小檗堿在腎病治療中的應(yīng)用進展

王曉江，王利華

（山西醫(yī)科大學(xué)第二醫(yī)院腎內(nèi)科，山西太原 030001）

小檗堿（berberine，BBR）是從黃連和黃柏中分離得到的具有多種藥理活性的異喹啉生物堿［1］，具有抗菌、降糖、降膽固醇、抗腫瘤、抗炎等多種藥理活性，可用于治療各種疾病，如2 型糖尿病、高脂血癥、心臟病、癌癥和炎癥［2-7］。近年來的研究表明，BBR 作為治療腎病及其并發(fā)癥的藥物具有潛在的臨床應(yīng)用價值。BBR 的腎保護功能是多靶點的，其作用機制比較復(fù)雜。該文旨在回顧BBR 治療腎臟疾病的特點，進一步闡明其可能的分子機制。

1 小檗堿與缺血再灌注損傷

缺血再灌注損傷（ischemical reperfusion injury，IRI）是一個復(fù)雜的病理過程，涉及細胞壞死和凋亡［8］。腎IRI 損傷組織產(chǎn)生過量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）可引起氧化應(yīng)激［9］，丙二醛（malondialdehyde，MDA）和超氧化物歧化酶（super?oxide dismutase，SOD）是氧化應(yīng)激敏感指標(biāo)［10］。MDA 是脂質(zhì)過氧化的最終產(chǎn)物［11］，SOD 清除組織細胞脂質(zhì)過氧化，保護細胞免受損傷［12］。氧化應(yīng)激刺激了線粒體應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑的激活。在線粒體應(yīng)激過程中，Bax 和Bcl-2 的表達水平發(fā)生變化，Bax/Bcl-2 比值增加將改變線粒體膜的通透性，導(dǎo)致細胞色素C 從線粒體釋放，下游效應(yīng)器凋亡效應(yīng)蛋白Caspase-3 被激活，導(dǎo)致細胞凋亡［13］。同樣，氧化應(yīng)激也激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑。在病理狀態(tài)下，誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)定位的分子伴侶激活，包括葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白78（glucose regulated protein 78 kD，GRP78）和促凋亡轉(zhuǎn)錄因子C/EBP 同源蛋白12（CHOP），隨著這些蛋白質(zhì)的激活，導(dǎo)致細胞凋亡［14］。

Zheng 等［15］建立大鼠IRI 模型，發(fā)現(xiàn)實驗組經(jīng)小檗堿處理后Scr 和BUN 的表達水平降低，Bax 蛋白減少，Bcl-2 蛋白增加，Bax 過表達可促進細胞凋亡，Bax 表達抑制可抑制細胞凋亡，Bcl-2 可與Bax 結(jié)合形成異二聚體，從而降低Bax 的表達，抑制細胞凋亡。表明小檗堿通過抑制Bax 的表達和促進Bcl-2的表達，能有效改善腎缺血再灌注損傷大鼠的腎功能。Xie 等［16］發(fā)現(xiàn)經(jīng)小檗堿處理的IRI 損傷大鼠血清Scr 和BUN 水平顯著降低，ROS、MDA、Caspase-3 和對照組相比均顯著降低，說明BBR 通過降解氧化應(yīng)激和線粒體應(yīng)激途徑保護腎臟IRI。Yu 等［17］在人腎近端小管細胞系HK-2 細胞缺氧/復(fù)氧模型的研究中發(fā)現(xiàn)，小檗堿處理組細胞MDA 水平降低和SOD 活性提高，細胞Bax/Bcl-2 比值和細胞色素C降低，GRP78 和CHOP 表達降低，表明BBR 對缺氧/復(fù)氧誘導(dǎo)的人腎近端小管細胞凋亡具有保護作用，其機制與抑制線粒體應(yīng)激和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激途徑有關(guān)。

綜上所述，BBR 通過抗氧化作用、抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和線粒體應(yīng)激途徑保護腎臟減輕IRI 損傷。

