糖尿病腎病腎纖維化發(fā)病機制及治療研究進展

敖雅慧，曹文富

（1．重慶醫(yī)科大學第一臨床學院2019級碩士研究生，重慶 400016；2．重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院中西醫(yī)結合科，重慶 400016）

糖尿病腎病（Diabetic Nephropathy，DN）是糖尿?。―iabetes Mellitus，DM）最常見的微血管并發(fā)癥之一，也是許多國家終末期腎病（End stage renal disease，ESRD）的主要基礎疾病。無論在發(fā)達國家還是發(fā)展中國家，糖尿病都是常見疾病之一［1］。糖尿病已經成為一個主要的全球健康問題。根據(jù)國際糖尿病聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，2017年全球約有4.51億糖尿病患者（年齡18～99歲），預計到2045年，將增加到6.93億［2］。糖尿病腎病是糖尿病的第二大并發(fā)癥，是糖尿病的主要微血管并發(fā)癥之一，也是終末期腎臟疾病的主要原因［3-4］。纖維化是所有慢性腎臟疾病的特征，現(xiàn)已被認為是疾病進展的獨立預測因子。腎小球毛細血管壁，間質間隙和小動脈周圍的細胞外基質沉積的程度可以作為對腎單位及其周圍脈管系統(tǒng)功能衰竭的預測指標［5］。越來越多證據(jù)表明腎纖維化是導致糖尿病腎病及其終末期腎臟疾病的主要病理因素［6］。因此，深入研究腎纖維化的發(fā)病機制及治療藥物具有十分重要的意義。纖維化意味著過度的瘢痕形成，通常是對反復或慢性損傷修復性反應，但過度纖維化終將導致器官結構破壞和功能喪失。纖維化的病理機制復雜，擾亂了正常的組織結構，繼而損害了正常的器官功能［7-8］。纖維化是由多種因素協(xié)同作用的結果?，F(xiàn)將纖維化在糖尿病腎病發(fā)病中的機理與治療研究進展綜述如下。

1 細胞因子與腎纖維化

1.1 轉化生長因子-β（Transforming Growth Factor β，TGF-β）

TGF-β是導致終末期腎病的腎小球硬化和纖維化的關鍵因子，能通過激活蛋白激酶等細胞內信號通路和多種細胞因子等促進纖維化，是導致終末期腎病的腎小球硬化和纖維化的關鍵介質。幾乎所有類型的腎細胞都能分泌TGF-β并表達TGF-β受體，它們通過自分泌和旁分泌途徑參與糖尿病腎纖維化的發(fā)生和發(fā)展［9］。

TGF-β是導致大多數(shù)慢性腎臟病纖維化的主要分子，通過典型（基于Smad）和非典型的（非Smad）信號通路誘導腎纖維化，并與許多其他信號通路之間相互作用刺激細胞外基質（Extracellular matrix，ECM）的產生和抑制ECM的降解來介導進行性腎纖維化［10］。Smad信號是關鍵的下游調節(jié)因子，被認為是TGF-β介導的進行性腎纖維化的主要途徑［11］。在纖維化形成過程中，Smad3被高度激活，這與Smad7的下調有關（抑制性），Smad3和Smad7之間的平衡變化可能導致肌成纖維細胞的激活，進而導致ECM的過度產生及ECM的降解減少［12］。在腎纖維化和炎癥過程中，Smad3發(fā)揮促纖維化作用，而Smad7發(fā)揮腎臟保護作用［13］。在動物研究中，TGF-β1中和抗體和TGF-β1信號抑制劑可有效改善糖尿病腎病腎纖維化［14］，還可以通過調節(jié)TGF-β1/Smad2信號通路減輕系膜細胞增殖和ECM沉積［15］，但是應用TGF-β1中和抗體的臨床研究未能證明其有明顯的腎臟保護療效［16］。雖然TGF-β在纖維化中地位很重要，但直接靶向應用TGF-β的結果并不滿意，因為它在免疫調節(jié)等其他生物學過程中也具有多種功能。進一步了解TGF-β在纖維化疾病中的調控及其作用機制有助于更好的確定許多潛在的抗纖維化靶點。這些靶點有可能在制定預防或延緩腎纖維化進展的治療方案中具有重要意義。

