糖尿病肾病与硫氧还蛋白及其相互作用蛋白关系的研究进展

方晓琳 郭蔚莹 刘 青 (吉林大学第一医院内分泌科，吉林 长春 3002)

随着人们生活行为，饮食结构及人口老龄化的改变，糖尿病(DM)的发病率与日剧增，成为严重威胁人类健康的慢性代谢性疾病，据国际糖尿病联盟统计，2000年全球有DM患者约1.51亿，而估计到2030年全球将5亿人患DM，DM是DM肾病(DN)重要的微血管并发症之一，临床上一旦产生，其肾脏损害不可逆进展，比例约占40% ～50%〔1，2〕，是欧美国家导致肾脏尿毒症期最重要原因之一，其病理上表现为肾小球基底膜增厚，系膜基质增生，引起肾小球纤维化、硬化，引起肾小球高滤过及蛋白尿，也称为DN肾小球硬化症。其发病机制仍未阐明，目前，关于DN的氧化应激学说倍受关注，有DM动物模型显示硫氧还蛋白相互作用蛋白通过降低硫氧还蛋白活性是血管氧化损伤的一个重要机制〔3〕，调节两者的活性有可能成为新的药理靶点。

1 氧化应激与DN

近来国内外大量研究表明氧化应激在DN的发病机制中起了重要的作用，人们通过实验发现氧化应激标记物丙二醛(MDA)在DM患者血清中明显增多，而机体中重要抗氧化酶即超氧化物歧化酶(SOD)明显下降，表明氧化应激参与其发病发展。Brownlee〔4〕曾提出参与DM并发症的多元醇途径，糖基化终末产物(advanced glycation and products，AGEs)途径，蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途径及氨基己糖途径均是氧化应激的结果，产生的活性氧簇(ROS)参与DM状态下肾细胞损伤，肾小球血流动力学变化及肾脏细胞外基质蛋白(extracelular matrix protein，ECM)〔5〕代谢。为了中止氧化应激的潜在损伤作用，哺乳动物细胞有一个广泛的抗氧化系统序列清除ROS，修复氧化分子，同时把难以修复的损伤靶点降解，其中Trx系统对维持细胞内氧化还原状态的平衡作用巨大。

Trx、Txnip在肾脏的定位与表达:国际放射杂交基因定位协会将人的Txnip基因定位于染色体1q21-23区，而DM基因位于人染色体1q21-24区，家族性混合型高脂血症基因位于染色体1q21-23区，显示了高度的同源性，Andvani等〔6〕通过研究链脲佐菌素(STZ)诱导的DM雌性转基因R(TGR，mRen-2)27大鼠和DN患者肾脏中Txnip与Trx的表达及定位，结果发现，TxnipmRNA及其蛋白在肾小管及远端肾单位中大量表达，相反，TrxmRNA及其表达蛋白局限于皮质，内侧带多于外侧带，并在皮质所有结构中均有表达。

2 Trx对抗氧化应激

Trx是一种分子量约12 kD的小分子蛋白，广泛存在于原核，真核生物细胞中，与Trx还原酶，还原型辅酶Ⅱ(NADPH)共同组成一个广泛分布的NADPH依赖性二硫化物还原酶-Trx系统，该系统与谷氧还蛋白以及谷胱甘肽系统均为机体普遍表达的巯基还原系统，还原型的Trx通过与含二硫键的氧化型蛋白相互作用后，其内部形成一个新的二硫键，该二硫键反过来可被TrxR和NADPH还原，还原型Trx在被TrxR作用的过程中清除了像H2O2，MDA等ROS〔7〕。多项研究表明，Trx参与多种细胞发育进化过程，如氧化增殖，细胞凋亡，基因表达以及血脂和血糖代谢，生物力学，神经保护等，发挥的多重作用〔8〕。人体的Trx主要包括胞浆型(Trx-1)及线粒体型(Trx-2)，由于对Trx-1研究多，本文中主要指Trx-1。

