血管内皮生长因子与糖尿病肾病关系的研究进展

李思佳，孙小蒙

(1.首都医科大学，北京 100069； 2.首都医科大学附属北京朝阳医院内分泌科，北京 100020)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是一种十分严重的糖尿病微血管并发症，发病非常隐匿，起初患者常无自觉症状，一旦出现临床症状或实验室指标异常，往往已发展为晚期DN或更为严重的终末期肾衰竭。晚期DN的治疗十分困难，治疗手段有限且治疗效果不佳。了解DN的发病机制对于早期干预以及进行有针对性的治疗非常重要。DN的发病机制错综复杂，与高糖所致的多种信号通路紊乱、胰岛素抵抗、多种炎性介质的释放、肾脏血流改变以及表观遗传学相关的基因修饰(如DNA甲基化等)有关[1]。近年来研究发现，血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)在DN的发生、发展及转归中起着重要作用[2]，对于DN的早期诊断也有意义[3]，并可作为治疗靶点对DN实施早期干预。现就VEGF在DN中的作用进行综述，以探究VEGF与DN的关系，旨在为DN的治疗和预防提供有益的帮助。

1 DN概述

DN是糖尿病最常见的微血管并发症之一，也是终末期肾病的主要病因之一。近年来，糖尿病的发病率显著升高，DN的发病率也随之上升。遗传易感性、炎症、高血压、高血糖、高血脂、肾血流动力学紊乱、年龄、病程等是导致DN发生的危险因素[4]。多种机制可导致DN，如表观遗传学改变(DNA甲基化、微RNA、组蛋白修饰)等。糖代谢紊乱可激活蛋白激酶C通路和多元醇通路，产生大量糖基化终末产物，这些产物可沉积在肾小球，破坏肾小球的滤过屏障，加重肾功能损害，影响DN发展进程。此外，肾血流动力学改变、胰岛素抵抗、炎症反应及其相关因子也参与了DN的发生、发展[1]。DN前期主要病理变化使肾小球滤过率增加，并伴有肾小球硬化、肾小管间质纤维化以及肾小球系膜增生等；后期随着肾小球滤过率的下降、肾小球基膜弥漫性增厚以及基质增生，可发现K-W结节、肾小管萎缩、肾功能逐渐丧失，导致慢性肾衰竭[1]。肾小球玻璃样变、肾小球滤过屏障功能受损、微血管闭塞等造成肾小球通透性改变，这些改变可能是尿蛋白升高的原因，并最终导致慢性肾衰竭和尿毒症[5]。DN的预后不佳，影响预后的因素有糖尿病类型、蛋白尿严重程度及肾功能受损情况等。

2 VEGF概述

VEGF是由2条相同的多肽链通过二硫键连接构成的同源二聚体糖蛋白，属于血小板衍生生长因子家族，也是内皮细胞特异性丝裂原[3,6]。VEGF家族成员包括VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D以及胎盘生长因子，通常所说的VEGF是指VEGF-A[3]。

VEGF在心、肾、肺等脏器组织都有表达[7]，在肾脏表达于肾小球足细胞、远端肾小管和集合管，在近端肾小管也有少量表达，对维持肾小球滤过屏障的完整性和足细胞活性有意义[8]。VEGF有3种酪氨酸激酶跨膜受体，血管内皮生长因子受体(vascular endothelial growth factor receptor，VEGFR)1、VEGFR2、VEGFR3[3]，VEGFR主要存在于肾小球内皮细胞、间质细胞以及管旁毛细血管[9]。VEGF与相应受体结合才能发挥作用。VEGF可特异性地作用于血管内皮细胞，具有促进内皮细胞增殖和迁移、抑制内皮细胞凋亡、提高毛细血管通透性、改变细胞外基质、促进血管增生以及维持血管功能等作用[8]，在炎症、创伤愈合、糖尿病视网膜病变、组织再生以及肿瘤形成等病理生理过程中发挥重要作用[10]。

