炎性细胞因子与糖尿病肾病

张国艳 张佳田 李玥 陈光 齐淑芳 赵晓莲 王伟群 隋洪玉

(佳木斯大学 1附属第一医院，黑龙江 佳木斯 154002；2基础医学院)

糖尿病肾病(DN)是糖尿病患者最常见且最严重的并发症之一。在糖尿病患者中，约三分之一可发展为DN，进而发展为终末期肾病(ESRD)，是导致糖尿病人群死亡率的主要原因〔1〕。有关DN病因和发病机制的阐述涉及诸多因素，普遍认为是由遗传和环境因素共同引发的一系列复杂病理生理事件〔2〕。通过在细胞和分子水平上对DN病因学的深入探究发现，炎症是其致病的一种重要病理生理机制，只是该炎症区别于传统意义上以红、肿、热、痛为主要特征的经典炎症，因其具有慢性、轻微等特征，通常被称为“微炎症”〔3〕。

1 炎症与DN

虽然DN的确切发病机制尚不完全清楚，但高血糖可以促进肾脏炎症、氧化应激反应和纤维化的发生，而氧化应激反应、炎症和纤维化为DN发生发展进程中的关键环节。其中，氧化应激反应可以激活肾脏细胞中的多条病理途径，导致细胞外基质堆积，肾小球和肾小管基底膜增厚，并导致肾纤维化功能障碍等〔4〕；纤维化是DN最基本、最突出的特征；而炎症是肾脏纤维化发生发展的主要原因，在DN的发生发展中发挥重要作用〔5,6〕。

研究显示，免疫系统的激活和慢性炎症均为DN的发病机制中〔7〕，在DN形成过程中不仅伴有巨噬细胞、T淋巴细胞等炎症细胞的招募和激活〔8〕，还可出现大量与炎症相关的炎性细胞因子(CK)在患者肾组织中的聚集，如趋化因子、细胞黏附因子、生长因子、炎性因子、核因子等〔9,10〕。此外，炎症细胞和炎性细胞因子在肾脏中的聚集程度与DN发展进程密切相关，它们可直接破坏肾脏结构并促进上皮向间充质转化的过程，导致细胞外基质积聚的发生，加重肾脏损害及炎症反应；相反，若抑制二者在肾脏的募集则可延缓DN的发生，起到较好的保护作用〔11〕。综合可见，炎症是DN发生发展的主要致病因素。

2 炎性CK在DN病理生理中的作用

CK是指由免疫细胞及非免疫细胞经刺激而合成并分泌的一类具有广泛生物活性的小分子多肽，具有多效性、重叠性、协同性、拮抗性、网络性等多种生理特性，构成了一个复杂的细胞因子互作网络，在炎症应答、免疫调节、细胞增殖分化、损伤组织修复及肿瘤转移等生理和病理过程中均发挥重要作用。DN主要表现为以巨噬细胞为主的炎症细胞的激活及各种炎性CK表达增强，具有相对的隐匿性和持续性。目前，在DN形成中涉及的炎性CK主要有以下几种。

2.1肿瘤坏死因子(TNF)-α 1991年，Hasegawa等〔12〕首次提出炎性CK在DN发病机制中的作用，阐明糖尿病大鼠肾小球巨噬细胞产生的TNF-α和白细胞介素(IL)-1明显高于正常大鼠。后续研究表明，肾脏血细胞(主要是单核细胞和巨噬细胞)及多种内在肾脏细胞(内皮细胞、系膜细胞及小管上皮细胞等)均可产生炎性细胞因子，这些炎性CK水平伴随DN进展程度而不断增高，而且独立于作为肾小球和肾小管间质损害临床标志的尿白蛋白排泄(UAE)的出现，表明这些炎性CK在DN的发病机制中担当重要角色。

DN患者血清和尿液中TNF-α浓度明显升高，其升高程度亦与DN进展程度保持一致性，即随着DN发展程度而不断增加，表明糖尿病致肾脏损伤的程度与该炎性CK水平升高密切相关。此外，糖尿病动物模型的实验〔13〕研究表明，肾小球和肾小管中TNF-α蛋白表达水平均明显增加，TNF-α可直接对肾脏细胞造成细胞毒性，诱发肾损伤、凋亡和细胞坏死等；可通过扰乱促血管收缩与舒张因子之间的平衡而改变肾血流量、减少肾小球滤过率(GFR)。TNF-α还可以直接诱导肾脏细胞产生活性氧(ROS)，导致肾小球血管壁的改变，从而增加白蛋白的通透性。