Trx-1是由氧化应激诱导的基因，Billiet等〔9〕近期研究指出，单核细胞衍生的巨噬细胞中，过氧化物酶体增殖物激活受体(PPAR-a)特殊的启动子GW647可以上调Trx基因表达，而同种细胞中PPAR-r的特殊启动子GW929起到的下调作用，王云〔10〕研究观察到PPAR-a激动剂非诺贝特可以上调DM大鼠主动脉组织中Trx mRNA表达水平，提示PPARet激动剂对心血管的保护效应是通过上调Tr x-1的基因表达，从而影响Trx介导的一系列基因的转录活性，以发挥其抗氧化、抗炎、抑制炎症因子生成的作用〔11〕。

Trx-1的抗氧化作用主要包括以下两个方面〔12〕:①Trx-1直接或作为某些过氧化物酶的电子供体清除活性氧，从而降低脂质过氧化，DNA损伤及蛋白质的失活。②Trx-1通过二硫键能还原多种蛋白质(包括:激酶，磷酸激酶和转录因子等)，从而使其恢复生理功能，是维持细胞氧化还原稳态的重要因素，氧化应激状态下的细胞可以通过上调Trx-1，代偿性维持生理功能。Trx-1与DN的发生发展密切相关。Kakisaka等〔13〕通过ELISA方法检测DM患者体内Trx-1水平相对于正常人群组明显上升，且血浆内Trx-1的含量可以反映2型糖尿病患者体内胰岛素抵抗的水平。更进一步研究发现胞外Trx与糖尿病的关系〔14〕:糖耐量减低与Trx的水平相关，在糖耐量减低患者血浆中Trx的含量与健康人群相比出现显著偏高。以上研究表明Trx-1是DM患者氧化损伤的生物标记物，且可能存在DM导致氧化损伤的代偿反应。胰腺细胞Trx-1过表达的小鼠患DM的概率明显降低，这是由于Trx-1抑制免疫反应导致的B细胞凋亡〔15〕，Fas/FasL系统参与B细胞凋亡的过程，重组Trx可以保护细胞免受由肿瘤坏死因子(TNF)和抗FasL系统参与B细胞凋亡的过程，并且Trx能与凋亡信号调节激酶结合，抑制凋亡信号调节激酶1(ASK1)活性以及p38MAPK活性，钝化细胞凋亡信号途径，从而保护了细胞免于凋亡〔16〕，在DN模型中，Trx过表达的转基因小鼠与正常对照小鼠相比，肾小球系膜基质扩增和微管损伤都显著减轻，蛋白尿减少，这表明Trx具有抑制DM肾损伤作用〔17〕，由此推测增加Trx表达对DN的防治具有重要意义。

3 Txnip介导氧化应激

Txnip是一个分子量约46 000 D的蛋白质，也被称作Trx结合蛋白2(TBP-2)及维生素D3上调蛋白(VDVP-1)，人们最初在用1，25-二羟维生素D3治疗的白血病细胞(HL-60)中发现了Txnip，此后〔18〕，人们用酵母双杂交系统分离了Txnip，并认为它是Trx结合蛋白，近来其受到重视，首先因为Txnip基因被视为重要的抑癌基因之一，能作为抗癌药物的新靶点〔19〕，而后发现其与葡萄糖〔20〕和脂肪〔21〕代谢密切相关，Patwari等〔22〕发现了Txnip与硫氧还蛋白(TRX)通过巯基交换形成一个稳定的含二硫键复合物，并发现了2个对此作用过程十分重要的Txnip半胱氨酸残基-Txnip247和63位半胱氨酸残基。

