糖尿病腎小管病研究進(jìn)展

熊煜欣，楊 瑩

（云南大學(xué)附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科，云南昆明 650021）

糖尿病腎?。╠iabetic kidney disease，DKD）是糖尿病引起的一種嚴(yán)重慢性微血管并發(fā)癥，已成為全球范圍內(nèi)慢性腎病（chronic kidney disease，CKD）和終末期腎?。╡nd-stage renal disease，ESRD）的主要原因[1-2]。大約30%的1 型或40%的2 型糖尿病患者在糖尿病多年后會(huì)進(jìn)展為DKD[3]，但在出現(xiàn)明顯臨床表現(xiàn)之前，目前仍無明確有效的方法來預(yù)測哪些患者會(huì)受到影響。因此，迫切需要更好地了解DKD 的發(fā)病機(jī)制及相關(guān)的分子途徑，并及早識(shí)別有風(fēng)險(xiǎn)的患者，制定針對性的防治方案。傳統(tǒng)的觀念認(rèn)為，DKD 的病變主要表現(xiàn)為尿蛋白的升高，這與腎小球病變（包括腎小球系膜細(xì)胞和足細(xì)胞）密切相關(guān)，但流行病學(xué)顯示，仍有20%～70%的糖尿病患者并不出現(xiàn)尿蛋白異常卻有腎功能不全，即正常白蛋白尿糖尿病腎?。╪ormoalbuminuric diabetic kidney disease，NADKD）；并且在糖尿病患者腎組織活檢中發(fā)現(xiàn)，腎小管間質(zhì)病變比腎小球結(jié)構(gòu)改變更嚴(yán)重，同時(shí)常伴有明顯的腎臟肥大[4-6]。早期糖尿病患者的尿液中可以檢測到一些近端腎小管細(xì)胞損傷的標(biāo)志物，而此時(shí)腎小球沒有明顯損傷，說明近端腎小管損傷也是一種早期病變，并不完全繼發(fā)于腎小球損傷，其病變甚至可能早于腎臟微血管病變[7]。上述結(jié)果提示，腎小管病變在DKD 的發(fā)生和發(fā)展中也起著非常重要的作用[8-9]。本文就血糖、補(bǔ)體、生物標(biāo)志物和線粒體在糖尿病腎小管病的作用機(jī)制研究和相關(guān)治療靶點(diǎn)進(jìn)行綜述。

1 高血糖和DT

葡萄糖進(jìn)入近端腎小管細(xì)胞是不依賴于胰島素的，這使得近端腎小管細(xì)胞在糖尿病情況下對高血糖特別敏感。當(dāng)暴露于高葡萄糖濃度時(shí)，近端腎小管細(xì)胞無法充分降低葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)率以防止細(xì)胞內(nèi)葡萄糖發(fā)生過度變化。高血糖不僅從基底外側(cè)暴露腎小管結(jié)構(gòu)，而且增加腎小球?yàn)V過的葡萄糖量，從而增加腎小管葡萄糖負(fù)荷、暴露和重吸收，并通過多元醇途徑導(dǎo)致腎近端小管細(xì)胞IV型膠原蛋白和纖連蛋白的積累，形成損傷[10-11]。這也解釋了腎臟葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)和處理在糖尿病中的調(diào)節(jié)作用的重要性。針對此所開發(fā)的治療策略-SGLT2 受體抑制劑（SGLT2i），可通過抑制近端腎小管對葡萄糖的重吸收、促進(jìn)尿糖排泄而降低血糖，并在多個(gè)大型臨床研究中證實(shí)具有不同程度降低腎臟復(fù)合終點(diǎn)（eGFR 較基線降低≥50%或血清肌酐倍增、ESRD、因腎臟或心血管病死亡）風(fēng)險(xiǎn)以及減少尿蛋白肌酐比（Urinary albumin-tocreatinine ratio，UACR）[12-14]，從而起到改善和延緩DKD 的作用。此外，高葡萄糖可引發(fā)細(xì)胞自噬功能受損，這對DKD 的進(jìn)展無疑是不利的。最近的研究結(jié)果表明，SGLT2i 在改善近端小管的氧合作用的同時(shí)，可抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白復(fù)合物1（mTORC1）的表達(dá)，增強(qiáng)酮分解和自噬[15]。