2 小檗堿與糖尿病腎臟疾病

糖尿病腎臟疾?。╠iabetic kidney disease，DKD）是終末期腎病的主要病因之一。其特點是腎小球系膜細胞增生，細胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）過度積聚，早期腎小球基底膜擴張增厚，晚期腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化，最終導(dǎo)致腎功能喪失［18］。BBR 可以通過多種途徑抑制細胞外基質(zhì)積聚，從而抑制腎小球系膜增厚以及腎小球硬化和腎間質(zhì)纖維化，延緩DKD 腎損傷進程。

氧化應(yīng)激參與了DKD 的腎損傷，使血管緊張素Ⅱ分泌增加，腎小球受壓，腎小球濾過率增加，形成蛋白尿并導(dǎo)致腎小球基底膜增厚，加速DKD 的進展；另一方面，氧化應(yīng)激激活細胞內(nèi)信號通路，例如JNK 和PKC 通路，并激活轉(zhuǎn)錄因子如核轉(zhuǎn)錄因子NF-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κ B）和轉(zhuǎn)錄因子AP-1（activator protein 1，AP-1），加速了ECM 的沉積并減少細胞外基質(zhì)的降解，導(dǎo)致腎小球硬化及腎臟纖維化；不僅如此，高血糖引起的腎臟持續(xù)氧化應(yīng)激反應(yīng)導(dǎo)致胰島素受體受損，引起胰島素抵抗，激活p38 絲裂原活化蛋白激酶（mitogen-ac?tivated protein kinases，MAPK）及細胞外信號調(diào)節(jié)激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信號通路，促進了轉(zhuǎn)化生長因子β（transforming growth factor-beta，TGF-β）、纖維連接蛋白及膠原蛋白的表達，導(dǎo)致ECM 沉積，形成腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化［19］。因此，抑制氧化應(yīng)激可以延緩DKD 腎損傷進程。

脂質(zhì)代謝紊亂和線粒體生物能紊亂會引起氧化應(yīng)激損傷并干擾腎臟的能量穩(wěn)態(tài)，從而導(dǎo)致足細胞損傷和腎小球硬化，且過量的脂質(zhì)蓄積可能導(dǎo)致腎臟疾病中的線粒體功能障礙和細胞凋亡。過氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）γ 共激活因子-1α（PGC-1α）被認為是線粒體功能的關(guān)鍵上游轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，是線粒體穩(wěn)態(tài)的關(guān)鍵調(diào)節(jié)劑，PGC-1α 的轉(zhuǎn)基因過表達或藥物刺激其活性增加，可增加線粒體基因的表達，并抑制腎臟纖維化和足細胞損傷。Qin 等［20］通過DKD（db/db小鼠）模型和培養(yǎng)的足細胞進行實驗，證明BBR 可上調(diào)PGC-1α基因表達，調(diào)節(jié)線粒體能量穩(wěn)態(tài)，減少細胞外基質(zhì)的積累，減輕腎小球硬化，改善DKD 的臨床癥狀。

AMPK 信號通路是通過控制細胞內(nèi)三磷酸腺苷（ATP）的產(chǎn)生及消耗調(diào)節(jié)細胞能量代謝的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，當(dāng)組織細胞發(fā)生低糖、缺氧、缺血等損傷時，AMPK 信號通路能夠被迅速激活，并促進細胞內(nèi)ATP 供應(yīng)。岳薇薇等［21］通過高糖高脂飲食聯(lián)合鏈脲佐菌素法建立糖尿病腎病大鼠模型，證明BBR能夠降低糖尿病大鼠血清BUN 及SCr 水平，提高腎組織SOD 活性，降低腎組織MDA 水平，提高AMPK mRNA、AMPK、p-AMPK 水平。因此BBR能夠通過激活A(yù)MPK 信號通路改善糖尿病腎病腎組織病理學(xué)進展及細胞凋亡。

