糖尿病肾病的足细胞表型转化及其干预研究现状

侯鹏超　洪郁芝　叶迅

[摘要] 糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病微血管病变中最常见的严重并发症之一，近年来DN逐步成为终末期肾病（end stage renal disease，ESRD）的首要原因，但是DN的发病机制迄今为止尚未完全阐明。蛋白尿是DN的主要临床特征，也是导致DN恶性进展的重要因素。近年研究认为，足细胞表型转化可能是导致DN早期蛋白尿形成的关键因素。基于此，本文对足细胞表型转化的相关生物学特点、信号通路、与蛋白尿之间关系以及缬沙坦和雷公藤内酯醇干预表型转化可能存在的机制进行综述。

[关键词] 糖尿病肾病；足细胞；表型转化；缬沙坦；雷公藤内酯醇

[中图分类号] R587.2 [文献标识码] A [文章编号] 1673-9701（2014）35-0157-04

DN是糖尿病常见和严重的微血管并发症，研究显示DN的发生率在病程10年以上的1型糖尿病患者中占到30%～40%，是1型糖尿病的首位死亡原因；其在2型糖尿病患者中发生率约为20%，是仅次于心、脑血管动脉粥样硬化之后的死因[1]。近20年来DN的发病率呈增高趋势，DN在欧美等发达国家占ESRD的25%～42%，在发展中国家如印度超过了0.8%[2]，在中国更达到了13.5%。部分大中城市DN导致的ESRD已经成为透析人群的首位原因[3]。DN的基本病理改变是肾小球增大，系膜细胞增生，基底膜增厚和细胞外基质在肾小球、肾小管聚集，从而引起肾小球高滤过和蛋白尿，最终导致进行性肾小球硬化和肾小管-间质纤维化[4]。

1 糖尿病肾病与蛋白尿

DN早期表现为微量白蛋白尿，然后出现大量蛋白尿，最终发展成ESRD。蛋白尿是DN的主要临床表现，也是DN进展的独立危险因素。蛋白尿本身可以加重肾小球硬化和肾小管-间质纤维化，蛋白的滤过和重吸收引起炎症和血管活性物质的释放，导致纤维增生、间质炎症和系膜细胞损伤。研究显示，只要蛋白尿的水平下降50%，ESRD的危险性就能下降61%。因此探讨蛋白尿发生机制具有非常重要的临床意义[5]。目前研究认为，DN蛋白尿的发生机制除了肾小球血液动力学异常、肾小管-间质的损伤、血管内皮生长因子的调节作用和晚期糖基化终末产物与循环蛋白交联等因素外，肾小球滤过膜的破坏成为DN蛋白尿生成的首要原因[6]。近五年来，滤过膜最外层-肾小球足细胞（podocyte）的研究逐渐引起国内外学者的关注。

足细胞是位于肾小球基底膜（glomerular basement membrane，GBM）外高度分化的上皮细胞，它与GBM、毛细血管内皮三者组成了肾小球滤过膜屏障。足细胞邻近的足突相互交叉连接形成栅栏状结构为裂孔，直径约4～11 nm，孔上覆盖一层厚4～6 nm 的裂孔隔膜，称为肾小球足突间裂孔隔膜（glomeroular basement membrance，GPSD），其组成的蛋白主要有nephrin、podocin、CD2AP和ZO-1等，GPSD和其表面带负电荷的唾液酸糖蛋白共同组成了机械屏障和电荷屏障[7-9]。GPSD是阻止血浆蛋白滤出的最后屏障，在维系肾小球滤过膜的完整性中发挥重要作用。国外许多糖尿病动物模型和细胞实验已经提示高糖会引起足细胞发生表型转化导致足细胞结构和功能的破坏，从而导致DN蛋白尿的发生和发展[10]。足细胞表型转化已成为近年来研究蛋白尿形成和肾脏纤维化机制的热点。

2糖尿病肾病的足细胞表型转化

2.1足细胞表型转化概况

足细胞的表型转化是指在持续低强度、进行性的有害刺激诱导下，足细胞可由上皮细胞向间充质细胞转分化（epithelial-mesenchymal transition，EMT），导致足细胞的上皮特异性丧失而失去功能，而转换成的间充质细胞，成为细胞外基质（extracellular cell matrix，ECM）产生大量纤维细胞与肌成纤维细胞。该过程即足细胞表型转化（phenotypic transformation），导致足细胞的受损和滤过屏障的破坏，形成蛋白尿[11，12]，最终导致进行性肾小球硬化和肾小管-间质纤维化。越来越多的研究显示，足细胞EMT可能是导致足细胞功能丧失、大量蛋白尿及肾小球硬化的共同起始途径[13]。