1.2 結締組織生長因子（connective tissue growth factor，CTGF）

CTGF是TGF-β的下游分子，在腎纖維化中起重要作用。CTGF是一種高度關鍵的蛋白，與糖尿病腎病的結構和功能改變有關。研究表明，CTGF發(fā)揮多種生物學功能，包括促進細胞趨化、遷移、細胞粘附、增殖、分化和ECM合成［17］，在進展性人類腎臟疾病中過度表達，主要分布在纖維化區(qū)域。在糖尿病腎病誘導的動物模型中，腎小球CTGF水平升高，糖尿病患者的腎組織中也是如此。CTGF可促進I型、IV型膠原和纖維連接蛋白（Fibronectin，F(xiàn)n）等細胞外基質成分的沉積，從而促進系膜細胞的肥大。Pamrevlumab（FG-3019）是一種人抗CTGF的重組單克隆抗體，一項2期臨床隨機、雙盲、安慰劑對照試驗顯示Pamrevlumab能延緩特發(fā)性肺纖維化的進展，耐受性良好，目前，Pamrevlumab正處于3期開發(fā)階段，有望成為治療特發(fā)性肺纖維化的一種新穎、安全和有效的療法［18］。在腎纖維化研究治療中尚無關于人抗CTGF的相關治療研究，所以在腎纖維化中，CTGF仍有很大的研究空間。

1.3 血管緊張素II

血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）是腎素-血管緊張素系統(tǒng)中最重要的生物活性物質，AngⅡ的異常激活參與了糖尿病腎病纖維化的發(fā)生［19］。AngⅡ不僅通過血流動力學作用參與腎臟損害，而且通過非血流動力學作用促進腎小球系膜細胞增殖和肥大，導致細胞外基質積聚和腎臟纖維化［20］。AngⅡ可誘導腎小球系膜細胞增殖，并顯著增強TGF-β/Smad信號轉導和IV型膠原水平。此外，Ang II刺激增加炎癥相關因子的表達，包括ICAM-1、MCP-1和NF-κB，從而誘導ROS的產生［21］。RAAS抑制劑可以改善糖尿病的腎間質纖維化，降低致纖維化生長因子的產生。RAAS抑制劑還能通過直接作用于近端腎小管上皮細胞來防止腎小管間質纖維化，并抑制高血糖誘導的生長因子的產生，從而抑制成纖維細胞的活化［22］。針對Ang II誘導的糖尿病腎病腎損害的研究有助于了解其參與疾病的過程及抑制其作用。

2 炎癥反應與腎纖維化

腎臟炎癥在糖尿病腎病的發(fā)病機制中起著重要的作用，參與了糖尿病腎病的發(fā)病和進展。糖尿病腎病是一種糖尿病微血管并發(fā)癥，其特征是慢性低度炎癥［23］，炎癥可以誘導纖維連接蛋白的表達和ECM的積累，從而加速腎小球硬化和小管間質纖維化的進展。腎臟炎癥包括炎癥信號通路的上調、細胞因子和趨化因子的釋放和免疫細胞的浸潤，腎臟炎癥和纖維化的發(fā)展是一個復雜的過程［24］。腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、白細胞介素-1（IL-1）、IL-6和IL-18、細胞間粘附分子（intercellular adhesion molecule 1，ICAM-1）、血管細胞粘附蛋白1（vascular cell adhesion protein 1 ，VCAM-1）、單核細胞趨化蛋白-1（Monocyte chemoattractant protein-1，MCP-1）等多種炎癥介質在糖尿病時表達上調［25-27］，炎癥狀態(tài)導致腎小管上皮細胞向間充質細胞的轉變、纖維細胞的募集以及成纖維細胞向肌成纖維細胞轉分化和增殖，所有這些細胞類型的變化和增殖都會增加ECM的產生和沉積，從而促進腎纖維化進程［28］。

研究表明通過抑制NF-κB信號通路和降低多種促炎因子的水平，包括TNF-α，IL-1β和IL-6，可以減輕炎癥反應和抑制纖維化進程［29］。實驗發(fā)現(xiàn)RIPK3缺乏減輕了糖尿病誘導的腎纖維化，與NLRP3炎癥小體活化減少有關［30］。NLRP3的敲除能抑制糖尿病大鼠腎臟炎癥小體活化、巨噬細胞浸潤、TGF-β1和CTGF的表達以及Smad3的激活，改善糖尿病小鼠腎小球病變，減弱ECN、Fn、I型膠原和IV型膠原的表達［31］。線粒體靶向抗氧化劑MitoQ能誘導db/db小鼠腎臟線粒體ROS水平降低，減弱TXNIP/NLRP3/IL-1β信號通路的激活，從而減輕腎細胞凋亡和纖維化［32］。炎癥不僅可以作為單一機制參與纖維化過程，還可作為其他發(fā)病機制的上游或下游通路。但其潛在機制的研究尚不滿意，因此控制過度炎癥對抑制進行性腎纖維化引起的糖尿病腎病進展具有巨大的治療潛力。

