维生素D 防治糖尿病肾病研究进展

张晓良 宋志霞

慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)在全球的发病率及死亡率均很高，我国的流行病学调查CKD 患病率达10.8%。该病已经成为严重威胁人类健康的公共问题［1］。随着生活方式及饮食习惯的改变，糖尿病在我国的发病率呈逐年上升趋势。糖尿病的并发症糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是导致CKD 和终末期肾病(endstage renal disease，ESRD)的主要原因之一。其发病机制目前并不十分清楚。可能机制包括血流动力学因素、炎症及氧化应激等［2］。目前对DN 尚缺乏有效的治疗手段。维生素D 已经广泛用于CKD的治疗，其主要目的是调节钙磷代谢及继发性甲状旁腺功能亢进等。近年来研究发现，维生素D 还可能存在其他肾脏保护作用。现将维生素D 在DN 这一领域的应用进展进行综述。

1 维生素D 在肾脏病中的应用

早在上世纪中叶，维生素D 已用于CKD 患者。主要目的是维持体内钙的动态平衡和调节骨代谢。当时人们认为CKD 患者体内维生素D 缺乏的主要原因是消化道摄入障碍。随着研究的深入，研究者发现维生素D 在体内发挥生物学作用的是活性维生素D。最早被用于治疗CKD 的活性维生素D 是25－羟胆骨化醇或25 羟基维生素D3［25(OH)D3］。肾脏是产生1－α 羟化酶的最重要场所，25(OH)D3在1－α 羟化酶作用下被羟化生成1，25(OH)2D3，它是最具有生物活性的维生素 D。在 CKD 时，1，25(OH)2D3的合成减少，所以骨化三醇或1，25(OH)2D3成为替代性治疗药物。由于1，25(OH)2D3在临床治疗中安全范围较窄，美国随后研发了维生素D 类似物度骨化醇(hectorol)和帕立骨化醇(zemplar)，在其他国家研发的阿法骨化醇和22－乙二酸－1，25(OH)2D3也随即出现。最近日本开发了一个氟衍生物，1，25(OH)226，27－F6—维生素D3，它是一种维生素D 分解代谢的酶。该药物不影响维生素D本身的作用，但可以延长药物的半衰期［3］。

多年来，维生素D 在临床上广泛应用于治疗肾性骨营养不良及继发性甲状旁腺功能亢进等疾病。有研究经流行病学调查发现维生素D不仅可以降低甲状旁腺激素(PTH)，而且可以降低CKD 透析患者整体死亡率［4］。生存率的增加仅用甲状旁腺激素的降低不能够完全解释，推测可能存在除降低甲状旁腺激素以外的其他机制。

2 DN 的病理及临床表现

微量白蛋白尿是临床诊断DN的早期主要线索［5］。肾小球滤过率(eGFR)下降和血压升高也有助于诊断DN。DN 早期表现为肾小球肥大，随后出现肾小球基底膜增厚，细胞外基质(ECM)积聚、肾小球硬化、肾功能进行性丧失。系膜细胞增殖导致系膜基质增生及足细胞受损。足细胞是肾小球滤过屏障的最外层，DN 时足细胞的损伤可直接导致蛋白尿和(或)白蛋白尿。而且，足细胞损伤也是DN 肾小球发生进行性硬化和eGFR 下降的原因。DN 时足细胞发生的一系列变化包括数目减少、裂隙膜蛋白丢失、足突广泛融合等。一旦足细胞损伤加剧，微量白蛋白尿进展至显性蛋白尿，肾脏持续损害，最后出现肾小球硬化及肾间质纤维化［6］。最近的流行病学调查与上述的结论并非完全一致，提示部分糖尿病患者临床并没有表现出蛋白尿和(或)白蛋白尿，但eGFR 已经下降。研究报道在1 型糖尿病患者中发生的微量白蛋白尿可以逆转，6 年累计缓解率高达58%，说明微量白蛋白尿不能作为发生DN 的预测标志，eGFR 的下降不依赖于微量白蛋白的水平［7］。

