特異性促炎消退介質(zhì)在糖尿病腎臟疾病中的研究進(jìn)展

劉 充，劉迎迎，郭兆安*

1.山東中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000；2.山東中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院 腎病一科，山東 濟(jì)南 250014

慢性低度炎性反應(yīng)是糖尿病腎臟疾病(diabetic kidney disease,DKD)重要的發(fā)病機(jī)制。DKD中的炎性反應(yīng)是機(jī)體對慢性高血糖等有害狀況做出反應(yīng)而激活的保護(hù)機(jī)制,以維持組織的穩(wěn)態(tài)和完整性,但炎性反應(yīng)的慢性激活會誘導(dǎo)附帶的傷害效應(yīng)。長期慢性炎性狀態(tài)誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡、細(xì)胞焦亡、腎間質(zhì)纖維化等級聯(lián)反應(yīng)發(fā)生,加重腎臟組織損傷,最終導(dǎo)致DKD的進(jìn)一步發(fā)展。因此,探索減輕炎性反應(yīng)的不同方法對DKD的治療具有重大意義[1]。

現(xiàn)有對炎性反應(yīng)治療方法多是直接抑制促炎細(xì)胞因子、靶向免疫細(xì)胞和阻斷炎性反應(yīng)信號通路等[2]。特異性促炎消退介質(zhì)(specialized pro-resolv-ing mediators,SPMs)的特殊之處在于,它們在不抑制免疫反應(yīng)的情況下發(fā)揮促分解和促炎消退作用。SPMs是一類在正常生理條件下水平較低,但在遭受細(xì)胞焦亡、炎性刺激等損傷后觸發(fā)合成的內(nèi)源性脂質(zhì)分子,包括脂氧素(lipoxins,LX)、溶解素(resolvins, Rv)、保護(hù)素(protectins, PD)和巨噬素(maresins,MaRs)。許多研究發(fā)現(xiàn)SPMs對多種炎性疾病有較好的預(yù)防和治療作用,其中包括DKD[3-5]。

1 特異性促炎消退介質(zhì)

多不飽和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)ω-3和ω-6經(jīng)5-脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、12/15-LOX以及環(huán)氧合酶(cyclooxygenase,COX)等關(guān)鍵酶代謝后產(chǎn)生SPMs。SPMs以受體依賴的方式發(fā)揮作用,目前已發(fā)現(xiàn)的SPMs受體主要是甲酰肽2型受體(lipoxin A4 receptor/peptide receptor type 2,ALX/FPR2)和G蛋白耦聯(lián)受體(G protein-coupled receptors,GPCRs)等7種[5-7]。SPMs的作用是控制和促進(jìn)機(jī)體炎性反應(yīng)的消退,最終使組織和器官免受與慢性炎性狀態(tài)相關(guān)的損害。病理學(xué)將炎性反應(yīng)主要分為啟動和消退2個過程,既往學(xué)者認(rèn)為啟動期主要是免疫效應(yīng)細(xì)胞聚集,負(fù)責(zé)啟動對感染和損傷的應(yīng)答;而消退階段主要是在啟動階段的一系列反應(yīng)被清除之后,被動發(fā)生的病理生理過程。如今人們認(rèn)識到由SPMs介導(dǎo)的炎性反應(yīng)消退階段是一種內(nèi)在程序化過程,它獨立且主動作用于整個炎性反應(yīng)乃至組織細(xì)胞的修復(fù)過程。

2 特異性促炎消退介質(zhì)對DKD下腎臟的保護(hù)作用

SPMs分為脂氧素(LX)、溶解素(Rv)、保護(hù)素(PD)和巨噬素(MaRs)4類,它們對DKD均有良好的預(yù)防和治療效果。以下將分別論述其機(jī)制和作用:

2.1 脂氧素

現(xiàn)有臨床隨機(jī)對照試驗指出,DKD的發(fā)病基礎(chǔ)與LX的缺失直接有關(guān),補(bǔ)充LX類似物是DKD的潛在療法。動物實驗也證實,脂氧素LXA4和苯并LXA4減輕了STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腎小球系膜細(xì)胞增生,降低了尿蛋白含量,表現(xiàn)出明確的腎臟保護(hù)作用。LX是最早發(fā)現(xiàn)的一類SPMs,因此對其生物作用的分子機(jī)制研究最為充分。

