刘芬芬,吕学爱
(1.泰山医学院,山东 泰安 271000; 2. 泰山医学院附属泰山医院肾内科,山东 泰安 271000)
据世界流行病学报道,全球有1.8亿糖尿病患者,至2030年总数将翻倍。而糖尿病发生肾脏病变为30%~40%,我国大约有4千万糖尿病患者,1/3的人最终会发展为糖尿病肾病(DN)。糖尿病肾病是糖尿病患者最主要的微血管病变之一,成为导致终末期肾病的主要原因之一。由于糖尿病肾病患者机体存在极其复杂的代谢紊乱,一旦发展到终末阶段,往往比其他肾脏疾病更加棘手,因此进一步探索其发病机制,以便制定更加有效的防治措施,对延缓糖尿病肾病的发展有重要意义。糖尿病肾病的早期改变为肾小球肥大、基底膜增厚及细胞外基质的积聚,晚期则表现为肾小球硬化和肾间质纤维化。基质细胞衍生因子-1α(stromalcell-derivedfac-tor-1α,SDF-1α)是新近发现的具有趋化活性的细胞因子,是趋化性细胞因子 (ehemotaxiseytokine,CXC)亚族(a亚族)的一员,SDF-1α的受体为CXCR4 (CD184)。SalcedoKelly等[1]发现,VEGF和碱性成纤维细生长因子(bFGF)能上调内皮细胞CXCR4的表达,而Kijowski[2]和Neuhaus[3]分别发现SDF-1α能诱导造血细胞和内皮细胞表达VEGF。现将SDF-1α及VEGF在糖尿病肾病中的意义做以下综述。
SDF-1首先在小鼠骨髓基质细胞分泌的细胞因子中被发现。其氨基酸序列含有4个保守的半胱氨酸及N端含有2个半胱氨酸,归属于趋化因子CXC家族,命名为CXCL12。它包括两种同分异构体,SDF-1α和SDF-1β,两者的区别在于前者比后者少四个3′氨基酸。CXCR4是SDF-1α高度特异性受体,在分子结构上是一个编码352个氨基酸且高度保守的7次跨膜受体[4]。
SDF-1α和CXCR4广泛地表达于多种细胞和组织中,包括视网膜色素上皮胞[5,6]、免疫细胞、脑、心、肾、肺和脾脏等。SDF-1α与CXCR4具有高度亲和力。两者特性结合后形成的SDF-1α/CXCR4轴是其生物学功能实现的分子基础。SDF-1αCXCR4轴生物学功能包括介导免疫及炎症修复反应[6,7]、调控造血干细胞迁移归巢[8,9]及血管发生[10]、参与胚胎发育过程、恶性肿瘤的浸润转移[5,11]、介导HIV感染,以及促进RPE细胞迁移和分泌趋化因子等。其特性有:(1)SDF-1有高度的保守性,小鼠和人的SDF-1仅有1个氨基酸差异,有99%的同源性[12];(2)通常一种趋化因子可结合多种受体,一种受体也可结合不只一种趋化因子,但迄今发现只有SDF-1与CXCR4是一对一的结合关系[13];(3)趋化因子基因通常定位于4、17号染色体,但SDF-1基因却定位于10号染色体长臂;(4)SDF-1主要由低氧诱导表达[14]。
Hitchon[15]等在对人类风湿关节腔滑液的研究证实:在缺氧因子的诱导下不仅可以出现VEGF的高表达,SDF-1α的表达也明显升高,而且增高比例明显高于VEGF,提示SDF-1/CXCR4轴与VEGF存在着某种相关性。NankiT等研究发现趋化因子可以提高B细胞在滑膜的积累。Salced[1]等发现,VEGF和碱性成纤维细生长因子(bFGF)能上调内皮细胞CXCR4的表达,而Kijowski[2]和Neuhaus[3]分别发现SDF-1能诱导造血细胞和内皮细胞表达VEGF。