3 肾脏病时维生素D 合成及代谢障碍的可能机制

在患肾脏病时，维生素D 的信号通路在多个方面受到干扰。目前尚不清楚这是疾病的发病原因还是疾病造成的结果。正常的人体内维生素D 的来源主要有2 种途径:一是部分食物中人工添加了维生素D;二是由皮肤内的7－脱氢胆固醇在特定波长的紫外线(290 ～315 nm)作用下合成维生素D。由于肾脏病患者限制食用一些富含维生素D 的食物，且尿毒症患者的皮肤合成维生素D 减少，故导致了体内维生素D 的缺乏。正常情况下，维生素D 在体内的代谢有2 个重要的羟化过程，每一步都增加了生物学活性。一个羟化过程是维生素D3在肝脏25 羟化酶的作用下在第25位侧链的碳被羟化，生成25(OH)D3。另一个羟化的过程是在肾脏完成的。目前为止，尚无研究表明在肾脏疾病中第一个羟化过程障碍或不足。在肾脏病的早期阶段，将25(OH)D3转化为1，25(OH)2D3的酶CYP27B1 合成减少。随后出现1，25(OH)2D3的水平降低，其机制可能与成纤维细胞生长因子－23(FGF－23)的增加有关［8］。当eGFR≤40 ml/min 时，循环中1，25(OH)2D3的水平明显降低，1，25(OH)2D3的降低导致继发性甲状旁腺的增生及PTH 水平增高［9］。随着肾功能的持续下降，甲状旁腺维生素D 受体(VDR)和钙敏感受体的数量下降，加重了它们对维生素D 和钙的抵抗。同时，高磷血症也直接影响甲状旁腺的功能和增生。另外，在尿毒症的动物模型和糖尿病患者的肾脏中CYP24A1 酶合成增加，该酶的主要作用是分解代谢1，25(OH)2D3和25(OH)D3。CYP24A1 的增加不受FGF－23 水平的影响。但PTH 可降低CYP24A1的水平，其机制可能是对抗FGF－23因子［8］。

25(OH)D3和1，25(OH)2D3随血液循环与维生素D 结合蛋白(DBP)相结合。DBP 是由肝脏合成的一种含唾液酸的单肽链糖蛋白，分子量为54 kD。由于1，25(OH)2D3的代谢产物的亲和力远不及25(OH)D3，所以DBP 主要与循环中的25(OH)D3结合。已有报道DBP 可以经尿液丢失，导致维生素D 代谢物的减少。另有报道只有25(OH)D3在尿液中丢失的较多，但是并非持续性的。此外，cubilin 和megalin 是25(OH)D3重吸收的2 种蛋白，但在糖尿病患者的尿液中可检测到这2 种蛋白质的丢失，进一步加剧了维生素D 的减少［10］。最近研究证实在疾病的发展过程中，1，25(OH)2D3的丢失早于25(OH)D3［9］。低水平的1，25(OH)2D3将导致VDR 介导的核基因活化减少甚至抑制。但临床上的确观察到大多数肾脏病患者与正常对照组相比25(OH)D3及1，25(OH)2D3水平均降低，其机制有待进一步研究。

4 在DN 中维生素D 作用的可能分子机制

在糖尿病患者中应用维生素D可能减缓肾功能的恶化，提高生存率。可能机制主要包括:协同控制血糖，减少肾素－血管紧张素系统(RAS)的活化和减轻肾小球及肾间质纤维化。高血糖导致糖化蛋白生成过多，后者已被证实可直接损伤肾脏。另有报道提示糖化血红蛋白水平与CKD 风险呈线性相关［11］。啮齿类动物模型研究表明，维生素D 可影响胰岛素分泌，维生素D 类似物可减缓胰岛B 细胞的破坏［12］。此外，在胰岛素受体基因中存在维生素D 受体的一个DNA 反应元件。维生素D 化合物可诱导胰岛素受体的增加、减少分泌胰岛素细胞的死亡，更好地利用葡萄糖。其主要机制可能是由于对骨钙素的影响。在骨钙素基因敲除的鼠模型中，表现出葡萄糖的利用障碍。骨钙蛋白的基因包含典型的VDR 反应元件。当给予1，25(OH)2D3或它的类似物时，骨钙蛋白基因的表达增加［13］。

