生物標(biāo)志物在糖尿病腎病早期診斷中的應(yīng)用研究進(jìn)展

孫晨思,李海琦,劉 波

(1.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院內(nèi)分泌代謝科，吉林 長(zhǎng)春 130031；2.吉林大學(xué)中日聯(lián)誼醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，吉林 長(zhǎng)春 130031)

糖尿病(diabetes melltus，DM)是一組多因素引起的代謝性疾病，其特征是胰島素分泌障礙和功能缺陷。DM是全球性的公共衛(wèi)生問題[1]，據(jù)統(tǒng)計(jì)，2019年全球有4.63億DM患者，占全球成年人(20～79歲)的9.3%，預(yù)計(jì)到2045年增加至7億[2]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是DM主要的微血管并發(fā)癥之一，研究報(bào)道，約40%的DM患者并發(fā)DN[3]，且DN是慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)和終末期腎病(end-stage renal disease，ESRD)的主要原因[4]。隨著DM患病率的全球性增加，DN患病率亦明顯增加。DN患者常呈長(zhǎng)時(shí)間的無(wú)癥狀，其進(jìn)行性病理改變可在沒有蛋白尿或腎小球?yàn)V過率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)受損的臨床證據(jù)的情況下激發(fā)。微量白蛋白尿(microalbuminuria，MIC)是國(guó)內(nèi)外公認(rèn)的DN早期診斷的標(biāo)志物[5]，但其不能直接判斷腎組織損傷，且對(duì)腎功能的微小改變不敏感[6]。研究表明，在蛋白尿出現(xiàn)之前，已存在腎損害，包括腎小管間質(zhì)纖維化、系膜擴(kuò)張和血管損傷等[7]。因此，尋找靈敏度高、特異度強(qiáng)、能判斷早期DN的新的生物標(biāo)志物意義重大。良好的生物標(biāo)志物應(yīng)具有能夠快速、特定被檢測(cè)且與腎臟組織病理學(xué)密切相關(guān)的特點(diǎn)[8]，并能夠識(shí)別腎損害的早期階段和判斷預(yù)后[9]。本文就晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end-product，AGE)、非對(duì)稱性二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine，ADMA)、可溶性尿激酶型纖溶酶原激活物受體(soluble urokinase-type plasminogen activator receptor，suPAR)3種新型生物標(biāo)志物在DN發(fā)生、發(fā)展中的作用以及對(duì)預(yù)測(cè)DN的可能性和可靠性進(jìn)行綜述，以期為糖尿病腎病的早期診斷和治療提供新的靶點(diǎn)。

1 AGE與DN

AGE是天然存在的一組高度異質(zhì)化合物，由還原糖的羰基與細(xì)胞組分(蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸)的氨基在非酶促作用下結(jié)合產(chǎn)生[10]。AGE有多種存在形式，主要包括羧甲基賴氨酸、羧乙基賴氨酸、甲基乙二醛氫咪唑酮等。AGE根據(jù)來源主要分為內(nèi)源性、外源性(主要來自食物和煙草)及醫(yī)源性[11]。AGE幾乎可影響體內(nèi)每種類型的細(xì)胞，被認(rèn)為是衰老和許多退行性疾病(如糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化、慢性腎臟疾病、阿爾茨海默病、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎和慢性心力衰竭)發(fā)生、發(fā)展的一個(gè)重要因素[12]。研究表明，AGE主要通過與組織細(xì)胞上的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)結(jié)合后，產(chǎn)生氧化應(yīng)激，影響細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)節(jié)基因表達(dá)，進(jìn)而改變細(xì)胞結(jié)構(gòu)和功能[13]。

