咖啡酸對糖尿病腎病的保護(hù)作用及其機(jī)制研究進(jìn)展

賴睿，劉淇，李吻吻綜述 趙海龍審校

1.遵義醫(yī)科大學(xué)第一臨床學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，貴州 遵義 563000；

2.遵義醫(yī)科大學(xué)口腔醫(yī)學(xué)院口腔醫(yī)學(xué)系，貴州 遵義 563000；

3.遵義醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)教研室，貴州 遵義 563000

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是1型和2型糖尿病(diabetic mellitus，DM)最主要的微血管并發(fā)癥之一，是引起終末期腎病(end stage renal disease，ESDR)等腎臟特定病變的最常見原因之一。目前認(rèn)為DN的發(fā)病機(jī)制主要與炎癥反應(yīng)、氧化應(yīng)激等有關(guān)[1]。其中DM基礎(chǔ)病癥中的血糖增高，可以通過氧化應(yīng)激產(chǎn)生大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)，激活相關(guān)蛋白通路提高代謝水平，從而造成糖基化終末產(chǎn)物蓄積和血流動力學(xué)改變，最終導(dǎo)致系統(tǒng)性高血壓和腎小球高血壓引發(fā)腎損害，形成DN[2]。

咖啡酸(caffeic acid，CA)是一種天然酚類物質(zhì)，廣泛存在于植物、水果、蔬菜等。CA具有天然抗氧化、抗炎、抗腫瘤等重要的藥理活性[3]?；贑A良好的抗氧化作用，目前有研究證明其可糾正DN患者體內(nèi)的脂質(zhì)過氧化和自由基負(fù)荷，并通過刺激腎髓質(zhì)分泌β內(nèi)啡肽樣物質(zhì)而起到腎臟保護(hù)作用[4]。為了進(jìn)一步闡明CA對糖尿病腎病的保護(hù)作用及機(jī)制，本文對相關(guān)研究成果進(jìn)行綜述。

1 CA的化學(xué)結(jié)構(gòu)及其特性

CA又稱3,4-二羥基肉桂酸，屬于羥基肉桂酸和酚酸類化合物，具有抗病毒、抗癌、抗炎、抗糖尿病及抗氧化等活性[3]。這些特性都與其游離酚羥基和羥基在鄰苯二酚基團(tuán)中的數(shù)量和位置以及碳鏈中的雙鍵有關(guān)[5]。

CA在抗DN方面具有一定應(yīng)用價值和前景：(1)自然界廣泛存在，化學(xué)結(jié)構(gòu)簡單且來源豐富[4]；(2)具有天然抗氧化、抗炎、抗病毒等重要的藥理活性[4]。然而CA的應(yīng)用還存在一些限制：(1)主要以酯化形式存在于食物中，使其存在口服吸收不好、生物利用度較低、藥效較差等問題[4]；(2)CA純化過程復(fù)雜，需要原材料數(shù)量較大[5]；(3)過量攝入可能產(chǎn)生焦慮、頭痛等副作用[6]；(4)結(jié)構(gòu)易變，作用不穩(wěn)定[7]；(5)溶解度和相容性低，難穿透生物膜，天然衍生物少[8]。但正是因?yàn)镃A不穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)使其易轉(zhuǎn)化為脂類或酰胺類衍生物，從而又獲得多種新的生物活性[9]。CA結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 咖啡酸的化學(xué)結(jié)構(gòu)示意圖

2 CA對糖尿病腎病的保護(hù)機(jī)制

2.1 CA的降糖機(jī)制DN的原發(fā)病DM是一種以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，由胰島素分泌不足或效率低下引起。目前臨床上主要通過口服降血糖藥物以及減少機(jī)體對碳水化合物的吸收來控制血糖水平[10]。因此，高血糖在DN的發(fā)生發(fā)展中起著關(guān)鍵作用，通過對血糖的控制可以對腎臟起到一定的保護(hù)作用[2]。

