氧化应激、三七皂苷与糖尿病肾病的研究进展

杨祖飞 综述；沈颖 审校

（云南省第一人民医院 肾内科，云南 昆明 650000）

糖尿病肾病（diabetic nephropathy, DN）是由糖尿病慢性微血管病变引起的肾脏结构改变和功能异常病变。我国糖尿病发病率已经排在全球第一，糖尿病患者终末期肾病的患病率高达十倍；我国约有20%～40%的糖尿病患者合并DN，现已成为慢性肾脏病（chronic kidney disease,CKD）和终末期肾病的主要原因。因此进一步研究DN 的发病机制，提高其临床诊断及治疗效果是我们必须探讨的问题。美国Brownlee 教授曾提出氧化应激是导致糖尿病并发症统一机制的学说，氧化应激作为高糖介导组织损伤途径激活的主要原因，其介导的多元醇途径、糖基化终末产物途径、蛋白激酶C 途径和氨基已糖途径对肾脏产生了较大的损害；慢性组织缺氧是引起糖尿病肾脏病变的一个重要因素，低氧环境下缺氧诱导因子（hypoxiainducible factor,HIF）表达通过影响糖和能量的代谢、血管再生、红细胞生成等调节肾脏功能，但目前HIF 表达是否延缓肾脏纤维化仍存在争议；三七是中国地道药材，近年来研究显示其主要成分三七皂苷（panax notoginseng saponins, PNS）具有抗氧化应激、抗细胞纤维化、保护肾脏等作用，为DN 提供了新治疗方向。本文就氧化应激、缺氧诱导因子对DN 的影响，以及三七皂苷保护肾脏功能机制进行综述。

1 氧化应激

氧化应激（或氧化衍生的组织损伤）是指机体在受到各种有害刺激时机体高活性分子如活性样簇（reactive oxygen species,ROS）产生过多，超出体内抗氧化系统的清除能力，使氧化系统与抗氧化系统平衡失调，从而导致组织细胞损伤。糖尿病高血糖状态下，以肾组织中糖代谢紊乱为主的多种因素综合造成肾组织中化学性质活泼的ROS 产生过多，破坏肾组织正常的清除能力，过多不稳定的ROS 将与脂质、蛋白、DNA 等分子相互作用激活一系列细胞信号通路导致肾组织学改变和功能异常，造成氧化应激状态。

线粒体是体内ROS 来源的主要细胞器，呼吸链中产生的超氧化物如O2-和H2O2是构成生物体内ROS 主要因素，除此之外ROS 的产生还与一氧化氮（NO）的合成及许多酶的作用，包括髓过氧化氢酶、黄嘌呤氧化酶、环氧化酶、脂氧化酶、血红素氧化酶、过氧化酶、NAD(P)H 氧化酶等相关［1］。氧化应激是高糖介导组织损伤途径激活的主要原因，其主要激活途径如下：

1.1 多元醇通路的激活

多元醇途径由2 种相应酶催化的2 个反应组成。第一反应是在醛糖还原酶（aldose reductase,AR）催化下使葡萄糖转化为山梨醇，并将还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH）转化为烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADP+）；第二反应在山梨糖醇脱氢酶催化下将山梨糖醇转化为果糖，其从烟酰胺腺嘌呤二核甘酸（NAD+）产生烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（nicotinamide adenine dinucleotide,NADH）；持续性高血糖状态上调了AR 的表达。两个反应造成山梨醇和果糖的积累，山梨醇积累可以改变细胞膜的渗透压，并触发渗透胁迫损害细胞，过度积累的果糖糖化蛋白质，使其功能受损造成机体损伤；NADPH 减少和NADH 过量产生，造成机体氧化还原失衡促进了ROS 产生和氧化应激增强［2］。相关研究证明AR 缺乏可预防糖尿病诱导肾皮质蛋白激酶C（protein kinase C,PKC），转化生长因子-β1 （transforming growth factor-β1, TGF-β1） 和肾小球肥大的激活［3］。AR 抑制剂是否可以作为DN 治疗的新靶点仍需进一步探讨。

1.2 蛋白激酶C（PKC）途径激活

PKC 是体内重要的一类蛋白激酶，它参与了细胞增殖、分化及凋亡等，PKC 可通过多种途径介导DN 的发生与发展：①PKC 的激活促进了细胞内细胞外基质（extracellular matrix, ECM）的产生和诱导TGF-β1、血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor, VEGF）的高表达，导致ECM 的聚集和肾脏肥大、纤维化［4］；②调节血小板黏附、聚集与分泌功能，促进糖尿病血管病变的高凝、低纤溶和高血黏度的形成［5］，引起肾脏肥大、肾小球的高滤过；③PKC-β2 激活细胞外调节蛋白激酶通路，诱导了细胞凋亡；④PKC 还可介导糖基化终末代谢产物（advanced glycation end products,AGEs）的生成和促进氧化应激反应；但最新研究结果显示大鼠肾小管上皮细胞中PKC 活性增强时可上调维生素D 受体（vitamin D receptor,VDR）表达［6］，维生素D 在肾脏中的作用近年来成为研究的热点，相关研究显示维生素D具有抑制炎症反应、抗氧化应激反应、保护足细胞、阻断肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system, RAS）等作用［7］，有关实验报道体内维生素D 水平与DN 严重程度及氧化应激呈负相关，提高血清维生素D 含量及维生素D 受体水平可改善 DN 患者肾功能［8］，进一步探讨 PKC 和 VRD 的关系，权衡PKC 表达的利弊，可能为DN 提供新的治疗靶点。