SDF-1α能刺激VEGF在内皮细胞中表达而VEGF能在培养的内皮细胞中上调CXCR4的浓度。SDF-1α促VEGF生成,VEGF通过上调CXCR4浓度加强内皮细胞对SDF-1α的应答,从而形成协同作用。SDF-1α和VEGF一起促进EPC从远处的集聚,如从骨髓移向缺血的视网膜,共同形成造血和生成内皮的起源。在研究SDF-1α对人微血管内皮细胞的作用时发现,SDF-1α能促进内皮细胞增殖迁移,并能促进内皮细胞表达血管内皮生长因子(VEGF),Salced[1]等研究发现VEGF能诱导人血管内皮细CXCR-4表达增加。研究报道SDF-1基因转染的内皮祖细胞通过VEGF/e1Nos途径增加缺血诱导的血管形成和血管新生。
VEGF可改善肾小球毛细血管内皮功能,增加血管通透性,血浆中的蛋白、单核细胞、细胞因子和生长因子,如TGF-β、PDGF、FGF、EGF和TNF-α等就可从血浆中滤出,沉积于肾小球系膜区,刺激肾脏肥大,产生毒性反应,最终导致肾小球硬化。
内皮细胞可以分泌SDF-1[11,16],Salvucci[16]等通过体外的研究发现,SDF-1可以在早期的内皮细胞胞浆、细胞表面盒细胞培养后的上清液检测到,说明早期的内皮细胞持续分泌SDF-1。同时血管内皮细胞也是SDF-1实现其生物学功能的平台。通过研究SDF-1/CXCR4轴诱导的跨膜实验证实,内皮细胞表面的蛋白聚糖(PGs)直接参与了骨髓基质中SDF-1浓度梯度的形成并最终促进了造血细胞的迁移与回髓。SDF-1/CXCR4轴在内皮细胞形成血管的过程中起着重要作用。
Akimoto[17]等在应用酶联免疫及RT-PCR法研究SDF-1/CXCR4在胃溃疡不同时期的表达水平时发现,在溃疡活动期,CXCR4在胃粘膜表达水平较低,而在愈合期及瘢痕中形成期,CXCR4表达明显上调,同时SDF-1出现明显的降低,这表明SDF-1/CXCR4轴可能参与了溃疡修复期血管的形成及粘膜上皮细胞的再生。
4.1.1最近许多研究证实,糖尿病处于一种慢性低水平的炎症状态。广义的炎症标志物囊括了各种免疫细胞、细胞因子等。其中单核巨噬细胞浸润肾组织被认为是糖尿病肾病的重要病理特征,体外实验发现,SDF-1α对淋巴细胞、单核细胞有趋化作用,体内实验中发现,其对单核细胞的趋化作用更强大。近年来的研究报告显示SDF-1/CXCR-4轴在多种状态下发挥独特作用:具有强烈的趋化作用,并能促进MCP-1和IL-8的表达,介导炎症细胞跨膜迁移、对T淋巴细胞增殖起共刺激作用,并能促进T细胞与内皮细胞的粘附参与慢性炎症发生。SDF-1α作为较强的趋化因子能够趋化各种炎症因子可能在糖尿病肾病中发挥重要作用。
4.1.2有文献研究表明因与IL-8具有较高的同源性,SDF-1α也被称为IL-8样因子,与IL-8存在很多功能上的相似之处。最近有研究发现IL-8对新鲜、游离的外周血单核细胞有趋化作用,并且促使单核细胞在内皮细胞上的滚动变为强有力的粘附。同时,SDF-1α与Fractalkine亦有高的同源性,而Fractalkine对细胞粘附作用是不依赖于整合素的新途径,这提示着我们SDF-1α可能具有粘附分子的活性,可能通过依赖于整合素和不依赖于整合素的两条途径起作用,促进单核细胞在活化的内皮细胞上的粘附,为单核细胞进一步迁移到内皮下激活为巨噬细胞创造了条件,进而促进糖尿病肾病的发展。