2.1.1 α-淀粉酶(α-amylase)和α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)相關(guān)機(jī)制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶是2型糖尿病患者體內(nèi)的關(guān)鍵酶[11]。研究表明，機(jī)體可以通過唾液腺和胰腺分泌α-淀粉酶，將淀粉消化成低聚糖，并通過主動轉(zhuǎn)運(yùn)到小腸上皮細(xì)胞進(jìn)行吸收[12]。同時，小腸上皮細(xì)胞中存在α-葡萄糖苷酶，能夠選擇性水解末端α-1，4糖苷鍵，進(jìn)而釋放出葡萄糖分子[13]。巧合的是，CA進(jìn)入機(jī)體內(nèi)，也幾乎全部在小腸被吸收[10]。而抗2型糖尿病關(guān)鍵酶研究通過體外測定酶活性實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，CA可顯著抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，進(jìn)而抑制腸道α-葡萄糖苷酶的作用和淀粉的消化吸收，最終起到減緩血糖升高的作用[10，12]。

2.1.2 胰島素相關(guān)機(jī)制胰島素抵抗是指機(jī)體組織對胰島素反應(yīng)敏感性降低，導(dǎo)致胰島素受體信號傳導(dǎo)障礙，進(jìn)而誘發(fā)機(jī)體血糖升高。目前研究表明胰島素抵抗與胰島β細(xì)胞功能障礙有關(guān)，這也是造成2型糖尿病發(fā)病的關(guān)鍵因素[14]。CHEN等[15]研究發(fā)現(xiàn)CA可激活PI3K/AKT途徑使AKT磷酸化，進(jìn)而增加GULT4的表達(dá)和轉(zhuǎn)運(yùn)促進(jìn)細(xì)胞對葡萄糖的吸收，同時活化IRS-1增強(qiáng)胰島素作用。此外，在高血糖和高游離脂肪酸條件下，Caspase信號通路被激活使β細(xì)胞過度凋亡，導(dǎo)致胰島β細(xì)胞功能減退[14]。而CA可以降低線粒體不完整性，并抑制細(xì)胞凋亡發(fā)生[16]。在DARENDELIOGLU[17]的研究中發(fā)現(xiàn)，CA可抑制H2O2來逆轉(zhuǎn)線粒體中凋亡標(biāo)志物Caspase-3的表達(dá)，并可降低ROS及其氧化產(chǎn)物丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量，減少細(xì)胞凋亡。同時，CA通過激活PENT信號抑制PI3K/AKT信號通路[18]，調(diào)控Bcl-2和Caspase-3的表達(dá)進(jìn)而減少細(xì)胞凋亡[19]。最后，CA可激活A(yù)MPK通路及增加PPAR的活性，促進(jìn)葡萄糖的代謝及改善脂肪，增加肝臟和肌肉組織的胰島素敏感性[20]。綜上，CA通過降低血糖，減少腎組織細(xì)胞的損傷和凋亡，對DN患者的腎功能具有一定的保護(hù)作用。

2.2 CA的抗氧化作用正常情況下，機(jī)體內(nèi)復(fù)雜代謝過程產(chǎn)生的ROS由體內(nèi)的抗氧化物質(zhì)清除，但在病理狀態(tài)下，ROS產(chǎn)生過多，破壞細(xì)胞內(nèi)外平衡，將導(dǎo)致衰老、癌癥和壞死等[21]。目前認(rèn)為高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激是導(dǎo)致DN患者機(jī)體內(nèi)大量ROS產(chǎn)生的機(jī)制之一，而CA良好的抗氧化作用則可糾正DN患者體內(nèi)的脂質(zhì)過氧化和自由基過氧化，從而緩解病情[2，4]。在DM和DN患者體內(nèi)CAT、SOD、GSH-Px和維生素C等均顯著降低，說明其體內(nèi)抗ROS系統(tǒng)受損[22]。CA能直接清除ROS[9]，同時通過降低NADPH酶活性使GPx、GSH、AA活性升高，進(jìn)一步提高自由基清除能力[23]。在TOMA等[24]的研究中發(fā)現(xiàn)，CA可減少人內(nèi)皮細(xì)胞中調(diào)控NADPH氧化酶的調(diào)節(jié)和催化亞基p22phox和NOX4，進(jìn)一步減少ROS生成。CA可激活Nrf2途徑下調(diào)HO-1、NQO1、TXNRD，抑制H2O2的作用，進(jìn)而提高SOD、CAT和降低MDA含量[8，21]。