在高葡萄糖狀態(tài)下，一方面可介導(dǎo)活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生和聚晚期糖基化終末產(chǎn)物（Advanced glycation end products，AGEs）積聚，導(dǎo)致DNA 損傷，進(jìn)而導(dǎo)致腎小球足細(xì)胞和腎小管上皮細(xì)胞過早衰老[16-17]。另一方面，AGEs與其受體的結(jié)合后，可通過激活核因子-kappaB（NF-κB）、TGF-β 等信號(hào)通路，介導(dǎo)氧化應(yīng)激和炎癥的持續(xù)激活[18-19]。這也是DKD 進(jìn)展的重要因素之一。高血糖導(dǎo)致的AGEs 積聚還可激活的腎內(nèi)RAAS 系統(tǒng)，使腎細(xì)胞中腎素和血管緊張素的水平增加[20]。血管緊張素II（AngII）的增加可在體外和體內(nèi)引起腎小管上皮細(xì)胞壞死性凋亡，進(jìn)而升高參與血管緊張素轉(zhuǎn)換酶誘導(dǎo)的細(xì)胞死亡的調(diào)節(jié)因子Fas 和FasL 的水平。使用AngII 和FasL 抑制劑進(jìn)行藥理學(xué)抑制可抑制體外和體內(nèi)由AngII 介導(dǎo)的腎小管上皮細(xì)胞過度死亡，進(jìn)而減輕DT 損傷[21]。

作為一個(gè)獨(dú)立的危險(xiǎn)因素，高血糖本身可直接導(dǎo)致急性腎小管壞死、腎小管細(xì)胞凋亡、上皮細(xì)胞間質(zhì)轉(zhuǎn)化和細(xì)胞外基質(zhì)沉積。與糖尿病腎小球改變平行，腎小管基底膜（Tubular basement membrane，TBM）寬度增加是糖尿病腎臟最早的結(jié)構(gòu)改變之一，即使在正常白蛋白尿的患者中也是如此，TBM 可能比GBM 增厚更能反映DKD 的嚴(yán)重程度[22-24]。而腎小球鮑曼囊和近端腎小管之間的關(guān)鍵連接處存在異常是導(dǎo)致71%的尿蛋白陽性的1 型糖尿病患者的一個(gè)主要病理改變[25]。來自White 等[26]的研究發(fā)現(xiàn)，有26%的2 型糖尿病患者也存在這種病理改變，且這種異常的程度與肌酐清除率呈負(fù)相關(guān)。隨著DKD 的進(jìn)展，腎小管萎縮、管周毛細(xì)血管疏松和間質(zhì)纖維化成為了腎小管間質(zhì)的主要病理改變，最終，在DKD 的晚期，腎小管間質(zhì)和腎小球的改變形成腎纖維化[27-28]。

2 補(bǔ)體和DT

盡管 DKD 通常不被視為免疫調(diào)節(jié)疾病，但越來越多的臨床和實(shí)驗(yàn)研究證據(jù)表明，全身和局部腎臟炎癥在 DKD 的發(fā)生和發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，激活先天免疫的免疫細(xì)胞和常駐腎細(xì)胞已被證明是DKD 的關(guān)鍵介質(zhì)[29-30]。因此，補(bǔ)體系統(tǒng)作為先天免疫系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用，補(bǔ)體途徑的不適當(dāng)激活對腎臟有有害影響。

