自噬与糖尿病肾病关系的研究进展

郭亚男，赵瑞红，刘 青

（1.新疆维吾尔自治区巴音郭楞蒙古自治州人民医院，新疆 库尔勒 841000；2.吉林大学第一医院胃肠内科，吉林 长春 130021；3.吉林大学护理学院内科教研室，吉林 长春 130021）

糖尿病肾病是糖尿病患者十分常见的严重并发症，也是造成终末期肾病的主要原因之一［1］，其发病机制错综复杂，因此探索糖尿病肾病的有效治疗方法成为一个备受关注的问题。自噬（autophagy）即自我吞噬作用，是存在于真核生物细胞中的一种高度保守的保护性机制，通过溶酶体蛋白降解途径清除细胞内的细胞毒性物质及受损的细胞器，从而维持细胞内的稳态及细胞的完整性，在动物疾病的发生发展中起着重要的作用［2］。目前研究［3］发现：自噬在多种器官中都发挥着重要的作用，尤其是代谢性器官，例如自噬可以改善高脂饮食引起的胰岛损伤，但自噬在糖尿病肾病中的作用机制尚不清楚。

2型糖尿病及其相关血管并发症的发生与营养物质信号通路的改变有着密切的关系。主要相关的营养物质信号通路包括哺乳动物雷帕霉素受体（mammalian target of rapamycin，mTOR）［4］、AMP活化蛋白激酶（AMP－actived protein kinase，AMPK）［5］和氧化辅酶（NAD＋）依赖的组蛋白去乙酰化酶（NAD－dependent deacetylase sirtuin，Sirt1）［6］，而这些信号通路在营养条件改变时（例如高糖环境），对自噬也有着重要的调控作用。高糖血症时，营养物质信号通路发生改变使得细胞自噬功能受损，不能对细胞外各种应激发挥正常反应，进一步加重细胞器功能的紊乱继而发生糖尿病肾病。如上所述，自噬在糖尿病肾病的发病机制中发挥着重要的作用。因此通过调控营养物质敏感信号通路来改善肾脏的自噬功能有望成为糖尿病肾病治疗的新的药理靶点。

1 自噬在肾脏病理生理过程中的作用

自噬在细胞中主要有两方面的作用，一方面是在营养物质缺乏的条件下使细胞内的能量物质再循环，另一方面是在外界应激时清除细胞内毒性物质及受损的细胞器。随着对哺乳动物自噬作用研究的深入，人们发现自噬在肾脏的各个部分也普遍存在并发挥着重要的作用。在GFP－LC3转基因小鼠中发现：即使在正常环境下足细胞的自噬水平也非常高，而在自然衰老及肾小球受损时足细胞自噬功能受到抑制［7］。自噬在糖尿病肾病发病机制中的作用尚不清楚，已有研究［8］证明：在糖尿病肾病动物模型中发现肾脏的自噬功能受损，通过限食干预可以改善肾脏的自噬功能从而减轻糖尿病引起的肾脏损害，而这一过程是通过Stir1来调节的。在嘌呤霉素氨基核苷和阿霉素诱导的肾小球肾炎的动物模型中，发现自噬有肾脏保护及抗蛋白尿的作用［7］，特异性敲除足细胞中Atg5的老龄小鼠，会发生肾小球疾病，并伴随着氧化应激产物和泛素化蛋白、内质网应激损伤的积累［7］。以上研究均表明：自噬作用在维持肾脏环境的稳态中起着重要的作用。

自噬作用除了对足细胞起到保护作用外，在病理条件下对肾小管也起到保护作用。在顺铂引起的急性肾损伤模型中，通过电镜、蛋白免疫印迹法等方法发现自噬吞噬体明显增高［9］。此外在肾脏缺血再灌注损伤模型中，运用3－甲基腺嘌呤、氯喹抑制自噬作用会使肾脏损伤进一步加重［10］。在老年肾脏中低氧是引起肾小管损伤的的原因之一［11］，随着年龄的增加，低氧引起自噬作用减弱，从而引起了肾脏中损伤线粒体及线粒体中活性氧物质的积累。以上研究均表明：自噬在肾脏的病理生理过程中发挥着重要的作用。糖尿病肾病在众多肾脏疾病中占有较大的比例，通过干预自噬可以达到保护肾脏、延缓肾脏疾病的进展的目的，这对找到糖尿病肾病治疗的新靶点给予了新的提示。