3 氧化應激與腎纖維化

活性氧（reactive oxygen species，ROS）水平過高會改變細胞蛋白質和脂質的結構和功能，引起細胞功能障礙，包括能量代謝受損，細胞信號和細胞周期控制改變，細胞轉運機制受損，整體生物活性失調，導致免疫激活和炎癥［33］。

在糖尿病狀態(tài)下，ROS是導致腎纖維化的重要因素之一，通過多種機制觸發(fā)腎小管間質纖維化和腎小球硬化。首先，高血糖和其他刺激因素如AngII、TGF-β和晚期糖基化終產物（reactive oxygen species，AGEs）上調固有腎細胞中NOx的表達，導致ROS產生過多［33］。NADPH氧化酶在腎臟中廣泛表達，是腎內氧化應激的主要來源［34］。NADPH氧化酶4（NADPH Oxidase 4，NOX4）是一種具有結構性活性的NOx［35］，高糖通過上調NOX4誘導的ROS過度產生在腎臟炎癥和纖維化過程中起重要作用［36］。通過減少高糖暴露可降低腎小球系膜細胞ROS的產生而抑制Fn和ICAM-1的表達，從而減輕糖尿病腎纖維化［37］。研究發(fā)現(xiàn)在糖尿病腎病中腎小球NOX4的表達增強，但在腎小管NOX4缺失。在腎小管上皮細胞中過表達并沒有引起損傷或纖維化，證明了NOX4衍生的ROS對腎小管上皮細胞的影響與足細胞中的ROS不同［38］。雖然ROS和氧化應激的產生長期以來一直被認為是糖尿病腎損害的驅動因素，但直接減少ROS或增強抗氧化能力（內源性或外源性）的治療策略尚未顯示出明顯的臨床益處。

4 上皮間充質轉化與腎纖維化

上皮間充質轉化（Epithelial to Mesenchymal Transformation ，EMT）被認為是胚胎發(fā)育、原腸形成和某些器官發(fā)育的重要過程，還與組織修復、癌癥進展和器官纖維化有關［39］。EMT是一個程序化的過程，在這個過程中，上皮細胞獲得了間充質細胞（成纖維細胞樣）的表型［39］。越來越多的證據(jù)支持EMT參與腎臟疾病，特別是腎纖維化［40］。上皮-間質轉化在糖尿病腎病的腎間質纖維化中起重要作用［41］。在慢性腎臟病中，TGF-β/Smad3信號通通路參與了介導EMT的關鍵過程［42］。研究發(fā)現(xiàn)miR-21過表達通過下調Smad7和上調Smad3的表達來增強TGF-β1誘導的EMT促進纖維化進程［43］。通過對TGF-β及NF-κB途徑的抑制，可以抑制足細胞的EMT而起到抑制腎纖維化的作用［40］。

5 自 噬

自噬是一種細胞分解代謝過程，在饑餓、缺氧、內質網應激和高血糖等應激條件下，細胞降解和循環(huán)利用功能障礙的蛋白質和受損的細胞器，以維持細胞的穩(wěn)態(tài)。腎細胞（包括足細胞，腎小球系膜細胞，內皮細胞和腎小管細胞）的自噬缺陷或功能不全會加劇糖尿病腎病的發(fā)生與發(fā)展［44］。內皮特異性自噬缺陷會惡化鏈脲佐菌素誘導的糖尿病表型，在鏈脲佐菌素誘導的自噬缺陷小鼠中可以看到嚴重的微量蛋白尿、內皮損傷和足細胞損傷［45］。Apelin在正常葡萄糖和高糖條件下均誘導足細胞凋亡并抑制足細胞自噬，而F13A則逆轉這些作用。Western blot研究發(fā)現(xiàn)，apelin通過ERK、Akt和mTOR依賴途徑抑制足細胞自噬［46］。P2Y2R缺陷可通過調控AKT/FOXO3a和SIRT-1信號通路，恢復DN誘導的自噬反應，保護腎小球和小管損傷及間質纖維化［47］。Smad3通過觸發(fā)糖尿病腎病腎小管上皮細胞溶酶體損耗促進自噬失調［48］。

6 中醫(yī)治療研究進展

6.1 中藥提取物

穿心蓮酯可以防止腎臟肥大和ECM沉積，此外，還減弱NOX1表達，減弱ROS和促炎細胞因子的產生，抑制Akt/NF-κB信號通路。這些結果表明穿心蓮內酯通過抑制腎臟的氧化應激，炎癥和纖維化而對實驗性DN的進展具有保護作用［49］。