2.2足细胞表型转化的生物学特点

足细胞发生EMT的证据，可由蛋白标志物的改变体现，如上皮细胞标志蛋白nephrin、podocin、NEPH1、CD2AP、ZO-1和P-cadherin等的表达减少，间充质细胞标志蛋白desmin、ILK、FN、MMP-9和FSP-1等表达增加，提示了转分化的发生[14，15]。这类标志物的波动已在实验中获得了部分证明。Wu Y等[16]研究发现，利用链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）诱导产生的糖尿病大鼠，肾小球nephrin、podocin的表达均明显低于正常对照组。Gagliardini E等[17]在STZ诱导糖尿病小鼠足细胞和高糖体外培养的足细胞进行nephrin检测，同样出现表达下调。Zou等[18]在肾病综合征大鼠模型中发现，足细胞的desmin，vimentin和nestin蛋白表达明显上升，提示可能发生了EMT。Yamaguchi等[19]观察2型糖尿病患者109例，并对其中43例进行了肾穿刺活检，结果发现患者尿液和肾组织中足细胞的FSP-l、FN的表达均明显升高，也提示了间充质细胞表现活跃的事实依据。

2.3介导足细胞表型转化的TGF-β/smad信号通路

研究认为足细胞EMT的发生主要有三条信号通路介导，即TGF-β/smad，integrin/ILK和Wnt/β-catenin通路，这些通路交互成错综复杂的网络，共同参与和调控EMT所需要的转录因子和调节信号[20，21]。若能清楚理解这些信号通路作用机制并加以阻断主要通路，将会有效逆转足细胞的EMT而靶向保护足细胞[22，23]。endprint

目前证据显示，转化生长因子（TGF-β）是诱导足细胞发生EMT的主要介质，其在多种以蛋白尿为主要表现的肾脏疾病中均被特异性激活，进而促进了足细胞EMT的发生[20，24，25]。有研究用TGF-β刺激体外培养的足细胞，nephrin、ZO-1的表达明显下调，而desmin、FN、collagenⅠ、MMP-9的表达显著上调。Lee H S[26]的研究认为，使用TGF-β诱导体外培养小鼠足细胞均发生了EMT改变，而纤维化小鼠模型和DN患者的足细胞普遍存在TGF-β上调，这提示了TGF-β可能与足细胞EMT以及肾脏纤维化相关显著。

目前研究认为高糖主要是通过上调TGF-β来激活TGF-β-Smad-MAPK途径导致足细胞损伤[27]。Cheng X等对DN大鼠进行6周的尾静脉高糖注射后发现，与未注射组相比，TGF-β1表达显著上调，p-Smad2的表达则是后者的两倍[28]。其次认为高糖在上调TGF-β的同时下调Smad7的表达，Smad7认为是在TGF-β-Smad-MAPK信号通路中起负反馈作用，一旦Smad7的表达减少，TGF-β-Smad-MAPK通路活性就会增强，肾脏表现为进展性纤维化[29，30]。Chen H Y等[31]在Smad7基因敲除的DN小鼠研究中发现，与未敲除组相比，微量蛋白尿明显增加，肾脏炎症和纤维化明显，并同时伴有TGF-β/Smad2/3 和NF-ΚB信号通路的激活。

2.4糖尿病肾病足细胞表型转化与蛋白尿的发生

最近研究表明，足细胞EMT与蛋白尿之间存在密切且复杂的关系。DN中高糖为主要的诱导因素，在持续的低强度、进行性刺激下，足细胞将启动EMT，表达上皮细胞样表型标志物的足细胞减少和表达间充质细胞样表型标志物的足细胞增多，发生EMT的足细胞活性减低、衰退以及正常功能丧失，足突分叉减少消失、融合增加，与GBM的粘附能力降低，这使得肾小球滤过膜受损，形成早期蛋白尿[12]。另一方面，转换成的间充质细胞成为细胞外基质的成纤维细胞与肌成纤维细胞的重要来源，进一步加重肾小管间质纤维化[32]。而长时间和强烈有害的高糖刺激，除了加重足细胞EMT，还可导致足细胞结构的破坏和细胞的凋亡，从GBM发生脱落，由于足细胞只有有限的增殖能力，当大量足细胞从GBM上脱落后，剩下的足细胞将无法填补缺失，这导致了肾小球滤过膜的通透性进一步增加，形成晚期大量蛋白尿。与此同时转分化形成的间充质细胞成为ECM而大量堆积，这将加速肾小球硬化和肾小管间质纤维化的形成[20，33]。