心血管疾病是肾脏疾病患者的主要死亡原因。维生素D 可能降低心血管的并发症，成为治疗的靶向药物。由于心脏组织不含有VDR 蛋白，它对心脏的保护作用可能是间接地调节RAS 系统。RAS是机体极为重要的调节血压及维持水电解质平衡的系统。当肾脏受损时，血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)的水平明显增高，它被认为在肾脏的损害中起着主导地位。Ang Ⅱ可上调TGF－β，后者可以显著增加细胞外基质聚集，诱导足细胞的凋亡。在几种不同的肾脏病模型中观察到维生素 D 可以抑制 TGF－β 的表达［14］。近年研究表明AngⅡ还可以上调单核细胞趋化蛋白1(MCP－1)。MCP－1 是一种趋化因子，它可以趋化巨噬细胞的聚集［15］，而1，25(OH)2D3可以抑制MCP－1 的表达。其机制可能通过抑制NF－κB表达。所以阻断或降低RAS 的活性成为延缓肾脏疾病进展的极为重要的手段。目前临床上使用的抗RAS 药物主要是血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)和血管紧张素受体拮抗剂(ARB)2 大类。这2 种药物的使用会降低AngⅡ的水平。但是肾素水平会升高，升高的肾素也会造成类似的损害［16］。过去10 年的动物实验研究证实 1，25(OH)2D3及其类似物无论是在mRNA 水平还是在蛋白质水平均抑制了肾素。因此，ACEI 和维生素D联合应用可能更有效。

在肾脏纤维化的过程中，除了RAS 起主导作用外，还有其他一些蛋白质的参与。组织纤维化看似是损伤的结果，但其本质上是修复。一旦损伤发生，如糖化蛋白产生增多，则启动巨噬细胞的浸润和TGF－β的生成。TGF－β 是纤维化的关键因子，它与SMAD3 相互作用形成蛋白复合物。TGF－β 与SMAD3 结合需要细胞外基因和氧化应激相关基因的参与。维生素D 治疗后肾脏中的TGF－β 和SMAD3 蛋白明显降低［17］。

维生素D 保护肾脏的作用可能还有其他分子的参与，包括肝细胞生长因子(HGF)、血小板反应蛋白－1、纤溶酶原激活物抑制剂、去氧肾上腺素和β－连环蛋白等［3］，这些可能的分子机制有待进一步的研究。

5 维生素D 与DN 的动物体内研究

与人类疾病的进展相似的一些DN 动物模型成功制备，并且广泛应用于研究。非肥胖型糖尿病鼠模型(nonbebse diabetic，NOD)可以自发成为1 型糖尿病。当鼠的血糖升高7 d 后就可出现蛋白尿。这些模型鼠如未给胰岛素治疗，它们的寿命大部分＜40 d。肾脏表现为质量的增加，且呈时间依赖性，但组织形态学没有明显的变化。这与另外的一篇文献报道相似，没有胰岛素治疗的NOD 模型的小鼠出现肾脏肥大，但病变轻微。因此，未给予胰岛素治疗的NOD 鼠模型有利于研究DN 的早期变化。几个实验室已经报道给予不同剂量的胰岛素对NOD 鼠进行干预，可以清晰地观察到肾脏损害。最近已经完成了在非胰岛素治疗和胰岛素治疗的NOD鼠给予维生素D 干预的实验。在非胰岛素治疗的NOD 鼠与对照组相比，维生素D 可增加小鼠的生存率，但对蛋白尿没有显著影响。但另一项研究并没有得到以上结果。在NOD 鼠模型上的一项初步研究显示，在胰岛素治疗的基础上给予维生素D 可延长寿命，减少心脏和肾脏的质量，同时可减轻肾损害，迄今尚无最后的结论［3］。

维生素D 在治疗肾脏疾病中除了改善骨营养不良及抑制PTH以外，可能存在其他保护机制。Li的研究组探索了在各种小鼠的模型包括DN 鼠的模型维生素D 对RAS的影响。Slatopolsky 等利用5/6 肾切除大鼠模型在这一领域也进行了一些研究。另外几个实验室在这个领域也做出了重要贡献，遗憾的是没有诱导糖尿病鼠模型［18］。最近许多以蛋白尿、肾素、TGF－β 等分子标记、左心室肥大等作为观察指标的研究表明维生素D 可以延缓肾脏疾病的进展［19］。