腎臟是合成大部分補(bǔ)體級(jí)聯(lián)激活成分的場所[31]。有研究者提出，腎小球更容易受到循環(huán)補(bǔ)體成分的傷害，而腎小管損傷通常是局部補(bǔ)體合成的結(jié)果，特別是通過補(bǔ)體C3[32]。C3a 和C5a 是補(bǔ)體級(jí)聯(lián)反應(yīng)的主要效應(yīng)分子，通過結(jié)合和激活它們的G 蛋白偶聯(lián)受體C3aR 和C5aR1，釋放促炎信號(hào)，促進(jìn)細(xì)胞去分化、增殖和遷移[33]。C3aR 在正常人腎臟的腎小球上皮細(xì)胞和近端腎小管細(xì)胞中表達(dá)，但在腎小球系膜或腎小球內(nèi)皮細(xì)胞中不表達(dá)[34]。C5aR1 在系膜細(xì)胞、足細(xì)胞和近端腎小管上皮細(xì)胞中表達(dá)[35]。C3a 和 C5a 可以通過上調(diào)它們各自的受體C3aR 和C5aR1，以及人近端腎小管細(xì)胞中的TGF-b/CTGF 通路，誘導(dǎo)腎小管上皮-肌成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)分化[36]。Susztak 及其同事對44 個(gè)顯微解剖的人類腎臟樣本進(jìn)行了微陣列分析，并提供了人類DKD 基因表達(dá)變化目錄。他們在DKD 腎小管中鑒定出了1 831 個(gè)探針組。腎小管分析將補(bǔ)體系統(tǒng)確定為最顯著調(diào)節(jié)的途徑之一[37]。最近的研究發(fā)現(xiàn)，腎小管損傷和間質(zhì)浸潤細(xì)胞浸潤與尿中補(bǔ)體C3a、C5a 和C5b-9 的增加以及2 型糖尿病中晚期DKD 病變相關(guān)[38]。這些發(fā)現(xiàn)表明補(bǔ)體系統(tǒng)在DT 的發(fā)展和進(jìn)展中具有重要作用。

甘露糖結(jié)合凝集素（Mannose-binding lectin，MBL）是天然免疫系統(tǒng)中的一種關(guān)鍵的模式識(shí)別分子，位于凝集素途徑的上游，參與了糖尿病腎病的發(fā)生[39]。Li 等[40]的一項(xiàng)研究顯示，DKD 患者的血清和尿MBL 的水平高于沒有腎損傷的糖尿病患者，并且尿MBL 水平與尿蛋白水平相關(guān)。Cai等[41]的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，DKD 患者血清MBL 水平升高是DKD 進(jìn)展為ESRD 的一個(gè)獨(dú)立危險(xiǎn)因素。Huang 等[42]研究發(fā)現(xiàn)，包括MBL 在內(nèi)的多個(gè)補(bǔ)體成分主要在2 型糖尿病大鼠腎病組腎小管部位的表達(dá)明顯高于非糖尿病和糖尿病組，且非糖尿病和糖尿病組之間無顯著差異；同時(shí)，24 h 尿蛋白排泄量與MBL、MASP-2、B 因子和C5b-9 表達(dá)呈正相關(guān)，該結(jié)果提示與腎小管部位相關(guān)的補(bǔ)體系統(tǒng)激活與DKD 的進(jìn)展有關(guān)。

3 生物標(biāo)志物與DT

β2 微球蛋白是腎小管受損的常用生物標(biāo)志物，但其水平往往在腎小球發(fā)生實(shí)質(zhì)性損傷后才明顯[43]。而腎損傷分子-1（kidney injury molecule-1，KIM-1）在腎臟急性損傷后，主要由損傷后再生的去分化近端小管上皮細(xì)胞過表達(dá)，可對腎臟特別是腎小管的急性損傷提供重要的預(yù)測[44]，但對于慢性病程的DKD 來說，并不是最好的選擇。