2.3 CA的抗炎作用

2.3.1 晚期糖基化終產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)相關(guān)機(jī)制AGEs是蛋白質(zhì)和糖等反應(yīng)產(chǎn)生的化合物，與糖尿病炎癥和內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙密切相關(guān)[25]。在DN患者中由于AGEs大量增多和累積，其促使NF-κB信號激活并引起內(nèi)皮功能障礙和血管損傷，導(dǎo)致腎臟損害加重[26]。CA減少自由基產(chǎn)生及糖基化過程抑制AGEs的生成[25]，并通過減弱低密度脂蛋白(glycated low-density lipoproteins，gLDL)在人內(nèi)皮細(xì)胞(human endothelial cells，HEC)中的誘導(dǎo)作用，降低RAGE的表達(dá)，抑制AGEs的作用[24]。CA減少p65蛋白磷酸化及核易位而抑制NF-κB信號激活[24，27]，減少了COX-2、iNOS和5-LO等炎性因子的生成[9]。此外，CA可抑制IL-8、IL-6、IL-1β、TNF-α等相關(guān)炎癥因子的釋放[28]，并通過增加GSH抑制NO的生成[9]，改善了由氧化應(yīng)激介導(dǎo)的腎病，進(jìn)而對腎臟具有保護(hù)作用[29]。CA通過減少C-反應(yīng)蛋白和TNF-α可降低HEC的黏附性[24，27]，對腎內(nèi)皮細(xì)胞完整性具有保護(hù)作用。CA還可下調(diào)中性粒細(xì)胞中NADPH氧化酶活性[30]，減少M(fèi)PO生成，防止中性粒細(xì)胞的炎性浸潤[29]。綜上，CA通過對各致炎因素的控制，可延緩腎小球基底膜增厚及腎纖維化的發(fā)展進(jìn)程[31]。

2.3.2 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(endoplasmic reticulum stress，ERS)相關(guān)機(jī)制在DN患者中，長期高血糖及氧化應(yīng)激等可引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激障礙，誘導(dǎo)體內(nèi)終末分化的足細(xì)胞凋亡導(dǎo)致腎小球功能的永久性損傷[26]。CA通過減輕肝臟的胰島素抵抗作用及gLDL在HEC中的表達(dá)，減少了ERS，抑制了RAGE與HMBG1的相互作用，緩解炎癥[24，32]。此外，CA通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，減少足細(xì)胞的損傷及蛋白尿的生成，進(jìn)而減緩腎小球硬化的進(jìn)程。

2.4 CA促進(jìn)自噬發(fā)生自噬是細(xì)胞通過降解自身受損細(xì)胞器，以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)，而受損細(xì)胞器的積累與DN的發(fā)病機(jī)制有關(guān)。研究表明，自噬活性在DN患者機(jī)體內(nèi)，尤其是腎細(xì)胞中受到抑制，因此，通過激活自噬可能是一種DN的潛在治療方法[33]。

2.4.1 CA改善自噬相關(guān)基因的表觀調(diào)控水平研究表明miR-30a、miR-342、miR-133b在DN患者中高表達(dá)，且與腎小球?yàn)V過功能等密切相關(guān)[34]。在DN中CA可以通過調(diào)控表觀遺傳機(jī)制而發(fā)揮調(diào)節(jié)自噬的作用[22]。SALEM等[35]研究發(fā)現(xiàn)CA可通過抑制miR-636的表達(dá)，進(jìn)而調(diào)節(jié)自噬以改善腎小球變化及減少蛋白尿的生成，并通過阻斷TGF-β/Smad信號通路來抑制腎纖維化。MATBOLI等[22]研究表明，CA可抑制miR-30a選擇性下調(diào)自噬相關(guān)基因ATG5和Beclin1的表達(dá)作用，并可通過抑制miR-30、miR-324、miR-133b觸發(fā)AMPK通路，參與PI3KCI/AKT/mTORC1信號通路和Ras-Raf-MAPK級聯(lián)等自噬通路的調(diào)節(jié)。CA通過促進(jìn)自噬，維持了內(nèi)皮細(xì)胞及足細(xì)胞的完整性，進(jìn)而保護(hù)腎小球功能并阻止硬化發(fā)生[26]。