NF-E2 相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2 -related factor 2，Nrf2）是對抗氧化應(yīng)激的重要細胞防御因子之一，它能中和ROS，從而維持細胞氧化還原穩(wěn)態(tài)［22］。正常情況下，Nrf2 存在于細胞質(zhì)中，當(dāng)暴露于氧化應(yīng)激時，Nrf2 發(fā)生泛素化并轉(zhuǎn)移到細胞核中，然后激活抗氧化基因的轉(zhuǎn)錄，如NADPH 醌氧化還原酶-1（NQO-1）和血紅素氧合酶-1（HO-1），誘導(dǎo)抗炎、抗纖維化和抗凋亡代謝產(chǎn)物的產(chǎn)生［23，24］。Zhang 等［25］通過STZ 誘導(dǎo)的糖尿病小鼠和HG 在體外誘導(dǎo)NRK-52E 細胞，證明BBR 能消除STZ 和HG 誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，顯著增加Nrf2 的表達，增加NQO-1 和HO-1 的表達，減輕腎間質(zhì)纖維化的進程。因此，BBR 可以通過抑制Nrf2 信號通路介導(dǎo)的氧化應(yīng)激抑制DKD 腎小管間質(zhì)纖維化。

實驗研究表明慢性缺氧參與了DKD 的發(fā)生和發(fā)展，慢性腎缺氧是腎小管上皮細胞釋放多種細胞因子和生長因子的觸發(fā)因子，可能導(dǎo)致表型改變和凋亡［26］。研究表明低氧誘導(dǎo)因子-1α（Hypoxia in?ducible factor-1α，HIF-1α）在缺氧誘導(dǎo)的細胞凋亡中起著重要的調(diào)節(jié)作用［27］。在腎臟中，HIF-1α 在腎小管和腎小球上皮細胞中表達，缺氧條件下，HIF-1α被反式激活并轉(zhuǎn)移到細胞核中，以應(yīng)對缺氧，并在DKD 腎損傷中發(fā)揮關(guān)鍵作用［28］。研究表明磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3 ki?nase /protein kinase B ，PI3K/Akt）信號通路在HIF-1α 表達調(diào)控中起重要作用［27］。Akt 作為PI3K/Akt通路中的一個關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，能夠誘導(dǎo)HIF-1α 轉(zhuǎn)錄活性，導(dǎo)致HIF-1α 向細胞核移位，并觸發(fā)生存信號［28，29］。Zhang 等［26］建立缺氧/高糖誘導(dǎo)的大鼠腎小管上皮（NRK-52E）和人腎近端小管細胞（HK-2）模型，研究證明了缺氧條件下高糖誘導(dǎo)的HIF-1α 從細胞質(zhì)轉(zhuǎn)移到細胞核中，BBR 處理顯著增強了缺氧/高糖誘導(dǎo)的HIF-1α 核移位，激活了HIF-1α 的表達，并且PI3K/Akt 信號通路促進HIF-1α 蛋白的表達，保護腎小管上皮細胞不發(fā)生凋亡。

DKD 發(fā)病機制中最早可檢測到的改變是腎小球系膜增厚，其發(fā)生是由于ECM 蛋白的過度積累。在此過程中，TGF-β 和α-SMA 在ECM 中起著重要作用。TGF-β 參與多種生物學(xué)過程，包括細胞增殖、分化、凋亡、自噬和ECM 的產(chǎn)生。研究表明，TGF-β 水平在損傷腎臟中均上調(diào)［30］，TGF-β 信號通路下調(diào)可能減輕腎纖維化［31］。Li 等［32］通過鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的DKD 大鼠證明BBR 處理降低了TGF-β和α-SMA 的表達改善了DKD 的腎纖維化。