有研究發(fā)現(xiàn)，C 型凝集素同源蛋白Laylin，在腎小球腎炎的腎小管上皮細(xì)胞中高表達(dá)，并參與了腫瘤壞死因子-α 誘導(dǎo)的小鼠腎小管上皮細(xì)胞間充質(zhì)轉(zhuǎn)化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）[45]。另一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，尿組織蛋白酶D 與糖尿病患者腎小管間質(zhì)損傷有關(guān)，同時(shí)，在小鼠近端腎小管上皮細(xì)胞中，AGEs 可增加組織蛋白酶D 活性及炎癥和腎小管損傷標(biāo)志物[46]。Clara細(xì)胞16-kDa 蛋白（CC16）是一種由支氣管細(xì)胞分泌的蛋白，其經(jīng)腎小球?yàn)V過，然后在近端腎小管細(xì)胞中分解代謝，CC16/肌酐比值的異?？珊芎玫念A(yù)測腎小管功能，并且與年齡相關(guān)[47-48]。尿-肝型脂肪酸結(jié)合蛋白（urinary liver-type fatty acidbinding protein，u-LFABP）則是一個(gè)15 kDa 的蛋白質(zhì)，主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)包括近端小管以及肝臟的脂肪酸轉(zhuǎn)移。一項(xiàng)橫斷面研究發(fā)現(xiàn)[49]，在1 型糖尿病患者中，u-LFABP 的升高先于微量白蛋白尿的發(fā)展，因此，u-LFABP 濃度升高被認(rèn)為是糖尿病腎病進(jìn)展的預(yù)測標(biāo)志。進(jìn)一步對165 名無白蛋白尿的1 型糖尿病患者的隨訪研究證實(shí)，高水平的u-LFABP 能夠獨(dú)立于尿白蛋白排泄率，預(yù)測1 型糖尿病患者腎病和全因死亡率的發(fā)生和發(fā)展[50]。來自日本的針對2 型糖尿病腎病患者12 a 的隨訪研究發(fā)現(xiàn)，u-LFABP 的升高亦可成為預(yù)測無明顯蛋白尿的2 型糖尿病患者的心腎終點(diǎn)的指標(biāo)[51]。N-乙酰-β-D 氨基葡萄糖苷酶（N-acetyl-beta-Dglucosaminidase，NAG）也被認(rèn)為是與DKD 相關(guān)的小管損傷標(biāo)志物。這種生物標(biāo)志物以其高分子量而聞名，不能被腎小球過濾；因此，作為近端腎小管損傷的結(jié)果，NAG 在腎小管腔中被釋放[52]。隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，尿NAG 排泄增加均先于蛋白尿，是蛋白漏出前DKD 的良好預(yù)測因子，且不論在1型糖尿病還是2 型糖尿病患者中，尿NAG 的增加與動(dòng)脈粥樣硬化病變相關(guān)[53-55]。此外，Yang 等[56]的研究發(fā)現(xiàn)，在Ⅱ-Ⅲ期的DKD2 型糖尿病患者以及db/db 小鼠腎臟近端腎小管腔內(nèi)可發(fā)現(xiàn)脂質(zhì)沉積，且尿中脂肪分化相關(guān)蛋白表達(dá)與尿NAG 呈正相關(guān)，這從另一方面提示，改善異位脂質(zhì)積聚可能成為DT 治療的新靶點(diǎn)。中性粒細(xì)胞明膠酶相關(guān)脂質(zhì)運(yùn)載蛋白（neutrophil gelatinaseassociated lipocalin，NGAL）被認(rèn)為是一種非常有潛力的急性腎損傷標(biāo)志物，對于2 型糖尿病患者而言，尿NGAL 可能是一個(gè)監(jiān)測短期腎功能損害特別是腎小管損傷的早期標(biāo)志物，并且其水平升高與血脂異常和糖尿病控制不良相關(guān)[57-58]。近期的研究發(fā)現(xiàn)，與非DKD 的2 型糖尿病患者相比，DKD 患者的尿NGAL/肌酐比值明顯增高，提示該指標(biāo)可作為2 型糖尿病患者發(fā)生DKD 的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[59]。

4 線粒體損傷與DT

腎臟近曲小管細(xì)胞中的線粒體是調(diào)節(jié)糖尿病狀態(tài)下氧化應(yīng)激和缺氧損傷的關(guān)鍵細(xì)胞器，其功能失調(diào)可能加速早期糖尿病腎小管病變的發(fā)生[60]。在DKD 中，腎臟耗氧量的增加導(dǎo)致皮質(zhì)和髓質(zhì)缺氧，而低氧的病理生理狀態(tài)對幾乎需要完全依賴氧化來完成代謝活動(dòng)的近端腎小管來說無疑是災(zāi)難性的，這會(huì)導(dǎo)致三羧酸循環(huán)和ATP 產(chǎn)生減少[61-62]。這當(dāng)中，負(fù)責(zé)有氧能量產(chǎn)生的線粒體結(jié)構(gòu)和功能的異常在糖尿病腎小管損傷中起到了關(guān)鍵作用。例如，Coughlan 等[63]在先前針對糖尿病大鼠的研究中發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠成模后4 周，近端小管上皮細(xì)胞線粒體發(fā)生斷裂且ATP 生成受損，但此時(shí)尿蛋白排泄率或腎小球形態(tài)沒有明顯變化，提示近端腎小管線粒體功能異?？赡苁悄I臟疾病更早期的表現(xiàn)。此外，來自Jiang 等[64]的代謝組學(xué)研究結(jié)果表明，與非DKD 患者相比，DKD 患者的線粒體DNA（mtDNA）拷貝數(shù)減少，損傷增加；且線粒體斷裂特別的存在于腎小管中，并非存在于足細(xì)胞中；受損的mtDNA 和片段化線粒體的累積導(dǎo)致ROS 生成增加、細(xì)胞凋亡激活以及小管中線粒體膜電位的喪失。也有研究顯示[65]，在db/db 小鼠模型中mtDNA 的表達(dá)是上調(diào)的，提示糖尿病腎臟中線粒體生物合成是增加而不是減少。這種生物合成的增加可能是對糖尿病狀態(tài)下缺氧和氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的線粒體損傷的一種代償反應(yīng)，類似于2 型糖尿病相關(guān)的高胰島素血癥。

