糖尿病肾病的发病机制研究进展

张秀华，曹式丽

(1.天津中医药大学研究生院，天津 301617； 2.天津中医药大学第二附属医院科教部，天津 300250；3.天津中医药大学第一附属医院肾病科，天津 300193)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)作为糖尿病常见的微血管并发症之一，早期临床表现为微量白蛋白尿。在早期病理上，DN主要表现为肾小球滤过率增加，肾小球系膜区增宽和肾小球毛细血管基膜增厚；后期表现为肾小球滤过率下降，肾小球、肾小管间质纤维化。在糖尿病患者中，出现肾脏并发症约占25%，其中糖尿病肾病已成为发达国家终末期肾脏病的首要病因[1-2]。故导致因肾衰竭而进行的血液净化和肾移植治疗日益增多。我国是糖尿病患者最多的国家之一，DN发病率也呈逐年上升趋势[3]。据统计，到21世纪中叶，全世界糖尿病患者将达3.66亿，而作为其常见并发症的DN患者将超过1亿[4]。DN发病机制十分复杂，迄今尚未完全明确。目前普遍认为，DN的发生和发展，与遗传因素[微RNA(microRNA，miRNA)、DNA甲基化]、代谢机制紊乱(多元醇通路、蛋白激酶C等)、血流动力学改变、炎症反应、氧化应激(活性氧类、内质网应激)等诸多因素有关。因此，研究DN的发病机制，对早期干预其发病及有效防治疾病进展具有十分重要的意义。现就DN的发病机制研究进展予以综述。

1 遗传因素

1.1miRNA miRNA是一种非编码RNA分子，其组成包括21～25个核苷酸，通过作用于肾脏多种细胞，参与了DN的发生。其中，miR-192通过活化转化生长因子β信号途径，导致DN患者出现蛋白尿，并向肾纤维化发展[5]。Wu等[6]研究发现，miR-27A在糖尿病大鼠肾小球系膜细胞中表达上调。其主要作用为通过抑制肾小球系膜细胞增殖，阻断与细胞外基质相关的促纤维化基因上调来导致DN系膜增生。此外，miRNA具有保护肾小球滤过屏障的作用。核酸酶Dicer基因是调控足细胞miRNA生成关键酶的主要基因，Shi等[7]和Ho等[8]通过选择性敲除小鼠模型的核酸酶Dicer基因发现，小鼠出现大量蛋白尿，并很快进展为终末期肾病，故认为其主要通过影响肾小球足细胞裂孔膜蛋白(nephrin)和裂隙膜蛋白(podocin)表达，致使突变小鼠出现肾小球足细胞数量减少、系膜区及毛细血管扩张、肾小球纤维化等病理变化。何凤等[9]研究发现，高血糖刺激人肾小管上皮细胞HMC和人系膜细胞HK-2，均能上调miR-135b的表达。miR-135b不仅能靶向下调人源Smad5基因、细胞周期蛋白依赖性激酶抑制蛋白p21的表达，还能上调增殖细胞核抗原、细胞周期蛋白D1、纤维连接蛋白和胶原成分Col I的表达，故认为其通过靶向调控基因表达促进系膜细胞增殖、细胞外基质增加及肾脏纤维化。以上研究表明，miRNA在DN中过度表达，进而导致DN的发生或发展。

1.2DNA甲基化 DNA甲基化是一种非常重要的表观遗传学标记，其不仅参与了基因表达调控、基因印迹等重要生物学过程，还参与了DN的发病机制[10]。DNA甲基化主要通过两种方式抑制基因表达：①甲基化的二核苷酸直接阻止DNA与转录因子复合物结合；②通过形成抑制复合物，阻止转录因子与特定DNA序列结合而间接抑制基因表达[11]。易斌等[12]通过研究DN患者的DNA及结缔组织生长因子启动子甲基化在DN发病中的作用发现，DN组与糖尿病组和健康对照组的DNA甲基化水平差异无统计学意义；而与糖尿病组及健康对照组相比，DN组的结缔组织生长因子基因启动因子甲基化水平明显降低，血清结缔组织生长因子蛋白水平显著升高，故认为结缔组织生长因子基因启动子的低甲基化可能参与了DN的发生发展。有学者通过研究DNA甲基化在纤维化模型中的作用发现，基因的过度甲基化可以增加肾素-血管紧张素系统激活成纤维细胞，导致细胞增殖和纤维化，故认为DN的发病机制与某些基因的DNA甲基化异常有关[13]。