3 VEGF在DN中发生发展的作用

3.1VEGF在DN中的临床研究结果 研究发现，DN患者血清VEGF的水平随DN的进展有不同程度的升高；此外，VEGF的水平也与尿微量白蛋白、血肌酐及肾小球滤过率密切相关，VEGF越高，血管内皮损伤越严重，血管新生越多，DN病情越严重[11]。糖尿病患病时间越长的患者，随着尿微量白蛋白的增长、血糖的升高，肾功能损害越严重、VEGF越高，VEGF的过量表达可能参与了DN进展[2,12]。此外，监测VEGF的水平能有效评估DN患者肾损伤程度，利于及时治疗，为早期诊断和药物防治等提供策略[3,13]。研究发现，糖尿病伴正常蛋白尿时，尿VEGF的表达较健康对照组显著升高，并随糖尿病肾损害进程逐渐升高，且尿VEGF排泄增多早于尿微量白蛋白排泄率的变化，因此尿VEGF可作为早期评估糖尿病肾损害的指标[8]。

研究表明，与正常对照组相比，正常蛋白尿组(尿白蛋白肌酐比值<30 mg/g)和微量蛋白尿组(30 mg/g≤尿白蛋白肌酐比值<300 mg/g)血清VEGF的水平逐渐升高，而大量蛋白尿组血清VEGF的水平却有所降低[14]。DN初期，损伤的足细胞会释放胞质内贮存的VEGF，从而提高肾小球滤过膜的通透性，由于肾小球长期处于高滤过状态，VEGF的水平势必会越来越高。随着疾病的进一步发展，当肾功能损伤至一定程度，肾间质进一步纤维化，足细胞的功能丧失、数量渐渐减少，导致VEGF的表达下降[14-15]。因此，密切监测患者VEGF水平的改变，对于判断DN进展有重要意义，而特异性抑制或阻断VEGF的表达可能成为治疗DN的新靶点[14]。

DN患者VEGF的水平与尿白蛋白排泄率呈显著正相关[9]，推测糖尿病患者尿蛋白的增多可能与VEGF提高肾小球滤过膜的通透性有关[9]。研究显示，尽管VEGF与尿中微量白蛋白有一定的相关性，但相关系数小，这表明在微量蛋白尿形成过程中，不但有VEGF的作用，可能还与其他因素相关[7]。另有研究显示，DN患者糖化血红蛋白的水平和VEGF的水平不仅高于健康对照组和(或)2型糖尿病组，而且是尿白蛋白排泄的独立危险因素[16]。提示糖代谢紊乱导致氧化应激加重引起蛋白尿的产生。

3.2VEGF在DN动物及体外实验研究的结果 动物实验发现，DN小鼠VEGF的表达强度较对照组(C57BL/6J小鼠)明显增强，且VEGF在肾小球系膜区和足细胞呈阳性表达，提示肾小球系膜细胞可被诱导表达VEGF[6]。VEGF、VEGFR2基因及信使RNA在糖尿病大鼠的肾脏中表达，并随糖尿病病程的延长而增加，且VEGF 信使RNA的表达与肾小球基膜的厚度呈正相关[17]。随着糖尿病小鼠肾损害的加重VEGF的表达增高，提示VEGF可通过与特异性受体结合，参与肾小球内皮细胞损伤和功能紊乱的发生[18]。李琳[19]研究发现，糖尿病大鼠肾组织中VEGF的表达量随病程的延长呈上升趋势，而肾脏的病理损伤也逐渐加重。

小干扰RNA可使VEGF或激活蛋白1(activator protein 1，AP-1)沉默，并上调Bcl-2的表达，缓解高糖环境中足细胞的凋亡；加入贝伐珠单抗(VEGF抑制剂)和SP600125(AP-1抑制剂)可减弱高糖环境中足细胞的凋亡[20]。在链脲佐菌素小鼠模型中注射贝伐珠单抗和SP600125，VEGF和AP-1的表达水平下降，Bcl-2的表达水平升高[20]。以上研究说明，VEGF抑制剂可通过调节AP-1和Bcl-2信号通路减缓足细胞的凋亡，AP-1是VEGF的下游调节因子。