以往研究显示足细胞的数量与早期蛋白尿密切相关，足细胞脱落和凋亡将直接导致早期蛋白尿的产生。然而近年来研究发现大量足细胞的凋亡和脱落明显落后于蛋白尿的产生，在糖尿病大鼠模型中出现微量白蛋白尿时，足细胞的数目并未出现明显的减少[34]。Liu[35]的研究证实，早期蛋白尿形成可能与足细胞EMT有关，而后期大量蛋白尿形成则与足细胞脱落和凋亡有关。同时研究认为，EMT是足细胞损伤后发生一系列反应中一个可逆的过程，若在DN早期去除高糖等损伤相关因素或者直接干预EMT，足细胞可能出现恢复，而并不进一步发展成凋亡和脱落，从而阻止早期蛋白尿的进展。

3 缬沙坦干预足细胞表型转化的研究

目前公认有效地保护足细胞的药物是肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂（RAS抑制剂）。以往的研究认为RAS抑制剂通过长期有效的血压控制可减低肾小球滤过率的下降速度，降低肾小球内压，达到减轻DN患者蛋白尿的目的[36，37]。

但目前的研究发现ANGⅡ是诱导EMT的强激动剂，并且选择性阻断AT1和AT2受体不能抑制ANGⅡ诱导EMT，反而通过增加ANG1-7的合成，促进EMT[38]。缬沙坦（Valsartan，Val）是选择性AT1受体阻断剂，以往的研究已经证实缬沙坦能促使DN大鼠足细胞nephrin、ZO-1上调， FSP-1、desmin的下调，进而改善肾功能和肾脏病变[39]。Tominaga N等在高血压合并DN的大鼠实验中，利用不同剂量的缬沙坦观察大鼠血压和蛋白尿的变化，当缬沙坦超过120 mg/（kg·d）时，血压不再出现额外的下降，而蛋白尿却持续减低[40]。因此目前认为其降低蛋白尿的机制除了通过抑制RAS、降低肾小球内压之外，可能存在通过保护足细胞损伤的非RAS途径[41]。缬沙坦是否通过对足细胞EMT的调节作用保护受损的足细胞目前尚未完全清楚。

4雷公藤内酯醇干预足细胞表型转化的研究

雷公藤内酯醇（triptolide，TP）是雷公藤生物中活性最强的单体。近期研究发现，应用TP可保护体内外嘌呤霉素氨基核苷诱导的足细胞损害，可显著减少诱导的大鼠模型蛋白尿，且该作用不依赖肾小球滤过率下降。该研究还发现蛋白尿的降低与足突融合的改善、desmin下调、nephrin、podocin恢复存在密切关系，TP可阻止嘌呤霉素诱导的小鼠模型足细胞actin细胞骨架和微丝相关的突触极蛋白损伤，TP还能保护足细胞免受C5b-9介导的损伤并减轻蛋白尿[42]。但TP的这种对足细胞保护作用是否通过上调高糖诱导下Smad7表达减少，从而抑制TGF-β-Smad-MAPK信号通路的活化，在糖尿病肾病早期抑制甚至逆转足细胞的EMT，目前尚存在研究的空白。

5展望

足细胞EMT为肾脏疾病中足细胞与蛋白尿的关系提供了全新的解释。但在DN蛋白尿发生发展过程中，足细胞EMT究竟起什么作用，调节EMT的信号通路在高糖环境下发挥怎样的调控作用，目前仍有争议。体内外的研究表明雷公藤内酯醇和RAS抑制剂缬沙坦极有可能通过缓解足细胞EMT而减轻DN蛋白尿，但对其靶向保护足细胞的具体机制仍然存在许多空白和争议。通过观察雷公藤内酯醇和缬沙坦干预体外高糖环境下足细胞EMT及其调节EMT的信号通路，将有利于深入探讨DN足细胞表型转化的发生机制，并且为其保护足细胞、降低蛋白尿和延缓DN进展提供崭新的分子生物学依据。endprint