Ceradini[18]等进而发现,缺氧活化的转录因子缺氧诱导因子-1(hypoxia-induciblefactor1,HIF-1)可增加缺氧组织内皮细胞SDF-1的表达,促进CXCR4阳性的EPC在缺氧组织聚集。Butler[19]等则在缺血缺氧动物模型上发现,血管内皮细胞SDF-1的表达量与血管细胞黏附分子-1(VCAM-1)呈正相关,而与密封蛋白(occludin)呈负相关。糖尿病肾病的发展过程中,血管内皮细胞受损,内皮细胞结构和功能发生改变,导致内皮素表达过多引起肾小管—间质引起血供不足,导致低氧损害。SDF-1α主要由低氧诱导表达,糖尿病肾病的持续缺血缺氧导致SDF-1α生成过多。
Hoffmann[20]等发现,SDF-1的表达与肾脏疾病的活检Banff病理分级有关。在正常肾移植病人(Banff1级)的肾活检中,SDF-1主要表达在肾小球系膜细胞、近端小管上皮和集合管上皮,而在其他部位表达很少或不表达;而SDF-1在急性间质排斥反应病人(Banff4级)表达显著增加,在慢性移植肾病病人(Banff5级)的肾活检中,发现大量的SDF-1阳性细胞,但部分急性肾功能衰竭病人(Banff6级)的SDF-1活检结果却与正常肾移植的活检结果没有显著性差异,其原因不明。Togel[21],LotanD,SheinbergN[22]等证实缺血性急性肾衰(Acuterenalfailure,ARF)的肾脏表达SDF-1增加,同时骨髓细胞产生SDF-1减少。ARF伴有严重的内皮细胞损伤,SDF-1既可以诱导粒细胞大量募集到损伤处,进一步加重细胞损伤,又可诱导内皮祖细胞(Endothelialprogenitorcells,EPCs)参与血管再生,促进损伤肾脏修复,但Togel[21]认为肾脏SDF-1的浓度增加达到骨髓中的浓度,可以抑制T细胞趋化,有抗炎作用。
血管生成和退化是许多疾病重要病理生理过程,与这些疾病的发生、发展和预后密切相关。sterby等提出糖尿病患者可能有新生血管形成。形态学证实糖尿病早期肾小球高滤过和肥大与肾小球毛细血管增多有关,DN患者72%~87%的肾小球血管极处有新生血管生成[23,24]。研究表明肾脏血管结构的异常常与局部促血管生成因子和血管生成抑制因子平衡失调有关[25]。研究表明,SDF-1α与血管生成密切相关,通过与其特异性受体CXCR-4结合而发挥趋化作用,促进造血干/祖细胞逆SDF-1浓度梯度移行和增殖,诱导新生血管形成。在研究SDF-1α对人微血管内皮细胞的作用时发现,SDF-1α能促进内皮细胞增殖迁移,并能促进内皮细胞表达血管内皮生长因子(VEGF),从而促进血管发生,表明SDF-1α参与了微血管内皮细胞形成新生血管的过程。另外FloegeJ,SmeetsB等研究证实SDF-1/CXCR4轴是肾小球血管发展新的驱动程序[26]。TakabatakeY,SugiyamaT等研究发现SDF-1/CXCR4轴在肾脏血管发展中是不可或缺的[27]。
研究表明SDF-1α在糖尿病大鼠心肌病变、糖尿病视网膜病变中发挥了重要作用,那么在糖尿病肾病中SDF-1α应该也发挥了重要作用,其在糖尿病肾病中的作用可能与其较强的趋化特性及血管新生有关,尤其是在糖尿病肾病的损伤修复及血管新生中有重大意义,目前机制还未完全明确。阻断SDF-1/CXCR4轴能够延缓糖尿病肾病的发展。因此,特异性SDF-1抗体,或修饰改造SDF-1重组高度特异性CXCR4无活性配体,将可能成为防治糖尿病肾病发展的重要手段。
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