也有动物实验结果与上述的研究结果不一致。Sivaskandarajah等[21]发现，足细胞缺乏VEGF表达的糖尿病小鼠与糖尿病小鼠以及VEGF敲除小鼠相比，蛋白尿更显著，并伴有肾小球硬化。1型糖尿病小鼠若肾小球细胞缺乏VEGF的表达会导致内皮细胞损伤，加速肾小球损伤[15]。以上研究表明，糖尿病状态下上调VEGF的表达将保护微血管免受损伤，下调VEGF的表达可能是有害的。上调小鼠足细胞中VEGF-A(165)b的表达将防止DN中肾组织功能和形态的异常。研究发现，在DN的早期或进展期，每2周系统注射人重组VEGF-A(165)b会改善DN的诸多表现，VEGF-A(165)b通过磷酸化肾小球内皮细胞上的VEGFR2改善了肾小球的通透性，并逆转糖尿病引起的肾小球内皮细胞损伤[22]。草莓叶提取物可通过提高VEGF的表达水平，发挥治疗DN的作用[23]，间接说明提高VEGF将延缓微血管并发症的发生。

4 VEGF导致DN的相关机制

4.1miR-93通过调控VEGF参与DN 与健康对照组相比，DN组患者血清中miR-93呈低表达[24]。VEGF是miR-93的靶基因，miR-93可通过调控自身下游的靶基因在DN发展中起重要作用[25]。转染miR-93能抑制VEGF 3′非翻译区的转录，并使高糖环境诱导的VEGF蛋白分泌降低；使用miR-93抑制剂可迅速提高VEGF的表达[26]。在DN动物模型的肾脏中VEGF高表达，干扰VEGF的表达后，肾功能明显改善[27]。综上，miR-93可作为一种新的靶点用于DN的治疗。

4.2VEGF与色素上皮衍生因子(pigment epithelium-derived factor，PEDF)失衡导致DN 用链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠其肾小管间质VEGF的表达升高，而PEDF表达下降，两者呈负相关[28]。研究发现，血糖浓度的升高以及作用时间的延长，肾成纤维细胞VEGF 信使RNA的表达明显增加，而PFDF 信使RNA的表达明显减少，并呈剂量和时间依赖性，且两者呈明显负相关[28]。该研究表明，VEGF和PEDF的表达失衡可能源于高糖的直接作用，其失衡参与了DN的进展。肾间质纤维化的发生不仅是因为VEGF表达的增多，也与PEDF表达的下降有关。PEDF表达下降不但不能抑制转化生长因子β1、结缔组织生长因子以及纤维结合素等导致的肾间质纤维化，还促进了细胞外基质的产生，并抑制细胞外基质降解。推测VEGF和PEDF共同作用导致肾间质纤维化形成[28]。

研究发现，DN患者VEGF和PEDF的表达水平不仅较健康对照组高，也较未伴有肾损伤的2型糖尿病患者高，且血清中VEGF、PEDF的水平随DN病情的进展逐渐升高[16]。这与体外和动物实验结果不同。肝组织和脂肪组织是产生PEDF的主要部位，DN患者因抵抗炎症以及与VEGF对抗过程中消耗大量的PEDF，PEDF的水平下降，肝、脂肪组织作为代偿合成更多的PEDF，导致血清水平上升，且上升的水平与VEGF的水平呈正相关，这种代偿利于延缓DN进展[16]。

4.3VEGF与内抑素失衡导致DN 研究发现，2型糖尿病的分期不同，血浆VEGF和内抑素的表达水平不同，VEGF和内抑素的表达水平与DN相关，与患者的白蛋白和肾小球滤过率呈负相关，与24 h尿微量白蛋白量和视网膜病变呈正相关[29]。