ECM 的積聚是糖尿病腎纖維化的重要病理特征之一，纖維連接蛋白（fibronectin，F(xiàn)N）是細胞外基質(zhì)的重要組成部分。先前的體內(nèi)和體外實驗都表明，在糖尿病條件下，鞘氨醇激酶1/1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine kinase 1/Sphingosine 1-phosphate，SphK1/S1P）信號通路在腎臟和腎小球系膜細胞中被激活，同時FN 產(chǎn)生增加，S1P2 受體信號通路參與了S1P 誘導(dǎo)的腎小球系膜細胞增殖［33-35］。最近的研究表明，BBR 通過降低SphK1 的表達和活性以及四氧嘧啶誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腎臟中的S1P 水平來改善腎功能［33］，還通過抑制糖尿病狀態(tài)下腎小球系膜細胞中S1P2 受體而降低FN 的表達［34］。S1P2 受體主要參與病理損傷，如免疫和炎癥［36］。BBR 可通過抑制NF-κB 炎癥信號通路的激活，從而逆轉(zhuǎn)DKD［37］。Zhu 等［37］證明BBR 抑制了NF-κB 的活化，還發(fā)現(xiàn)NF-κB 特異性抑制劑PDTC 明顯降低高糖介導(dǎo)的S1P2 受體的表達，提示NF-κB 的活化參與了高糖介導(dǎo)的S1P2 受體的增加。與PDTC 相似，BBR 在抑制NF-κB 核移位的同時，也顯著降低了S1P2 受體和FN 的蛋白表達，提示BBR 不僅通過NF-κB 通路改善腎損傷，對S1P2 受體的抑制作用也與其對NF-kB 活化的抑制作用密切相關(guān)。

高血糖可增加足細胞凋亡和損傷，越來越多的證據(jù)表明，足細胞損傷可能通過干擾蛋白尿的形成而加劇DKD 的發(fā)展。足細胞與裂隙膜一起構(gòu)成腎小球濾過屏障，可以防止蛋白質(zhì)從腎小球濾過屏障中滲出。多項研究表明，一旦發(fā)生足細胞損傷，足突的正常結(jié)構(gòu)就會被破壞，功能會紊亂，產(chǎn)生蛋白尿，從而進促進腎功能損傷的發(fā)展并最終加速DKD進程。Ni 等［38］通過鏈脲佐菌素與高糖/高脂飲食一起用于建立DKD 大鼠模型，證明BBR 可以抑制PI3K/Akt 信號通路以減輕足細胞損傷。足細胞的進一步研究表明，細胞膜蛋白Podoplanin（PDPN），在維持足細胞的正常形態(tài)和功能中起重要作用。HG 可使足細胞中NF-κB 信號通路被激活，從而下調(diào)podoplanin 的表達水平，導(dǎo)致足細胞凋亡增加。Yu 等［39］通過鏈脲佐菌素誘導(dǎo)的糖尿病小鼠以及在HG 培養(yǎng)基中培養(yǎng)的小鼠足細胞實驗證明了BBR改善DKD 的機制之一是抑制NF-κB 信號通路的激活，從而恢復(fù)PDPN 的表達以減少HG 刺激誘導(dǎo)的足細胞凋亡。

腎間質(zhì)纖維化是DKD 的最終過程，其主要特征是腎小管萎縮。腎小管上皮間質(zhì)轉(zhuǎn)化（EMT）是腎纖維化過程中一個相對復(fù)雜的病理過程。這一病理過程涉及一系列信號傳導(dǎo)途徑和多種細胞因子。Notch 通路已被證實介導(dǎo)DKD 的上皮細胞EMT，snail 在細胞分化過程中對基因表達起著重要的調(diào)控作用，其受多種信號通路的調(diào)控，其中最重要的是Notch 信號通路。Notch 通路通過激活snail，抑制E-cadherin（E-Cad）的轉(zhuǎn)錄，下調(diào)其表達，導(dǎo)致上皮細胞失去粘附，促進EMT 的發(fā)生。有研究證明了BBR 顯著降低notch1和snail1的mRNA 表達，提示BBR 在轉(zhuǎn)錄水平上下調(diào)Notch/snail 通路，從而抑制Notch/snail 途徑的激活，降低α-SMA，增加ECad 的表達，抑制腎臟纖維化［40］。