6 维生素D 和DN 的临床研究

在治疗DN 患者时，除控制血糖及抑制RAS 外，维生素D 作为一种新的干预药物应用于临床。这主要依据2 个临床试验。VITAL 研究是第一个将活性维生素D 用于DN患者的多中心安慰剂对照双盲研究［20］。纳入的281 例患者均患有2型糖尿病，予以稳定剂量的ACEI或ARB，随机分为3 组。第1 组为安慰剂组，第2 组帕立骨化醇1 μg/d，第3 组帕立骨化醇2 μg/d。治疗4 月后，帕立骨化醇2 μg/d 组与安慰剂组相比，24 h 尿蛋白显著降低。另一项研究是Kim 等进行的一个开放性单中心的研究。依据DN 患者维生素D 的基础水平，给予每周或每月4000 IU 的胆骨化醇治疗。4 月后，患者循环中的25(OH)D3和1，25(OH)2D3水平比基础值明显增高，且与白蛋白比、肌酐比、TGF－β 成负相关［21］。

近年来，帕立骨化醇在CKD 人群中对蛋白尿的影响得到了广泛的研究。帕立骨化醇可持续降低尿蛋白。CKD 患者易发生维生素D 的缺乏。合并糖尿病的CKD 患者比非糖尿病CKD 患者循环中25(OH)D3和1，25(OH)2D3的水平更低。循环中低水平的维生素D可能是影响蛋白尿的一个独立危险因素。CKD 患者中25(OH)D3水平与ESRD、心血管事件和死亡呈负相关［22］。许多维生素D 治疗肾脏病患者的临床试验并没有排除糖尿病患者，故更有力地说明维生素D 在DN 患者治疗中的作用。综上所述，DN 患者予以活性维生素D治疗维持循环中正常的维生素D水平是有益的。

当前的维生素D 治疗DN 的临床研究仍存在一些不足。首先，大部分试验将尿白蛋白作为维生素D可能延缓DN 恶化的一个衡量标准。蛋白尿与CKD 的进展、心血管疾病和死亡相关。在2008 年FDA/NKF 会议将白蛋白尿作为DN 治疗有效的标志。但当时就提出了如何定义正常的白蛋白尿，在什么水平应该进行干预等一系列的问题。会议最后结论是白蛋白尿的变化作为长期评估DN 的指标没有充足的证据。2012 年KDOQI 指南中指出，以往认为一旦出现微量白蛋白尿，则进展至大量蛋白尿是不可避免的。但是，现在越来越多的证据表明，1 型糖尿病微量白蛋白尿患者随访5 ～10 年自发缓解率高达40%，30% ～40%患者仍维持微量白蛋白尿，并未进展至大量白蛋白尿。故血肌酐倍增、eGFR 下降、发展至ESRD 更能说明肾脏严重受损的程度，这些应在研究中给予高度关注。在临床实践中，应该同时监测eGFR 及白蛋白尿变化以判断肾脏的状态［5］。其次，维生素D 缺乏的患者应该首先提高循环中25(OH)D3的水平，而不是给予活性维生素D 或其类似物的治疗。在VITAL 研究中，大多数的病人循环中25 (OH)D3的水平(40 ～42 nmol/L)不足。第三，由于1 型DN和2 型DN 的病理生理机制不同，对维生素D 治疗的反应也可能不同，需进一步在1 型糖尿病患者进行像在2 型糖尿病患者类似的研究。最后，VITAL 的研究中，帕立骨化醇2 μg/d 组36%的患者因过度抑制PTH 的水平而减少剂量［23］。

7 展望

动物实验和部分临床研究均发现维生素D 对DN 的治疗作用，部分研究也对其机制进行了初步的探讨，但是仍然有很多机制尚未阐明。未来的研究需要在进一步探明DN的发病机制的基础上，深入研究维生素D 作用的信号通路，进而推动新型维生素D 制剂的研发，使之能更有效地治疗DN。

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