3.1 高渗糖诱导Txnip表达 Fang等〔22〕为探讨小鼠系膜中高渗糖诱导Txnip表达的信号通路，结果显示，Txnip在高渗糖环境4～12 h和12～24 h表达明显高于对照组，并且N-乙酰半胱氨酸在高渗糖环境下降低Txnip表达，更进一步研究表明，p38丝裂原活化蛋白激酶(P38MAPK)抑制剂SB239063及SB203580，MEK抑制剂U0126在高渗糖环境下明显抑制其表达，Txnip mRNA及其蛋白水平的表达是通过ROS/MAPK/MEK信号通路，Ren等〔23〕同样证实了P38MAPK通路诱导高渗糖环境下小鼠系膜细胞中Txnip的表达，以上研究表明高血糖能够诱导Txnip的表达，且高渗糖暴露时间与Txnip基因的表达成正相关，而阻断其信号通路明显抑制Txnip表达。

3.2 Txnip调节系膜细胞中胶原蛋白的表达 Price等〔24〕研究发现，在DM大鼠的神经组织中，基因芯片分析12 w之内Txnip均有高表达，特别是在DM模型4 w时，神经组织中Txnip高表达最明显，且Txnip的改变是引起DN的一个早期因素。Qi等〔25〕报道，在雌性 Homozygous 27 DM 大鼠8 w时，肾小管中Txnip表达增高。肾小球系膜细胞的病理改变在DN的发病中起关键的作用，持续Txnip的超表达促进肾小球系膜ECM基因表达，促进DN的发病，Kobayashi等〔26〕检测高渗糖刺激培养的人的系膜细胞基因表达的变化，发现S73591(Txnip)基因的表达在高糖浓度各组中明显升高2倍以上，另一方面，COL4A1基因表达在高糖环境下被迅速诱导且作用持久，过多表达的VDVP-1基因处于Ⅳ型胶原蛋白a1 chainCOL4A1 mRNA表达上游，最终导致Ⅳ型胶原蛋白的沉积，而Ⅳ型胶原蛋白是ECM的主要成分之一，Inoue等〔27〕等发现尿胶原Ⅳ蛋白的浓度随着肾病的进展而增加，且与健康对照组比较，蛋白尿阴性的2型DM(T2DM)患者尿胶原Ⅳ蛋白的浓度亦显著增加，说明尿胶原Ⅳ蛋白对监测早期DN具有重要意义，上述研究表明Txnip可能通过调节肾小球系膜细胞Ⅳ型胶原蛋白表达促进DN的产生及进展。Chen等〔28〕通过研究小鼠胰岛细胞在25 mmol/L糖浓度中培养24 h后Txnip升高了18倍，同时伴有胰岛细胞的持续凋亡，过多的Txnip介导了内源性线粒体途径的凋亡，相反，Txnip基因敲除的HCB-19小鼠对抗高血糖引起的B细胞凋亡，说明了Txnip在糖毒性和B细胞凋亡中起的关键的作用，其结果均将导致高血糖，恶化肾脏所处的内环境。有研究认为Txnip的表达依赖TGF-β1的上调，TGF-β1增强通过影响ECM代谢而推进DN肾脏的肥大及硬化，与此不同的是，Qi等〔25〕通过小分子干扰RNA(siRNA)将TGF-β1基因沉默，但其Txnip的活性仍升高。

4 展望

林海玲等〔29〕通过免疫组化，RT-PCR，Western免疫印迹技术观察Trx系统在T2DM大鼠肾脏组织的表达及早期普罗布考干预对Trx系统表达的影响，结果发现，普罗布考治疗组与DM非治疗组比较，Trx表达升高，Txnip表达降低，说明普罗布考通过部分恢复Trx功能，降低Txnip表达发挥对T2DM大鼠肾脏组织的抗氧化作用。有些研究显示〔30〕艾塞那肽可降低Txnip基因表达抑制B细胞凋亡，Trx可通过抑制氧化应激对B细胞及肾脏具有保护作用，而Txnip的过度表达介导组织细胞内的氧化应激。Trx及Txnip对监测DN进展具有一定的潜力，需要进一步证实，如何抑制Txnip基因表达，开发其抑制剂或Trx激动剂，可能成为DN治疗的又一热点。

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