綜上所述，BBR 可能通過多種途徑抑制腎間質(zhì)纖維化，延緩DKD 腎損傷進程。其途徑包括降解氧化應(yīng)激、線粒體途徑、激活A(yù)MPK 信號通路、抑制Nrf2 信號通路、激活或抑制PI3K/Akt 信號通路、抑制SphK1-S1P-S1P2 受體信號通路、抑制NF-κB 炎癥信號通路、抑制TGF-β/Smad 信號通路、抑制NFκB 信號通路、抑制Notch/snail 通路，并且這些通路相互作用抑制DKD 纖維化進程。

3 小檗堿與腎動脈粥樣硬化癥

腎動脈粥樣硬化癥是由腎血管疾病引起的慢性腎損傷，最終可導(dǎo)致終末期腎病（end-stage renal disease，ESRD）［41］?；颊吣I功能損害可能是動脈粥樣硬化性腎血管狹窄與氧化應(yīng)激、炎癥和纖維化加重相互作用的結(jié)果。

腎動脈粥樣硬化癥腎損傷時腎組織氧化應(yīng)激，產(chǎn)生自由基的主要成分是超氧化物，導(dǎo)致SOD 水平下降。這突出表明氧化應(yīng)激可能是導(dǎo)致這些大鼠腎損傷的原因。BBR 通過減少自由基的產(chǎn)生，保持SOD 和CAT 的活性，從而改善血壓、腎臟結(jié)構(gòu)和功能，防止氧化性腎損傷［42］。

參與腎臟氧化應(yīng)激的促炎性細胞因子可激活NF-κB，增加ROS 和超氧化物的產(chǎn)生［43］。這些ROS本身也可以增加NF-κB 活性，導(dǎo)致進一步的氧化/亞硝基損傷，加速腎損傷［44］。一旦NF-κB 激活，NFκB 異二聚體p65/p50 與目標(biāo)基因啟動子區(qū)域的NFκB 結(jié)合位點結(jié)合，啟動轉(zhuǎn)錄和蛋白表達，如TGF-β，導(dǎo)致顯著的炎癥反應(yīng)［45］。NF-κB 的活化依賴于核因子kappa b 激酶β（inhibitor of nuclear factor kappa B kinase beta subunit，IKKβ）的活化，IKK2 的激酶活性以IKB 的兩個相鄰絲氨酸殘基為靶點，釋放和激活NF-κB，導(dǎo)致腎損傷［46］。

Wan 等［47］通過實驗研究證明，BBR 能有效地抑制NF-κB 的活性，減少磷酸化IKK2，p65/p50 的表達，以及TGF-β 表達，這表明BBR 通過抑制NF-κB信號通路的活性抑制促炎和促纖維化反應(yīng)，改善腎臟氧化還原狀態(tài)，降低高膽固醇血癥，改善腎內(nèi)炎癥和腎小管間質(zhì)損傷。

4 結(jié)語與展望

綜上所述，多種途徑參與了腎臟疾病的發(fā)生與發(fā)展，尋找安全且療效確切的治療藥物具有重要意義。近年來大量研究表明，BBR 在腎臟疾病的治療中具有一定的潛力，具有抗氧化應(yīng)激、抗炎、降糖、降脂等藥理作用，但BBR 治療腎病的作用機制非常復(fù)雜，目前均未對其具體分子機制做深入研究，且大部分實驗停留在動物實驗及體外細胞實驗階段，缺乏具體的臨床研究，因此未來筆者需要進一步探索加以明確其具體分子機制，為BBR 治療腎臟纖維化提供實驗依據(jù)，并結(jié)合BBR 藥理作用與各腎臟疾病的特點，為制定臨床應(yīng)用方案提供臨床思路，推動腎臟疾病的治療與發(fā)展。

作者貢獻度說明

本文為第一作者王曉江撰寫，通訊作者王利華導(dǎo)師修改。