DN早期的病理变化主要表现为肾功能亢进和肾脏肥大，肾功能亢进主要体现为钠潴留，发生在蛋白尿之前，是DN早期肾功能改变的一个重要指标。DN形成中出现的钠潴留和肾脏肥大均与TNF-α明显相关。体内实验发现，TNF-α可通过激活钠依赖转运体而促进近端小管对钠的大量摄取；体外实验发现，糖尿病大鼠尿TNF-α含量显著增加，其可通过激活远端小管顶端膜钠通道(ENaC)而增加钠的大量重吸收，进而导致钠潴留和肾脏肥大的发生，该效应均可被TNF-α受体融合蛋白或钠通道抑制剂或细胞外信号相关蛋白激酶(ERK)抑制剂所阻断〔14〕。

2.2IL ILs是一群可由多种细胞产生的炎性细胞因子，分为抗炎CK和促炎CK，其中 IL-1、IL-6和IL-18在DN患者中表达增加，作为促炎细胞因子参与DN的发病过程〔7〕。

IL-1在DN动物模型肾脏中表达升高，它能够通过刺激前列腺素(PG)E2的合成而改变肾小球血流动力学，还可通过增加趋化因子和黏附因子的表达而增强肾小球血管内皮细胞的通透性，刺激系膜细胞和纤维细胞的增殖和细胞外基质(ECM)的生成而导致肾脏损伤〔15〕。研究发现，在韩国2型糖尿病患者中IL-1β和IL-1受体基因的多态性与ESRD风险增加有相关性，但在高加索1型糖尿病患者中却无此关系〔16〕。

与TNF-α相似，IL-6水平亦被认为是DN进展的重要标志，其与DN出现的许多功能和结构异常密切相关，在DN大鼠肾皮质中IL-6的mRNA基因表达及尿中IL-6水平均显著增加，且其增加的程度与肾损伤程度呈正相关，可造成肾小球滤过膜通透性异常、系膜细胞肿胀、纤维连接蛋白表达增强等〔13，17〕。

IL-18水平在DN患者的血清和尿液中均显著增高，并与UAE水平上升相关联，此外，它还可诱发干扰素(IFN)-γ、IL-1和TNF-α的释放，上调细胞间黏附因子-1的表达，造成内皮细胞的凋亡等，最终促成DN的发生与发展〔18〕。

2.3黏附分子(AM) AM是指介导细胞间或细胞与基质间相互接触和结合的一类分子，以配体-受体相对应的形式发挥作用，参与细胞的信号转导与活化、细胞的伸展和移动及细胞的生长及分化，是免疫应答、炎症发生、血栓形成、肿瘤转移、创伤愈合等一系列重要生理和病理过程的分子基础。其中，炎症发生时的两个关键步骤为：白细胞与内皮细胞分子黏附；白细胞从血管腔到炎症部位的跨膜迁移。黏附分子可以促进白细胞与血管内皮细胞的黏附，细胞间黏附分子(ICAM)-1和血管细胞黏附分子(VCAM)-1参与其中，是介导炎症的重要介质。DN患者黏附分子表达增强，高血糖、晚期糖基化终末产物(AGEs)、氧化应激、高脂血症及促炎细胞因子等因素可上调ICAM-1的表达，而敲除ICAM-1可对糖尿病小鼠起到保护作用，有效防止肾组织损伤和炎症的发生。VCAM-1在DN患者肾组织及糖尿病动物模型内皮细胞和肾间质浸润细胞中表达均增加，而且血浆可溶性VCAM(sVCAM)-1水平升高与1型和2型糖尿病患者白蛋白尿的进展呈正相关，提示sVCAM-1可能是糖尿病肾脏损伤的一个有效生物标志物〔19〕。