DN的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，其中AGE通過多種途徑參與DN的發(fā)生、發(fā)展。在高糖環(huán)境下，AGE表達(dá)增加，AGE可激活RAGE，進(jìn)而導(dǎo)致活性氧(reactiveoxygen species，ROS)產(chǎn)生并增強(qiáng)炎癥反應(yīng)，從而引起腎臟慢性炎癥狀態(tài)，最終導(dǎo)致腎臟結(jié)構(gòu)改變和功能逐漸喪失[14]。AGE-RAGE軸被激活可刺激細(xì)胞因子的產(chǎn)生和釋放，并增加細(xì)胞外基質(zhì)的生成[15]。而且AGE-RAGE軸可激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)通路，包括絲裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、煙酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶和核轉(zhuǎn)錄因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等信號(hào)通路[16]，從而誘導(dǎo)ROS生成和氧化應(yīng)激，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)；AGE-RAGE軸還可通過激活p38 MAPK、NADPH氧化酶和NF-κB誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞凋亡[17]。此外，在腎小管上皮細(xì)胞內(nèi)，AGE可通過內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum，ER)引起ROS級(jí)聯(lián)反應(yīng)，進(jìn)而誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)，增加系膜細(xì)胞凋亡[18]。AGE還可直接導(dǎo)致腎臟細(xì)胞外基質(zhì)蛋白結(jié)構(gòu)與功能改變，造成腎小球?yàn)V過屏障受損，通透性升高，產(chǎn)生蛋白尿，最終引發(fā)DN。

BEISSWENGER等[19]對(duì)103例參與DN自然史研究的DM患者進(jìn)行腎活檢，根據(jù)腎小球基底膜(glomerular basement membrane，GBM)寬度將患者分為DN快速進(jìn)展者和DN緩慢進(jìn)展者，并測(cè)量其AGE和氧化產(chǎn)物共9種標(biāo)志物，結(jié)果顯示，DN快速進(jìn)展患者的羧甲基賴氨酸、羧乙基賴氨酸、甲基乙二醛氫咪唑酮3種主要的AGE顯著升高；在僅包含糖化血紅蛋白的模型中，將羧甲基賴氨酸、羧乙基賴氨酸、甲基乙二醛氫咪唑酮3種AGE標(biāo)志物納入回歸模型分析，結(jié)果顯示，GBM寬度增加7.9%，說明羧甲基賴氨酸、羧乙基賴氨酸、甲基乙二醛氫咪唑酮這3種AGE與DN的快速進(jìn)展相關(guān)。因此，認(rèn)為羧甲基賴氨酸、羧乙基賴氨酸、甲基乙二醛氫咪唑酮可作為評(píng)估DN病變進(jìn)展的早期指標(biāo)。

2 ADMA與DN

ADMA是L-精氨酸(arginine，Arg)的內(nèi)源性二甲基化衍生物。S-腺苷甲硫氨酸為含有Arg殘基的蛋白質(zhì)提供甲基，經(jīng)蛋白質(zhì)精氨酸N-甲基轉(zhuǎn)移酶催化，在蛋白水解酶的作用下產(chǎn)生 ADMA。約10%的ADMA以原型經(jīng)尿液排出體外；而約90%的ADMA是通過二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶將其水解為L(zhǎng)-瓜氨酸和DMA，隨后DMA經(jīng)尿液排出體外[20]。有研究報(bào)道，少量ADMA可由丙氨酸乙醛酸氨基轉(zhuǎn)移酶催化分解[21-22]。ADMA是一種內(nèi)皮型NOS的內(nèi)源性抑制劑，通過與Arg競(jìng)爭(zhēng)NOS的結(jié)合位點(diǎn)，選擇性抑制NOS，使一氧化氮(nitric oxide，NO)生成減少，導(dǎo)致血管內(nèi)皮功能障礙，因此，ADMA被認(rèn)為是心血管疾病發(fā)病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[23-25]。此外，ADMA可增強(qiáng)氧化應(yīng)激反應(yīng)，誘導(dǎo)單核-巨噬細(xì)胞趨化、黏附、浸潤(rùn)，介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[26]；ADMA是內(nèi)皮祖細(xì)胞(endothelial progenitor cell，EPC)分化的內(nèi)源性抑制劑，可抑制血管內(nèi)皮細(xì)胞分化，影響受損內(nèi)皮細(xì)胞再生[27]。研究表明，ADMA可引起肌成纖維細(xì)胞生成增加，轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)表達(dá)水平升高，細(xì)胞外基質(zhì)沉積，從而促進(jìn)組織纖維化[28]。