2 代谢紊乱

长期高血糖所致的肾脏血流动力学紊乱、葡萄糖代谢异常是糖尿病患者肾脏病变发生发展的关键因素和基础。

2.1多元醇通路 多元醇通路是机体葡萄糖代谢途径之一。研究表明，多元醇代谢异常与糖尿病慢性并发症尤其是糖尿病微血管病变明确相关[14]。多元醇通路由醛糖还原酶和山梨醇脱氢酶共同构成，其中醛糖还原酶是多元醇代谢途径的限速酶，在多元醇通路途径中发挥重要作用，该酶广泛存在于血管、肾脏、心脏、脑等组织中，促进DN的发生[15]。

在生理状态下，由于醛糖还原酶对葡萄糖的亲和力低，所以导致多元醇通路代谢率低下。当血糖高于正常水平则提高了醛糖还原酶活性，从而增强醛糖还原酶与葡萄糖的亲和力、转化能力，造成山梨醇在细胞内蓄积，还原过程中还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸被大量消耗，细胞内渗透压显著升高，引起细胞水肿、缺氧，损坏细胞结构和影响细胞功能，进而干扰细胞的正常代谢。

有学者通过将糖尿病小鼠模型分为果糖激酶组和果糖激酶缺陷组进行观察发现，果糖激酶组糖尿病小鼠模型出现蛋白尿排泄增加、肾小球滤过率降低和肾小管损伤等表现，而果糖激酶缺陷组糖尿病小鼠模型未出现上述肾脏病理损害现象[16]。研究认为，山梨糖醇在肾小球近端小管可以以果糖的形式进行代谢，其过量产生将会导致腺苷三磷酸耗竭，引起促炎细胞因子的表达，促进氧化应激反应的产生[16]。另一项研究通过比较2型糖尿病患者和健康对照者的醛糖还原酶基因第8内含子第95位点A-C多态性认为，醛糖还原酶第8内含子基因型AA可能是DN的危险因素，因为DN患者基因型AA的频度明显高于对照组[17]。

2.2蛋白激酶C通路 蛋白激酶C广泛分布于机体的器官、组织和细胞中，具有调节内皮细胞通透性、收缩性及生长的作用，参与了信号转导途径、细胞增殖、分化和凋亡。二酰甘油作为蛋白激酶C的内源性激活剂，具有促使蛋白激酶C移位至细胞膜而被激活的作用。DN患者存在高糖状态，而由于葡萄糖代谢所产生的3-磷酸甘油醛生成增多，导致二酰甘油合成增加，所以促进了蛋白激酶C激活。

Menne等[18]研究发现，在DN大鼠模型中通过抑制蛋白激酶C途径可显著抑制肾小球肥大和细胞外基质的产生。故认为，DN的发病机制可能与激活蛋白激酶C通路，导致细胞内蛋白质的丝氨酸或苏氨酸残基磷酸化，影响细胞部分功能，导致肾脏损害有关。另有研究显示，高血糖可激活蛋白激酶C使血管内皮细胞的通透性增加，造成肾脏损害[19]。而应用蛋白激酶C抑制剂Ro-31-8425能降低血管内皮通透性及延缓肾脏损害的发生发展，所以认为其在DN发病中起作用。

2.3晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)在DN中的作用 AGEs的来源分为两种即内源性产生、外源性摄入，在生理情况下，AGEs的产生和清除处于平衡状态。而DN患者体内的AGEs是在糖尿病高糖状态下经过一系列反应产生的物质，其是体内蛋白质、脂类、核酸等大分子物质的非酶糖基化产物，体内大分子的游离氨基通过与葡萄糖或果糖等还原糖作用，产生一系列稳定的非酶糖基化终末产物。在长期的高血糖环境下，AGEs大量增多、堆积，通过多种方式参与DN的发生发展[20]。

肾小球表达AGEs受体(receptors of advanced glycosylation end products，RAGE)，AGEs通过与其受体结合激活一系列信号通路调节细胞功能，包括促分裂原活化的蛋白激酶和核因子κB等。AGEs损伤糖尿病患者肾脏主要是通过激活信号通路，从而导致炎症反应增加，AGEs通过与其受体结合引起血浆内皮素1、血管内皮生长因子等表达和释放，这些细胞因子参与血管内皮损伤、组织细胞凋亡等病理病变的发生发展，使肾小球滤过率增加并加速肾小球硬化[21]。Thallas-Bonke等[22]认为，AGEs通过与其受体相互作用在DN中发挥重要作用，实验中应用富含AGEs的饲料饲养糖尿病小鼠，经过一段时间后实验小鼠出现肾脏病理损害的进展加快，而敲除小鼠的RAGE基因后发现肾脏病理损害情况得到改善。有学者发现，AGEs参与肾脏病理损害可能与其上调肾小管上皮细胞转化生长因子β和血管内皮生长因子表达有关，其最终导致肾小球硬化、肾小管间质纤维化等症状的发生[23]。研究表明，肾内肾素-血管紧张素系统持续激活可引起足细胞损伤及大量蛋白尿，而AGEs与其受体结合后可激活该系统，故认为AGEs是慢性肾脏病发展和足细胞损伤的影响因素之一[24]。有研究证实，肾脏富含RAGE，肾脏的系膜细胞、内皮细胞、巨噬细胞表面均有RAGE表达，而AGEs可以与相应靶细胞上的RAGE结合形成AGE-RAGE复合体，该复合体激活炎症反应和细胞增殖等信号反应，从而导致肾小球基膜增厚、足细胞损伤，系膜细胞增生，引起肾小球硬化和肾间质纤维化，造成肾脏严重损伤[25]。以上研究表明，AGEs可以直接引起肾脏损伤及通过与RAGE结合引起肾脏病变。