2.1.1 LX多途徑平衡促炎細(xì)胞因子和抗炎細(xì)胞因子的釋放:LX能調(diào)控核轉(zhuǎn)錄因子κB(nuclear transcription factor kappa B,NF-κB)、細(xì)胞外調(diào)節(jié)蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、絲裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kin-ases,MAPK)的激活[8-9],抑制促炎細(xì)胞因子并促進(jìn)抗炎細(xì)胞因子的釋放。在鏈脲菌素(streptozocin,STZ)誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型中,LXA4治療后不但顯著抑制已知的炎性介質(zhì)的釋放,如:血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)、單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、腫瘤壞死因子α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)、NF-κB、IL-6、IL-1β、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)等,而且提高抗炎細(xì)胞因子IL-10的水平[10]。在大鼠炎性反應(yīng)模型中,LXA4通過下調(diào)腎臟中的磷酸化Smad同源物2(phosphor Mothers Against Decapentaplegic Homolog 2, pSmad2)、磷酸化蛋白激酶B(phosphor protein kinase B, pAkt)、pERK1/2和p38MAPK,抑制經(jīng)典炎性反應(yīng)通路(Smad、ERK信號通路)和非經(jīng)典炎性通路(p38MAPK、Akt)的激活,從而減少其下游促炎細(xì)胞因子釋放,減輕炎性反應(yīng),減緩DKD患者腎臟功能的下降。

2.1.2 LX調(diào)控機(jī)體免疫細(xì)胞的浸潤、趨化和激活:免疫細(xì)胞在調(diào)節(jié)機(jī)體對組織損傷的炎性反應(yīng)中居于核心地位,LXA4和合成苯并-LXA4類似物通過結(jié)合受體FPR2抑制粒細(xì)胞和單核細(xì)胞激活,減輕腎臟炎性反應(yīng)。LX能夠增強(qiáng)吞噬細(xì)胞的胞葬作用,減少其在炎性反應(yīng)中的聚集,并促進(jìn)M2型巨噬細(xì)胞極化[11],這都有利于腎臟炎性反應(yīng)的消退。研究發(fā)現(xiàn)LX一方面通過甲酰肽2型受體/干擾素調(diào)節(jié)因子5(formyl peptide receptor type 2/interferon-regulatory factor 5, FPR2/IRF5)信號通路降低M1巨噬細(xì)胞的表型和功能極化;另一方面通過FPR2/IRF4信號通路促進(jìn)白細(xì)胞介素-4(interleukin-4,IL-4)誘導(dǎo)M2巨噬細(xì)胞極化[12],增加M2型巨噬細(xì)胞的表達(dá)[13],從而促進(jìn)下游炎性反應(yīng)消退。

2.1.3 LX減輕由高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激對腎臟的直接損傷:核因子E2相關(guān)因子2(nuclear factor edythroid 2 like 2,Nrf2)是減輕氧化應(yīng)激的關(guān)鍵因子。LX類似物5(S),6(R),7-三羥基庚酸甲酯[5(S),6(R),7-trihydroxyheptanoic acid methyl ester, BML-111]是一種穩(wěn)定的FPR-2受體激動劑,使Nrf2表達(dá)上調(diào),促進(jìn)其下游血紅素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO-1)、醌氧化還原酶-1[NAD(P)H:quinone oxidoreductase,NQO-1]蛋白合成,清除細(xì)胞內(nèi)活性氧(reactive oxygen species,ROS),減輕氧化應(yīng)激。它還抑制了層黏連蛋白、纖維連接蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和Ⅳ型膠原等的表達(dá),減輕細(xì)胞外基質(zhì)積聚,保護(hù)腎功能[14]。LXA4能夠通過激活Nrf2/HO-1通路,清除細(xì)胞內(nèi)過剩的ROS、乳酸脫氫酶和丙二醛,提高抗氧化劑超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)水平,減輕腎臟血管內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激損傷[15]。

