胞黏附[5]。在大鼠腎小球系膜細(xì)胞中，鳥嘌呤交換因子C3G的過(guò)表達(dá)可以增加Rap1的活化，刺激內(nèi)皮素-1和應(yīng)力纖維形成，影響系膜細(xì)胞的遷移，表明C3G-Rap1可能與緩解系膜增生有關(guān)[12]。C3G在抗基底膜型腎小球腎炎模型中過(guò)表達(dá)，并調(diào)節(jié)腎小球上皮細(xì)胞的形態(tài)和行為[13]。胰島素樣生長(zhǎng)因子-1可以通過(guò)C3G-Rap1-Fascin蛋白-肌動(dòng)蛋白軸促進(jìn)細(xì)胞運(yùn)動(dòng)，由此發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)水平的Rap1維持細(xì)胞的黏附，而胰島素樣生長(zhǎng)因子-1受體對(duì)C3G和GTP酶激活蛋白的調(diào)節(jié)可將Rap1的功能從維持黏附轉(zhuǎn)到促進(jìn)遷移，但此機(jī)制是否與新月體的形成有關(guān)仍有待研究[5]。

3 Epac-Rap1在DN中的作用

3.1 細(xì)胞肥大 細(xì)胞肥大是DN間質(zhì)纖維化早期的重要步驟，是DN前期的主要表現(xiàn)[14]。研究表明在心肌細(xì)胞中，Epac可激活Ras介導(dǎo)β腎上腺素能受體，導(dǎo)致細(xì)胞肥大，該作用獨(dú)立于PKA經(jīng)典效應(yīng)[15]。另有研究發(fā)現(xiàn)，Epac1的表達(dá)主要局限于糖尿病小鼠HK-2細(xì)胞、腎小管上皮細(xì)胞和腎髓質(zhì)mIMDCD3細(xì)胞系。Sun等[16]觀察到高糖環(huán)境下的HK-2細(xì)胞G0/G1期比例增加，而轉(zhuǎn)染Epac1-siRNA或Epac1突變的細(xì)胞G0/G1的比例降低，接近于基礎(chǔ)水平，此高糖作用的效果與低糖情況下轉(zhuǎn)染cAMP類似物8-pCPT-2或Epac1cDNA的效果類似，從而表明肥大反應(yīng)和G0/G1期細(xì)胞周期阻滯可能是相通的。他們還發(fā)現(xiàn)高糖環(huán)境導(dǎo)致磷酸化蛋白激酶B表達(dá)增加，其中可檢測(cè)到p21基因和p27基因表達(dá)增加、細(xì)胞周期依賴性激酶-4的活性在低糖狀態(tài)下也可以被cAMP類似物8-pCPT-2或Epac1cDNA轉(zhuǎn)染模仿，表明高糖環(huán)境誘導(dǎo)的信號(hào)通路可能與cAMP刺激的心肌肥大的信號(hào)通路相似。由此可見高糖可以增加Epac1轉(zhuǎn)錄，導(dǎo)致細(xì)胞周期停滯和細(xì)胞肥大。

3.2 間質(zhì)纖維化 腎間質(zhì)纖維化是引起進(jìn)行性腎損害的主要病理特征，也是導(dǎo)致終末期腎病的根本病理改變之一[14]。已證實(shí)在大鼠心肌成纖維細(xì)胞的核周和核區(qū)域，磷酸二酯酶1A介導(dǎo)調(diào)控cAMP-Epac-Rap1信號(hào)，參與膠原蛋白的合成[17]。在小鼠腎小球系膜細(xì)胞MES-13中，血管緊張素Ⅱ可以抑制膠原蛋白合成，這種機(jī)制可分別被血管緊張素Ⅱ1型受體抑制劑、磷脂酰肌醇3激酶抑制劑、蛋白激酶B抑制劑或蛋白激酶B負(fù)顯性突變抑制。Epac類似物8-pHPT-2'-O-Me-cAMP顯著升高磷脂酰肌醇3激酶活性，而PKA類似物則無(wú)此現(xiàn)象。其機(jī)制是通過(guò)血管緊張素Ⅱ/血管緊張素Ⅱ1型受體-表皮生長(zhǎng)因子受體-磷脂酰肌醇3激酶通路介導(dǎo)系膜基質(zhì)中膠原蛋白的合成，這種轉(zhuǎn)錄是依賴于cAMP/Epac而非PKA的[18]。研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病小鼠的腎組織中Rap1b的表達(dá)上調(diào)，且上調(diào)的Rap1b mRNA表達(dá)程度與血糖水平成正比，表明其可能與DN有關(guān)[19]。糖尿病大鼠腎小球系膜基質(zhì)中Rap1b的表達(dá)呈血糖劑量依賴性，這種效果可由蛋白激酶C和B-Raf介導(dǎo)，但不依賴血小板衍生生長(zhǎng)因子，并且可刺激纖連蛋白的合成，表明了高糖通過(guò)一種新的蛋白激酶C-Rap1b-B-Raf途徑增加系膜基質(zhì)的合成，而系膜基質(zhì)合成則是DN的一個(gè)標(biāo)志，但Epac是否參與其中尚有待研究[20]。