研究发现，VEGF在DN大鼠血浆及肾组织中的表达显著升高，并与DN损伤的严重程度密切相关[30]。另外，VEGF在DN大鼠血浆中的水平与肾组织的K-W结节及内皮细胞增生程度也显著相关[30]。DN大鼠的血液以及肾组织中都存在内抑素的表达，并与DN的严重程度密切相关，DN大鼠血浆中内抑素的水平与K-W结节、肾小球硬化也显著相关，且血浆中内抑素的水平也与VEGF的水平显著相关[30]。VEGF是促血管增生的重要因子，而内抑素是抑制血管增生的重要因子，VEGF与内抑素的表达失衡是导致新生血管生成的主要原因。当促血管生成因子VEGF表达升高的同时，抑制血管生成的因子内抑素也呈高水平表达，但内抑素上升幅度较VEGF小，VEGF发挥主要作用，有利于血管新生。提示DN的血管新生与多种细胞因子的相互作用密切相关，特别是促血管生成因子和抑制血管生成因子的动态平衡，不仅是单一因子或个别因素作用的结果。

4.4血管生成素(angiogenesis，Ang)/Tie-2、Ang/VEGF失衡导致DN 研究表明，血清中Ang-1、Ang-2及Ang受体Tie-2与VEGF的相互作用共同参与了DN的发生、发展[31-32]。2型糖尿病患者中血清VEGF、Ang-2以及Ang-1的水平与尿白蛋白的排泄率密切相关，是DN发生、发展的独立相关因子，可反映糖尿病肾损伤的严重程度，影响DN的发展进程[31]。在大量白蛋白尿患者中，血清Ang-1、Tie-2的表达下降，而Ang-2、VEGF的表达升高，提示Ang/Tie-2和Ang/VEGF的比值失衡[31]。DN患者Ang-2与VEGF的水平下降将减少新生血管形成，血管渗透脆性下降，升高Ang-1会使血管结构更稳定，发育更成熟。因此，恢复血清Ang/Tie-2、Ang/VEGF的平衡才能发挥肾保护作用[31]。

在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病小鼠模型中发现，Ang-1的表达下降，VEGF的表达上调；而VEGFR1的水平下降，VEGFR2的磷酸化水平上升[33]。糖尿病足细胞特异性诱导Ang-1的水平增高会使蛋白尿下降至原来的70%，并阻止糖尿病导致的肾小球内皮细胞增殖，但对肾小球高滤过状态和肾形态学无显著影响[33]。Ang-1升高还可使糖尿病小鼠中Tie-2的磷酸化水平和VEGFR1的水平升高，并伴有VEGFR2磷酸化水平的下降[33]。因此，提高Ang-1和Tie-2的水平，降低VEGF的表达以及升高VEGFR1/VEGFR2的比值可发挥治疗DN的作用。

4.5VEGF一氧化氮轴功能紊乱参与DN 在内皮细胞功能障碍和低一氧化氮的情况下，VEGF的效应会增强。一氧化氮缺乏会增强VEGF的效应，引起炎症反应，并导致血管调节异常，加重DN[34]。研究发现，在Akita/+[autosomal dominant mutation in the insulinⅡgene (Ins2)]小鼠中敲除内皮型一氧化氮合酶会使内皮细胞VEGF的表达增加，加重内皮细胞迁移，并导致毛细血管形态改变[35]。

研究发现，糖尿病小鼠模型建立8周之后肾组织中腺苷A(2B)受体和VEGF的表达增加，肾组织和胞质中一氧化氮水平降低[36]。体内注射腺苷A(2B)受体拮抗剂(MRS1754)可阻止肾组织VEGF的过度表达，并逆转肾功能参数，提高肾组织一氧化氮水平[36]。因此推测，腺苷通路可通过调节VEGF的表达而导致VEGF一氧化氮轴功能紊乱，引起DN。

5 小 结

VEGF参与了DN发生、发展及转归，其作用机制较为复杂，通过与miR-93、PEDF、内抑素、Ang-1、Ang-2、Tie-2、一氧化氮等相互作用导致了DN。此外，是否还有其他导致DN的机制还需更为深入、更加确切完整的研究。临床可根据VEGF在DN中的作用机制，在早期诊断DN的同时，针对VEGF作用的特定靶点进行新药研制，对于改善DN患者的预后提高生活质量意义重大。