2.1.4 LX改善腎間質(zhì)纖維化,減少腎臟功能的不可逆丟失:腎臟固有細(xì)胞的增殖、裂解物沉積(α-平滑肌肌動蛋白、Ⅰ型膠原等)、分泌物刺激(TGF-β1、TNF-α等)均會誘導(dǎo)并加重腎間質(zhì)纖維化。在STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠模型中[10],LXA4和苯并-LXA4可減輕小鼠腎小球系膜增生、膠原沉積等病理改變,改善腎間質(zhì)纖維化,降低蛋白尿,保護(hù)腎臟的作用。多種免疫細(xì)胞的募集激活、細(xì)胞因子表達(dá)和上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化(epithelial-mesenchymal transfor-mation,EMT)的啟動是腎間質(zhì)纖維化的重要途徑,30%的成纖維細(xì)胞通過EMT衍生自腎臟的管狀上皮細(xì)胞。LX下調(diào)免疫細(xì)胞和腎固有細(xì)胞TGF-β1、TNF-α、血小板衍生生長因子(PDGF)、堿性成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)等炎性因子的釋放,間接抑制Smad2/3磷酸化和MAPK途徑誘導(dǎo)的EMT發(fā)生。LX除了遵循上述“炎性反應(yīng)-纖維化”的方式減輕腎臟纖維化,兩者還有更為緊密直接的聯(lián)系。LX直接靶向纖維化關(guān)鍵信號通路TGF-β/Smad,保護(hù)上皮細(xì)胞免于表型改變,抑制糖尿病腎病大鼠腎臟纖維化,同時下調(diào)血清TNF-α、IL-6、IL-8和γ-干擾素(IFN-γ)水平,減輕炎性損傷[16-17]。另外,LXA4可以通過上調(diào)microRNA let-c7在腎臟細(xì)胞和組織中的表達(dá),抑制TGF-β1誘導(dǎo)的腎間質(zhì)纖維化。

2.2 溶解素

Rv是SPMs中一個分支,目前研究較多的是D族溶解素:RvD1。臨床研究發(fā)現(xiàn)DKD患者的血清RvD1水平低于非糖尿病腎病(non-diabetic kidney disease,NDKD)患者,提示DKD的發(fā)生發(fā)展可能與低水平溶解素密切相關(guān)。

2.2.1 調(diào)控炎性反應(yīng)消退:NF-κB是DKD中炎性反應(yīng)過程的中心介質(zhì),其持續(xù)激活會促進(jìn)促炎細(xì)胞因子的釋放,增強(qiáng)炎性反應(yīng),加重組織損傷。在鏈脲霉素(streptozocin,STZ)誘導(dǎo)的DKD小鼠模型中,RvD1可通過減少核因子κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB, IκBα)和p65的磷酸化達(dá)到抑制NF-κB信號通路,降低下游促炎細(xì)胞因子IL-6、TNF-α、MCP-1、環(huán)氧合酶-2的表達(dá),減輕腎臟損傷[18]。Rv還抑制中性粒細(xì)胞的浸潤并阻斷了TLR受體(Toll-like receptors, TLR)介導(dǎo)的M1巨噬細(xì)胞活化,降低促炎細(xì)胞因子的產(chǎn)生、釋放。

2.2.2 減少足細(xì)胞的凋亡、焦亡:足細(xì)胞是DKD中重要的損傷靶點。內(nèi)源性危險相關(guān)分子模式會激活NOD樣受體家族熱蛋白結(jié)構(gòu)域相關(guān)蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎性小體,誘導(dǎo)足細(xì)胞凋亡、焦亡。經(jīng)RvD1干預(yù)后,小鼠足細(xì)胞中NLRP3炎性小體的激活受到顯著抑制,進(jìn)而降低下游含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)、IL-β的表達(dá),減少足細(xì)胞因凋亡、焦亡而丟失數(shù)量,避免腎小球硬化。細(xì)胞補(bǔ)充實驗發(fā)現(xiàn),RvD1的前體DHA沒有抑制NLRP3炎性小體的作用,說明RvD1是直接作用于NLRP3炎性小體,且非足細(xì)胞本身產(chǎn)生[19]。

2.2.3 減輕腎臟的氧化應(yīng)激損傷:高糖會導(dǎo)致ROS等的過度產(chǎn)生,誘導(dǎo)氧化應(yīng)激對細(xì)胞DNA、蛋白質(zhì)等破壞,最終導(dǎo)致腎臟纖維化。飲食中的ω-3PUFA可提高腎臟中D系列溶解素的水平[20],顯著降低大鼠腎臟中ROS等促氧化因子的表達(dá)、釋放。體外實驗發(fā)現(xiàn),ω-3 PUFA能降低血管內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)ROS水平,激活Nrf2/HO-1通路并誘導(dǎo)硫氧還蛋白還原酶-1(TrxR1)、鐵蛋白輕鏈、鐵蛋白重鏈和SOD等抗氧化劑表達(dá),減輕氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞DNA損傷[21]。RvD1類似物通過激活腎組織Nrf2抑制氧化應(yīng)激反應(yīng),并減少中性粒細(xì)胞的浸潤,減輕腎臟損傷[22]。因此,溶解素(Rv)有望成為預(yù)防和管理DKD的新療法。