2.4.2 CA激活自噬相關(guān)蛋白通路足細(xì)胞是腎小球?yàn)V過膜屏障中最易受損部分，其受損易導(dǎo)致蛋白尿的生成。自噬是維持足細(xì)胞功能穩(wěn)定的關(guān)鍵因素，DN發(fā)生時LC3II的減少及p62的累積使自噬受抑制[33]。CA可激活JNK-Bcl-2信號通路，提高p-JNK/c-JUN N末端激酶比率，Bcl-2磷酸化增加使Beclin1釋放，形成VPS34/Beclin1復(fù)合物，促進(jìn)自噬，并降解累積的p62[36]。綜上，CA通過誘導(dǎo)自噬可顯著改善腎小球變化并降低蛋白尿，進(jìn)而對腎臟產(chǎn)生一定的保護(hù)作用[35]。

3 總結(jié)與展望

近年來，隨著科技的進(jìn)步社會的發(fā)展，人民生活水平逐步提高，而糖尿病患者也在逐年增長。據(jù)國際糖尿病聯(lián)合會(International Diabetes Federation，IDF)估計，至2045年全世界患有DM的人數(shù)將增加到6.93億，而其中有30%～40%的患者會患上DN[26]。DN的預(yù)防及治療也一直是人們熱議的話題。本文主要介紹了一種天然酚類化合物CA對DN的保護(hù)機(jī)制，CA作用機(jī)制見圖2。

圖2 咖啡酸作用機(jī)制圖

CA主要通過激活PI3K/AKT通路減輕胰島素抵抗、促進(jìn)自噬及細(xì)胞對葡萄糖的吸收，同時激活PENT信號負(fù)反饋調(diào)節(jié)PI3K/AKT通路、抑制H2O2生成以減少線粒體中Caspase-3的表達(dá)使細(xì)胞凋亡減少，進(jìn)而對腎組織細(xì)胞起到很好的保護(hù)作用。此外，CA通過激活JNK-Bcl-2信號通路及抑制miRNAs的表達(dá)促進(jìn)自噬，減少蛋白尿的產(chǎn)生并阻斷TGF/Smad信號通路，進(jìn)而抑制腎纖維化。同時，CA通過抑制AGEs的作用及產(chǎn)生NF-κB信號途徑，減少內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激及炎癥因子的釋放，進(jìn)而減輕足細(xì)胞的損傷及緩解腎小球纖維化進(jìn)程。由于CA具有羥基的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其可直接作用清除ROS，并有顯著的抗氧化作用。但作為親水分子CA脂質(zhì)過氧化抑制作用較弱，通過聯(lián)合使用其衍生物等可使治療效果更佳[9]。綜上，CA通過清除自由基、抗氧化機(jī)制、促進(jìn)自噬作用、減輕炎癥反應(yīng)和抑制相關(guān)酶活性等作用，很好地緩解了糖尿病腎病的發(fā)展進(jìn)程。

CA作為自然界廣泛存在的天然酚類物質(zhì)，來源豐富且具有抗炎、抗氧化等活性，使其對糖尿病腎病具有良好的保護(hù)作用。但由于咖啡酸結(jié)構(gòu)易變，作用不穩(wěn)定，且純化過程較復(fù)雜，推廣應(yīng)用仍受限制。在以后的研究中，可考慮開發(fā)CA衍生物并聯(lián)合使用，可使DN治療效果更佳，為其臨床預(yù)防及治療提供新的思路。