JAYACHANDRAN等[29]研究發(fā)現(xiàn)，血ADMA與血糖參數(shù)(包括空腹血糖和糖化血紅蛋白)、血清肌酐、尿微量白蛋白、尿白蛋白肌酐比值(urinary albumin creatinine ratio，UACR)呈正相關(guān)，與eGFR呈負(fù)相關(guān)，證實(shí)ADMA對(duì)評(píng)估DN有一定作用，認(rèn)為其與DN獨(dú)立相關(guān)。此外，研究發(fā)現(xiàn)，血ADMA水平升高，可引起細(xì)胞外基質(zhì)蛋白如纖連蛋白和平滑肌肌動(dòng)蛋白的表達(dá)水平顯著增加，促進(jìn)上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)，加速腎纖維化，直接參與DN進(jìn)展[30]。GROENEVELD等[31]研究報(bào)道，ADMA與DN患者內(nèi)皮功能障礙密切相關(guān)。NO是參與許多細(xì)胞信號(hào)傳導(dǎo)(包括調(diào)節(jié)血管松弛)的重要?dú)怏w遞質(zhì)之一。在腎臟中，NO不僅在維持血流動(dòng)力學(xué)中起著至關(guān)重要的作用，也有助于維持eGFR。有研究報(bào)道，DM患者血ADMA水平增高，使NO生成減少，腎小球血流量下降，eGFR降低，從而誘發(fā)腎缺血缺氧[32]。此外，有研究報(bào)道，ADMA還可以作為一種促炎因子[33]，DM患者血ADMA水平升高會(huì)導(dǎo)致炎癥并加劇腎臟組織損傷。體外研究顯示，外源性ADMA能誘導(dǎo)人腎小球內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB活化、TGF-β高表達(dá)、肌動(dòng)蛋白應(yīng)力纖維形成，從而促進(jìn)腎纖維化[34]。SHARMA等[35]研究發(fā)現(xiàn)，ADMA 可降低大鼠腎小球血液流速，破壞腎小球屏障，增加對(duì)白蛋白的通透性，從而導(dǎo)致蛋白尿。臨床研究表明，ADMA 的累積會(huì)導(dǎo)致DM患者出現(xiàn)高蛋白尿[36]。在一項(xiàng)針對(duì)正常白蛋白尿或MIC的 2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)患者的隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，ADMA 較高的患者蛋白尿發(fā)生率高于 ADMA 較低的患者，且早期DN的發(fā)生率較高[37]。

3 suPAR與DN

suPAR是尿激酶型纖溶酶原激活物受體(urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR)的可溶形式，由uPAR與細(xì)胞表面連接的糖磷脂酰肌醇錨被磷脂酶C切斷脫落后形成的。uPAR在足細(xì)胞、免疫細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞上表達(dá)[38]。suPAR是一種三域蛋白，相對(duì)分子質(zhì)量為20 000～50 000。既往研究發(fā)現(xiàn)，suPAR水平升高與多種系統(tǒng)疾病具有相關(guān)性，包括慢性腎臟病、感染性疾病、癌癥、關(guān)節(jié)炎、心血管疾病、糖尿病等[39-44]。在腎臟中，suPAR經(jīng)腎小球?yàn)V過，研究表明suPAR與eGFR呈負(fù)相關(guān)[45]。suPAR可下調(diào)腎素和足總蛋白，結(jié)合并激活αVβ3整合素，導(dǎo)致足突融合、足細(xì)胞凋亡和腎小球通透性改變，從而引起DN[46]。GUTHOFF等[44]研究發(fā)現(xiàn)，T2DM患者血suPAR水平顯著升高；在T2DM風(fēng)險(xiǎn)增加人群的前瞻性隊(duì)列研究中發(fā)現(xiàn)，血suPAR水平與新發(fā)MIC獨(dú)立相關(guān)；在T2DM患者的橫斷面研究中發(fā)現(xiàn)，在疾病的后期，較高suPAR水平與尿白蛋白排泄相關(guān)，認(rèn)為suPAR能夠更早期識(shí)別DN的風(fēng)險(xiǎn)。

綜上所述，DN一般起病隱匿并呈漸進(jìn)式緩慢進(jìn)展，AGE、ADMA、suPAR參與DN的發(fā)生、發(fā)展；與傳統(tǒng)指標(biāo)尿微量白蛋白相比，DN患者的血AGE、ADMA、suPAR水平增高較早，可能實(shí)現(xiàn)對(duì)DN的早期診斷，這為臨床DN的早期診治提供了新的思路。