2.4单核细胞趋化蛋白(MCP)-1 MCP-1是趋化因子家族的重要成员之一，可促进单核细胞和巨噬细胞的迁移和激活，参与炎性反应的调节过程〔20〕。研究证实，MCP-1水平在DN患者及DN动物模型肾组织中明显升高，其可介导单核-巨噬细胞迁移并进入肾组织中，聚集于肾组织中的单核-巨噬细胞被激活后可释放多种损害肾功能的物质，如IL-8、ROS、一氧化氮(NO)和转化生长因子(TGF)等，造成血管内皮细胞损伤，促进肾小球纤维化和肾小管间质瘢痕化，导致 DN 形成〔21〕。MCP-1还可通过激活血管紧张素转换酶(ACE)或核因子(NF)-κB途径而促进DN的发生发展，反之，抑制ACE或阻断NF-κB 信号转导途径，则可下调 MCP-1表达水平，从而明显延缓 DN的形成过程〔10〕。

2.5TGF-β TGF-β是一种具有多重生物学效应的CK，在免疫调节、炎性反应、细胞生长与分化、组织修复和胚胎发育等方面发挥重要功能。近年发现，TGF-β在DN形成过程中担当着非常重要的作用，是糖尿病肾脏细胞外基质生成的主调节因子〔22〕。DN形成中肾脏TGF-β及其受体的基因和蛋白表达水平均明显上调〔23〕，上调后的TGF-β可通过多条途径来发挥其生物学作用。TGF-β可通过激活其下游的经典信号通路(TGF-β/Smads)诱导肾小球细胞肥大，增加肾小球系膜细胞ECM积聚，逐步发展为肾小球硬化〔24,25〕；TGF-β可通过激活p38和Smad7介导肾足细胞凋亡，破坏滤过屏障而使肾功能恶化〔26〕；TGF-β还可通过TGF-β/Smads通路诱导肾小管细胞肥大，促进肾小球和肾小管上皮细胞向间充质细胞转化，导致肾脏纤维化的发生〔27〕。

2.6其他 近年来，随着人们对细胞因子与DN关系探究的深入，不断发现在DN形成过程中还有其他炎性CK的参与。其中，被称为炎症中心因子的NF-κB可由体内高血糖和氧化应激反应所激发，激活的NF-κB从细胞质转移到细胞核中，继而促进其目标基因的表达，最具代表意义的即为MCP-1和TGF-β1，二者均为DN进展中重要的炎性CK；NF-κB还可通过增加其他炎性CK(如IL-6)的表达，参与DN的形成过程〔28〕。

广泛参与糖脂代谢调节的脂肪细胞因子亦与DN的发生发展相关联，脂肪细胞因子是由脂肪组织分泌的细胞因子家族，主要包括脂联素、瘦素和抵抗素。脂联素不仅可以增加胰岛素的敏感性，同时还具有抗炎和抗氧化的作用，它可以通过抑制TNF-α的生成与释放而延缓DN的发展，还可以通过干扰血小板生成生长因子(PDGF)纤维细胞生长因子(FGF)和表皮生长因子(EGF)的受体激活而阻止DN所带来的肾脏损伤〔29〕，敲除脂联素的糖尿病小鼠则表现出白蛋白尿增加和足突融合〔30〕。与脂联素相反，瘦素具有促炎作用，可通过刺激炎症信号通路而损伤血管内皮功能，造成血管平滑肌细胞的肥大和增生。实验显示，2型糖尿病患者血清瘦素水平与白蛋白尿的发生和进展相关，伴有白蛋白尿的DN患者血清瘦素水平明显升高〔31〕。抵抗素作为一种促炎CK，能够促进平滑肌细胞增殖迁移、巨噬细胞脂质沉积，引起脂质代谢紊乱。人群调查发现，2型糖尿病患者血清抵抗素水平显著升高，而且与GFR呈负相关，即抵抗素可增加糖尿病患者肾损伤的风险〔32〕。

综上，对DN的主要防治方案仍然通过严格控制高血压、血糖水平及血脂水平异常等危险因素的发生，从而延缓DN的发生发展，但最终仍然无法阻止DN形成对肾脏的损伤。因此，特别针对DN主要发病机制而鉴别的治疗方法可能会更有效且非常必要。既然炎症过程是DN发生发展的基础，那么抗炎方案则为糖尿病患者提供了一个非常有意义的防治思路和治疗手段。但目前正在使用的针对DN防治的抗炎方案十分少见，可借鉴的经验仍很有限，故这一课题仍然是肾科医生所面临的一项挑战，在今后的基础与临床研究中可着眼于抗炎性CK产生及抗炎性反应过程来预防或延缓DN的发生与发展。