另外，在糖尿病狀態(tài)下，氧化應(yīng)激增加，ROS 生成增多，ROS 與DKD 的發(fā)生和發(fā)展關(guān)系密切[66]。線粒體作為糖尿病中ROS 的主要來源之一，參與了糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生[67]。研究發(fā)現(xiàn)[68]，糖尿病大鼠腎臟近曲小管細(xì)胞中Sirt3介導(dǎo)的線粒體抗氧化酶活性降低與NAD+/NADH比值下降和CD38 過表達(dá)相關(guān)，而敲低CD38 后，可改善高糖條件下HK-2 細(xì)胞中Sirt3 活性和NAD+/NADH 比值，從而改善線粒體抗氧化機(jī)能。此外，通過改善糖尿病狀態(tài)下腎臟營養(yǎng)傳感器PGC-1α 的表達(dá)，可以減少糖尿病腎臟小管線粒體的斷裂、ROS 生成增加和細(xì)胞凋亡，并可恢復(fù)線粒體質(zhì)量，有助于減少STZ 誘導(dǎo)的糖尿病小鼠腎小管的氧化應(yīng)激[69]。在最近的研究中發(fā)現(xiàn)，低氧狀態(tài)增加糖尿病患者循環(huán)血中的ROS 水平，而這種情況在非糖尿病患者中并未出現(xiàn)；同時(shí)，在糖尿病腎病小鼠腎臟中，高葡萄糖通過HIF 脯氨酸-羥化酶依賴機(jī)制抑制缺氧誘導(dǎo)因子-1，進(jìn)而導(dǎo)致腎臟線粒體ROS 產(chǎn)生增加，造成腎臟損傷[70]。因此，維持腎小管線粒體氧化水平的正?？勺鳛榉乐蜠KD 病理變化的另一治療思路。除了抑制氧化應(yīng)激外，減少線粒體分裂也是改善DT 的另一治療思路。DKD 患者的線粒體分裂過度，而通過使用SGLT2i 恩格列凈，可以逆轉(zhuǎn)糖尿病小鼠腎臟及高糖狀態(tài)下HK-2 細(xì)胞中磷酸甘油酸變位酶-5（PGAM5）的表達(dá)增加以及動(dòng)力蛋白相關(guān)蛋白1的活性降低，從而減輕線粒體分裂，改善DT 的損傷，延緩DKD 發(fā)展[71]。

5 小結(jié)

DT 作為DKD 的早期重要啟動(dòng)因素，越來越備受關(guān)注。延緩DKD 的發(fā)生及進(jìn)展是治療糖尿病的主要目標(biāo)之一，而以腎小管上皮細(xì)胞SGLT2i為代表的降糖藥物，在降低腎臟疾病終點(diǎn)事件上所取得的顯著療效，也間接的證明了DT 在DKD病程中所起到的重要作用。進(jìn)一步了解高血糖如何影響腎小管的形態(tài)、功能、相關(guān)分子機(jī)制和信號(hào)通路，以發(fā)現(xiàn)早期病變，充分而全面的揭示DT 對DKD 進(jìn)展的作用，對DKD 預(yù)防有著巨大的理論和實(shí)踐意義。當(dāng)然，這需要對糖尿病腎臟近端小管進(jìn)行更為深入和特異的研究及測量，并通過在不同實(shí)驗(yàn)室使用不同的動(dòng)物模型進(jìn)行腎小管病變的研究來不斷實(shí)現(xiàn)。