姜黃素衍生物J17在體外和體內都能降低高糖誘導的炎癥反應，分別抑制p38MAPK和AKT信號通路的激活而顯示出顯著的抗炎和抗纖維化活性［50］。

夏枯草提物（APV）可減弱高糖誘導的TGF-β和Smad-2/4的表達，上調Smad-7的表達水平，干擾TGF-β/Smad信號通路，對糖尿病腎功能障礙（包括炎癥和纖維化）具有顯著的保護作用［51］。

五味子素B（SchB）可以顯著減輕高血糖引起的腎損傷，腎組織的組織學檢查表明，SchB能顯著抑制纖維化的發(fā)展和腎細胞凋亡。SchB對DN的保護作用與抑制炎癥反應和氧化應激有關［52］。

6.2 中藥復方

黃葵膠囊通過抑制NLRP3炎性小體活化和TLR4/NF-κB信號轉導減輕糖尿病腎病腎小管上皮細胞間質轉化［53］。

腎舒膠囊能通過抑制AKT/NF-κB通路的激活以及下調α-SMA的表達，從而減緩糖尿病腎病的發(fā)展，對腎臟起到保護作用［54］。腎炎康復片能降低db/db小鼠腎功能損害，減輕腎小球和腎小管損傷，減輕腎臟炎癥［55］。

7 現(xiàn)代醫(yī)學治療研究進展

RAAS抑制劑可以改善糖尿病誘導的腎間質纖維化，降低纖維化生長因子的產生。RAAS抑制劑通過直接作用于近端腎小管上皮細胞來防止纖維化，并抑制高血糖誘導的生長因子的產生，從而抑制成纖維細胞的活化［22］。然而，ACEi或ARB的使用不能完全阻止DN向ESRD的發(fā)展。有幾項研究探討了對RAAS更廣泛抑制（ACEi與ARB聯(lián)合）的潛在益處。與預期相反，雙重RAAS阻斷不能提供長期益處，反而會增加不良事件風險，如高鉀血癥和急性腎損傷［56］。近年來，另一種利用鹽皮質激素受體拮抗劑（MRA）強化RAAS阻斷的方法引起了廣泛關注。這些第3代MRA-finerenone與類固醇MRA相比，具有更好的選擇性和更高的抑制鹽皮質激素受體的效力。不過，這些藥物可能與較低風險的高鉀血癥有關［57］。臨床前數(shù)據(jù)顯示，finerenone對腎臟和心血管的益處與通過抑制鹽皮質激素受體過度激活而產生的強大的抗炎和抗纖維化作用有關［58-59］。

鈉-葡萄糖協(xié)同轉運蛋白2（SGLT-2）抑制劑和胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）激動劑是新型降血糖藥物，還兼具腎臟保護作用。實驗研究表明SGLT-2抑制劑可能具有抗炎和抗纖維化作用［60］。在一項臨床試驗中，與格列美脲治療相比，Canagliflzin治療確實能降低TNF-α、IL-6、MMP-7和FN1的水平，這表明Canagliflzin治療有助于逆轉與炎癥、細胞外基質和纖維化相關的分子病理過程［61］。

內皮素-1（ET-1）主要通過激活內皮素A受體，在腎細胞損傷、蛋白尿、炎癥和纖維化導致的慢性腎病中有重要作用［62］。一項關于阿曲生坦對腎臟疾病研究中顯示，ET-A受體拮抗劑阿曲生坦使血清肌酐翻倍或終末期腎病的風險要比安慰劑低得多［63］。

在糖尿病腎病中，持續(xù)的氧化應激會導致凋亡信號調節(jié)激酶-1（ASK-1）激活，隨后通過激活下游信號通路誘導凋亡、炎癥和纖維化［64］。選擇性ASK1抑制劑能減少腎組織p38 MAPK的激活，并阻止了糖尿病小鼠腎病的進展，這表明ASK-1抑制劑有用于治療糖尿病腎病的潛力［65］。

總之，引起腎纖維化病因和發(fā)病機理復雜且相互交織，導致治療靶點復雜，但也正因為相互串擾；目前西醫(yī)治療多集中于單一靶位或途徑，療效不理想。與針對單個分子靶點的化學制劑相比，中藥成分復雜，而含有不同成分的中藥可發(fā)揮多途徑、多靶點協(xié)同效應的優(yōu)勢。隨著研究的越來越深入，中藥治療腎纖維化的優(yōu)勢逐步凸顯。