3 氧化应激

3.1活性氧类 氧化应激反应过程中所产生的活性氧类是氧离子、过氧化物和羟自由基等的总称，其产生途径主要包括激活多元醇通路、积累AGEs、葡萄糖的自动氧化等，在DN的发生、发展中起关键作用。研究发现，活性氧类可以增加血管通透性，破坏足细胞，减少细胞外基质降解，激活蛋白激酶C[26]。此外，活性氧类大量积聚，可激活一些重要信号因子，加重肾脏损害。多元醇通路的激活、AGEs的积累等多种途径可促进氧化应激的增强和活性氧类的生成。

少量的活性氧类在调节机体的正常生理功能中发挥重要作用，但当活性氧类大量产生超过细胞的清除能力时，过多的活性氧类积聚激活蛋白激酶C、各种细胞因子及转录因子，导致肾小球细胞外基质沉积，降解减少，引起肾小球纤维化[26]。同时，激活多元醇通路会增加AGEs的生成，从而进一步加重肾脏的损害。

有研究表明，纤溶酶原激活物抑制物1会促使肾小球系膜基质和胶原堆积，而活性氧类能参与上调肾小球系膜细胞内纤溶酶原激活物抑制物1的表达过程，促使纤溶酶原激活物抑制物1生成增多，影响肾小球功能[27]。此外，纤溶酶原激活物抑制物1抑制剂能通过保护肾小球足细胞，减少蛋白尿排泄[28]。故认为，活性氧类通过参与调控纤溶酶原激活物抑制物1的表达，促使DN的发生发展。

3.2内质网应激 内质网应激反应是指细胞受到内外因素的刺激时，内质网的形态、功能受到破坏后发生一系列生化结构改变，从而使细胞应激性地进入应答措施，以缓解内质网功能障碍的过程[29]。DN患者体内存在多种内质网应激的诱发因素，如高血糖、氧化应激、脂质代谢异常等。因此，内质网应激在糖尿病肾组织损害过程中扮演重要角色[30]。

有研究表明，高糖可诱导体外培养的人肾系膜细胞发生过度增殖及上调转化生长因子β1、纤维连接蛋白等的表达，并发生内质网应激，而通过抑制内质网应激可相应地抑制细胞增殖及下调肾小球系膜增殖表达[31]。动物实验表明，高糖刺激下DN患者体内的肾皮质和肾小球系膜细胞能够激活内质网应激和氧化应激反应，且该反应程度随时间进展逐渐增强，而通过4-苯基丁酸干预内质网应激可降低应激反应水平，减轻氧化应激及减少炎症激活，延缓DN病情进展[32]。

4 炎症反应

DN患者体内存在微炎症，且炎症水平随病程进展而加重，并最终导致肾小球硬化。研究表明，肾小球硬化指数随着巨噬细胞浸润程度的加重而升高，但炎性因子表达的增多可促进炎性巨噬细胞的进一步浸润，出现基膜增厚，从而加速肾小球硬化进程[33]。研究表明，血清脂蛋白相关磷脂酶A2、白细胞介素18、白细胞介素1β和肿瘤坏死因子α等炎症指标水平可为评估DN的发病风险、病情进展及预后提供一定依据[34]。

另有研究表明，通过刺激炎性介质的产生，激发炎症信号通路，可促进DN的发生和发展，如趋化因子[35-36]、血管内皮生长因子[37]等，经过一系列反应可导致血管内皮细胞损伤、基膜增厚、肾间质纤维化，最终引发肾脏功能进行性损害。有学者发现，血清抗衰老蛋白水平的下降在DN早期可被检测到，这或许可用于诊断早期DN[38]。此外，中性粒细胞/淋巴细胞比值在糖尿病临床蛋白尿期明显升高，其可能预测DN的发生。

5 小 结

DN与多种致病因素有关，同时涉及多种细胞因子和信号转导通路，它们通过各自作用及相互影响共同导致DN的发生、发展。目前，尚没有有效药物能明显减缓DN的进程。其发病机制极其复杂，但随着现代临床、动物及细胞实验技术和研究的不断发展、深入，对于其发病机制的认识将不断更新，同时也有利于DN的预防及治疗。