2 糖尿病肾病的发病机制

糖尿病肾病是常见的糖尿病慢性微血管并发症之一，35%～40%的糖尿病患者并发糖尿病肾病［12］，通常指由于高糖血症引起的肾小球基底膜增厚、系膜扩张及胞外基质增生，导致肾小球的高滤过和蛋白尿［13］。早期表现为尿中排出微量白蛋白，继之出现临床蛋白尿，最后进展为慢性肾功能不全，终末期肾病是糖尿病肾病患者的主要死亡原因之一。目前认为：糖尿病肾病的发病机制十分复杂，高血糖症引起肾脏细胞内外的新陈代谢发生改变，晚期糖基化终末产物的积累［14］、多元醇的通路代谢增强［15］、蛋白激酶C途径的激活［16］被认为是糖尿病肾病发生的主要原因。而近期研究证明：2型糖尿病及其并发症的发生发展与营养物质敏感通路的变化有着密切的联系。与其有关的主要营养物质敏感信号蛋白包括mTOR［4，17－18］、AMPK［5，19］和Sirt1［6，20］，同时这些信号蛋白在营养条件改变时也是自噬功能的调控因子。高糖血症引起生物体内的内环境发生改变，导致这些营养物质传感通路上关键蛋白的表达发生改变，在正常内环境中，这些蛋白可以通过对自噬功能的调节使细胞在受到外界刺激时仍能够维持细胞内的稳态及细胞的完整性；在糖尿病内环境下，由于这些关键蛋白表达的改变，肾脏各种细胞无法像在正常内环境时通过对自噬的调控应对外界的刺激，从而导致了细胞器的损伤及细胞内稳态的破坏，进一步引起了糖尿病肾病的发生。

3 调控自噬与糖尿病肾病发生发展的共同信号通路

肾脏在结构上是一个非常复杂的器官，发挥着重要的生理作用，包括体内代谢废物的排泄、液体总量的调控、维持体内的酸碱平衡及分泌激素等。足细胞对肾小球滤过率起着重要的作用，糖尿病肾病的典型特征是足细胞损伤引起的蛋白尿和肾小球硬化。体内过多的液体通过肾小球进过滤进入肾小球囊，再被近端小管细胞重吸收，近端肾小管细胞在对重吸收的物质进行分解。自噬作用对维持足细胞和近端小管细胞的内环境稳态和功能均起到关键的作用，当高糖血症发生时，足细胞和近端小管细胞的自噬功能会发生改变，而这一改变可能与糖尿病肾病的发病机制有密切关联。自噬存在于足细胞及近端肾小管细胞中，受多种刺激的影响，在众多调控自噬的因素中，限食是激活自噬的最有效的生理性手段之一。mTOR、AMPK及Sirt1对自噬起调控作用，同时这些信号通路上的关键蛋白的改变在糖尿病肾病的发病机制中也起到很重要的作用。

3.1 mTOR信号通路 mTOR是雷帕霉素的靶分子，是一种丝氨酸／苏氨酸激酶，在感受营养信号、调节细胞生长与增殖中起着关键性的作用。在哺乳动物中，mTOR与其他不同的蛋白结合，形成了2种功能不相同的复合体（mTORC1和mTORC2），其中mTORC1对免疫抑制剂雷帕霉素敏感。糖尿病肾病发生时，肾小球和肾小管细胞肥大，足细胞受损，同时伴有肾小球滤过率的进行性下降，许多研究［4］证明mTOR信号通路在这一过程中发挥着枢纽的作用。在1型糖尿病肾病［18］和2型糖尿病肾病［17］模型中，通过雷帕霉素抑制mTORC1信号通路可以起到保护肾脏的作用。近期研究［21］报道：mTORC1虽然在维持足细胞稳态中起着重要的作用，但在1型及2型糖尿病肾病模型中发现过度激活mTORC1是引起肾小球损伤的原因之一。在足细胞特异性敲除mTOR上游抑制因子TSC1的小鼠中发现：mTORC1过度激活造成了肾小球的损伤，这一过程与在糖尿病肾病模型中发现的一致。在糖尿病小鼠模型中通过部分抑制足细胞中mTORC1的活性可以减缓糖尿病肾病的发展［21］。

mTOR信号通路除了上述在糖尿病肾损伤中的重要作用外，其另外的一个主要作用是自噬功能的负性调控作用。在营养过剩的环境下由于mTOR被激活，自噬功能受到抑制，mTORC1蛋白质复合物通过抑制自噬吞噬体结构的始动子ULK1的活性达到对自噬功能的抑制作用［22］。虽然没有证据证明在高血糖症时足细胞和肾小管细胞中mTOR信号通路对自噬的直接抑制作用，但研究［18］发现雷帕霉素对糖尿病肾病模型的肾脏有保护作用。