3.3 炎性反應(yīng)細(xì)胞因子 DN是一種慢性進(jìn)展性炎性疾病，炎性反應(yīng)是DN持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[14]。研究發(fā)現(xiàn)在腎小管細(xì)胞系的LLC-PK1細(xì)胞中，血管緊張素Ⅱ通過(guò)鳥嘌呤交換因子（Epac1-Rap1a-NHE3）參與腎小管細(xì)胞炎性細(xì)胞因子（如白細(xì)胞介素-1β、白細(xì)胞介素-6、白細(xì)胞介素-8和腫瘤壞死因子-α）的上調(diào)。此Epac1-Rap1a-NHE3途徑的劃分突出了血管緊張素Ⅱ?qū)ρ仔约?xì)胞因子的誘導(dǎo)，可能與各種腎臟疾病相關(guān)的腎小管間質(zhì)病理學(xué)有一定的關(guān)系[21]。該信息可為DN等腎小管間質(zhì)炎性疾病制定早期診療策略，但該途徑如何調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄、翻譯以及轉(zhuǎn)錄后的下游分子將是未來(lái)研究的課題。

4 結(jié)語(yǔ)

Epac-Rap1通路作為被cAMP激活的新途徑，在介導(dǎo)腎小球?yàn)V過(guò)的屏障功能和影響細(xì)胞的連接、黏附和遷移等方面，對(duì)調(diào)節(jié)腎臟的生理功能具有重要作用。Epac-Rap1通路介導(dǎo)不同的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，使細(xì)胞周期停滯進(jìn)而肥大，介導(dǎo)系膜基質(zhì)增多引起腎間質(zhì)纖維化，使炎性反應(yīng)因子表達(dá)上調(diào)引起炎性反應(yīng)，從而參與DN的病理生理過(guò)程。雖然Epac-Rap1通路的具體分子機(jī)制仍有待進(jìn)一步研究和擴(kuò)展，但相信隨著對(duì)Epac-Rap1通路與DN相關(guān)性的不斷研究，它可能成為DN藥物治療的一個(gè)新靶點(diǎn)。

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Epac-Rap1 and diabetic nephropathy

Ren Huiwen，Wang Qiuyue.Department of Endocrinology，The First Affiliated Hospital，Chinese Medical University，Shenyang 110001，China

Wang Qiuyue，Email：wqycmu@163.com

Epac-Rap1 pathway is a vital signal pathway of cAMP apart from classic protein kinase A pathway，and itswidelyexpression in kidneyenhancesthebarrierfunction ofrenalvascular endothelial cells and affects cell connection，adhesion and migration，which plays a vital role in the physiological activity of the kidney.Recent studies have found that Epac-Rap1 signaling pathway，which activates downstream signaling cascade systems，plays a significant role in the pathophysiologyofdiabetic nephropathybypromotingcell hypertrophy，mediating renal interstitial fibrosis and up-regulating the expression of inflammatory cytokines.Related studies have broadened our understanding of Epac-Rap1 pathway and its function in diabetic nephropathy，which is helpful tofind out a newtarget in the molecular level for the treatment of diabetic nephropathy.

Diabetic nephropathy；Epac；Rap1

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：170-172）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.007

遼寧省科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（2011225017）；沈陽(yáng)市科技攻關(guān)計(jì)劃項(xiàng)目（F11-262-9-06）

110001 沈陽(yáng)，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院內(nèi)分泌科

王秋月，Email：wqycmu@163.com

2015-01-08）