2.3 保護(hù)素

保護(hù)素(PD)最初發(fā)現(xiàn)于自限性炎性反應(yīng)的滲出物中,產(chǎn)生部位與單核/巨噬細(xì)胞轉(zhuǎn)運(yùn)的部位一致。研究發(fā)現(xiàn)PD1可以調(diào)節(jié)單核-巨噬細(xì)胞促炎消退功能,減輕腎損傷。典型激活的巨噬細(xì)胞(M1型)在炎性反應(yīng)的啟動和傳播中起核心作用,而選擇激活的巨噬細(xì)胞(M2型)有促炎消退和協(xié)調(diào)組織修復(fù)、再生的作用[23]。PD1既能誘導(dǎo)DKD腎臟中單核細(xì)胞向M2型巨噬細(xì)胞分化,又能促進(jìn)M1型巨噬細(xì)胞向M2型轉(zhuǎn)化,增強(qiáng)巨噬細(xì)胞的胞葬作用、抑制慢性炎性反應(yīng),保護(hù)腎功能。另外,PD1可以抑制DKD腎臟的氧化應(yīng)激損傷。在腎小管細(xì)胞炎性反應(yīng)中,PD1通過磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B, PI3K/PKB)信號減少細(xì)胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生、蓄積[24],而且促進(jìn)超氧化物歧化酶2(super-oxide dismutase 2,SOD2)等抗氧化物的表達(dá),抑制NADPH氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2,NOX2)的表達(dá),減少線粒體損傷、組織炎性反應(yīng),抗擊細(xì)胞凋亡,保護(hù)腎小管功能,但PD1對SOD2和NOX2的調(diào)控機(jī)制尚不明確[25]。

2.4 巨噬素

巨噬素(MaRs)是新近發(fā)現(xiàn)的一類SPMs,目前的研究顯示MaR1主要通過抗氧化應(yīng)激和促炎消退,改善系膜外基質(zhì)堆積和腎間質(zhì)纖維化,減輕腎損傷。其作用機(jī)制主要有兩方面:其一,MaR1能降低高糖引起的ROS產(chǎn)生,抑制caspase-1、NLRP3炎性小體及其下游IL-1β等促炎細(xì)胞因子的表達(dá),同時降低TGF-β1的水平,減輕腎小球系膜外基質(zhì)堆積[26]。其二,MaR1能上調(diào)其受體LGR6在腎臟中的表達(dá),并通過與之結(jié)合分泌環(huán)磷酸腺苷,促進(jìn)SOD2表達(dá),減輕氧化應(yīng)激損傷,保護(hù)腎功能。MaR1還可以通過激活PI3K/Akt通路,促進(jìn)脂肪組織和肌肉表達(dá)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白4,改善胰島素抵抗,降低血糖。還能升高高密度脂蛋白,影響脂質(zhì)代謝,但具體的機(jī)制有待探索[5]。

3 問題與展望

隨著對DKD病理生理學(xué)基本認(rèn)識的提高,慢性低度炎性反應(yīng)的管理在DKD發(fā)生發(fā)展中的越發(fā)重要。誘導(dǎo)炎性反應(yīng)消退的藥物是治療DKD的一種極有吸引力的治療手段。SPMs處理DKD臨床前模型的結(jié)果顯示了積極的治療作用,但從基礎(chǔ)到臨床的轉(zhuǎn)化,還有許多問題需要解決,包括治療的時間窗、給藥方式和劑量、SPMs藥物制備及其體內(nèi)代謝過程和穩(wěn)定性等。比如:雖然高純度的二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)、二十二碳六烯酸(docose hexaenoic acid,DHA)可以有效補(bǔ)充SPMs,但這類補(bǔ)充劑的純度問題和能升高血漿低密度脂蛋白水平的風(fēng)險是潛在的限制因素;患者的SPMs生物合成酶活性受損將會是內(nèi)源性SPMs產(chǎn)生的另一個潛在限制因素;SPMs的穩(wěn)定性較差也是限制直接補(bǔ)充SPMs的原因等等。因此,確定DKD患者體內(nèi)是否存在SPMs生成不足,現(xiàn)有治療DKD的藥物是否通過提高循環(huán)SPMs水平發(fā)揮了部分保護(hù)作用,以及如何有效的補(bǔ)充患者的SPMs都值得探討。無論如何,隨著對SPMs研究深入,它對DKD病理性炎性反應(yīng)的治療作用將越發(fā)凸顯,有望開辟出糖尿病腎臟疾病的治療新途徑。