3.2 AMPK信号通路 AMPK即腺苷酸活化激酶，是一种异源三聚体蛋白，由α、β和γ3个亚单位组成，对分解代谢起到关键的作用，是机体能量代谢平衡的总开关，在真核生物中，AMPK是一种保守的能量感受器，当AMP／ATP比率升高时被激活，被认为是糖尿病治疗的有效新靶点之一。白藜芦醇及二甲双胍均可激活AMPK，有报道［5］证明：白藜芦醇可以通过对AMPK的激活减轻糖尿病肾病早期的肾脏损害。在1型及2型糖尿病肾病动物模型的肾小球和肾小管中，AMPK的活性受到抑制，而人为干预激活AMPK可以减轻肾小球和肾小管的损伤［23］。上述研究表明：AMPK在糖尿病肾病的发病机制中起着重要的作用。

AMPK对自噬作用的调节也起到关键作用。在研究过程中发现：营养缺乏时，自噬与AMPK同时被激活，AMPK不仅可以通过对mTORC1的抑制达到对自噬作用的调控，且可以通过对ULK1的磷酸化作用实现对自噬的直接调控作用［24］。在糖尿病时，AMPK的活性受到抑制，肾脏的自噬功能减弱，因此推论AMPK对肾脏的保护作用可能是通过对自噬作用的激活实现的。

3.3 Sirt1信号通路 沉默信息调节因子2（silent information regulator 2，Sir2）是在研究酵母菌转录沉默时发现的一个广泛存在于各种物种的基因，在DNA损伤的修复、交配型基因的沉默、染色质稳定及延长寿命中起重要作用。目前在哺乳动物中已发现7个Sir2同源基因，也称为Sirtuins，分别命名为Sirt 1～7。其中Sirt1和酵母Sir2同源性最高，对其研究也最为深入。Sirt1在哺乳动物衰老的调控及2型糖尿病等衰老相关代谢性疾病的发病机制起着重要的作用［6，20］。由于Sirt1的作用依赖于NAD＋水平的变化，其作用与机体对氧化和脂类及糖类的代谢反应有关［25］。

研究［6，26－27］发现：在糖尿病肾病动物模型中Sirt1表达下降。糖尿病会引起肾小球细胞的明显凋亡，Sirt1可以抵抗糖尿病引起的系膜细胞的凋亡，起到肾脏保护作用。NADH是体内糖类和脂肪酸的代谢产物，当体内营养过剩时（例如糖尿病），NAD＋／NADH的比率就会下降。而由高糖血症引起的血管内皮细胞衰老与Sirt1的下调有明显的关系，Sirt1在糖尿病血管病变的发病机制中起到保护作用［20］。Sirt1通过抑制氧化应激和TGF－β引起的系膜细胞的凋亡，从而延缓糖尿病肾病的进程［6］。

在热量限制时，细胞内的NAD＋水平增加，激活Sirt1从而使抗氧化物质释放，DNA损伤修复，维持端粒稳定的同时增强自噬功能。过表达Sirt1的转基因小鼠，体质量较野生型轻，代谢率旺盛，体内脂类和糖类的水平较低，这些表型特征与热量限制组的小鼠一致［28］。相反，高脂饮食所引起的胰岛素抵抗及高糖血症均与Sirt1的表达和活性降低有关［25］。虽然Sirt1对糖尿病肾病的肾脏保护作用是否是通过激活自噬达到的仍需要进一步研究，但其仍为研究糖尿病肾病的治疗提出了新方向。

4 展 望

营养物质敏感信号通路与自噬在维持肾脏内环境的稳定上均起着十分重要的作用，而糖尿病时两者均受到影响。上述研究证明：在许多代谢性疾病和衰老相关疾病中，自噬受到营养条件的调控。高糖血症对肾脏来说可以看做是一个“营养过剩”的环境，因此糖尿病时，肾脏中营养感受信号通路的改变，引起自噬功能的减弱，导致晚期糖基化终末产物的积累、线粒体中活性氧物质的积累等，可能是造成早期糖尿病肾病原因。通过人为干预逆转营养信号通路的改变，可以起到保护肾脏、增强自噬的作用。目前营养信号通路及自噬作用在糖尿病肾病的发病机制中的作用尚不完全清楚，在未来的研究中，自噬在糖尿病肾病的发生发展中的作用机制尚有待进一步证明，而这些研究将为寻找糖尿病肾病有效治疗的新靶点提供依据。

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