1.3 非酶糖基化

葡萄糖可以在非酶的条件下最后与各种蛋白质形成糖基化终末代谢产物（advanced glycation end products, AGEs），AGEs 可以改变肾小球系膜细胞、小管间质组织中的ECM 的结构与功能，导致基底膜增厚和系膜扩张，促进肾小球硬化；其次 AGEs 可激活核因子 κB（nuclear factor-κB, NF-κB）诱导凝血前组织因子、血管细胞黏附因子等介导炎症反应；AGEs 能诱导TGF-β、血小板衍生的生长因子的表达，从而促进肾脏纤维化。

1.4 已糖胺通路代谢异常

通过己糖旁路增加TGF-β 造成肾脏损伤，TGF-β1 被认为是糖尿病肾脏ECM 蛋白积聚的关键因子，ROS 通过活化TGF-β1，增加ECM 蛋白的合成；引起肾小球ECM 的过度积聚，导致肾小球系膜增宽和肾小管间质纤维化，进而启动内皮素1、VEGF 等细胞因子的活化，TGF-β1 系统还介导了肾脏细胞的增殖、肾小球硬化及肾间质纤维化［9］，研究显示TGF-β1 可诱导CX26 和CX43 链接蛋白的表达增加，诱导炎症反应与足细胞损伤从而损害肾脏［10］，而 TGF-β1 作为氧化应激中关键性因子之一或许可作为早期诊断DN 的敏感指标之一。

1.5 ROS 与足细胞

ROS 在足细胞内的聚集参与了其损伤的多个环节。糖尿病状态下足细胞中抗氧化酶活性的升高预示着足细胞损伤的发生。足细胞主要分泌的细胞因子——血管内皮生长因子（VEGF），高糖可通过氧化应激依赖对其在DN 中肾小球基底膜增厚和通透性增加的病理机制进行调节［11］。VEGF是在调节糖尿病内皮功能紊乱及血管病变方面起着重要作用。许多因素，如缺氧、高血糖、血管紧张素Ⅱ、AGEs、PKC 及各种生长因子及细胞因子均能刺激VEGF 的合成及作用。VEGF 有如下作用：①直接引起血浆外渗，增强血管通透性，使蛋白滤过增多［12］；②与系膜细胞表面的VEGF 受体结合，活化细胞内丝裂原活化蛋白激酶信号转导途径，促进系膜细胞合成胶原，导致肾脏肥大［13］；③作为选择性最强的血管内皮细胞促有丝分裂剂；同时可刺激内皮细胞产生NO，使其浓度程剂量依赖性增加，起到血管维持作用，生成与维持病理性新生血管［14］；④可导致肾小球簇绒塌陷，使肾小球系膜细胞的数量减少［15］，造成肾脏损害。有实验研究糖尿病肾病（diabetic kidney disease,DKD）小鼠模型中抑制VEGF-B 信号传导可降低肾脏脂毒性，使足细胞重新敏感胰岛素信号传导，抑制DKD 相关病理的发展［16］。有趣的是有研究发现，VEGF 家族中VEGF-A165b 能恢复肾小球内皮细胞糖萼，从而保护血管，改善糖尿病肾病［17］；近日李旭日教授团队也发现VEGF-B 具有高抗氧化、抗凋亡的作用［18］。VEGF 家族包含了VEGF-A、VEGF-B、VEGF-C、VEGF-D 等多种类型，各类型的作用还需我们进一步研究。

过量的活性氧簇可以通过各种机制使过氧化亚硝酸盐合成增加，从而使硝化酪氨酸水平增高，造成DNA 的损伤。尿8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxydeoxyguanosine, 8-OHdG）是目前国际上公认的一种新型评价DNA 氧化损伤和氧化应激状态的敏感的重要指标，DN 患者随肾脏的损伤其氧化水平增加，氧化应激的重要标志物8-OHdG 作为重要因素参与了DN 的参与发展。

2 缺氧诱导因子

缺氧诱导因子（hypoxia-inducible factor, HIF）是细胞对于缺氧主要的应答因子，包括HIF-1、HIF-2、 HIF-3， 其 中 HIF-1 和 HIF-2 （也称为EPAS1）是当前最广泛研究的HIF 转录因子；它们由氧敏感的α 亚基和组成型表达的β 亚基组成，β 亚基在细胞中稳定表达，不受组织氧浓度的影响，α 亚基是主要的调节因子，机体正常氧饱情况下，HIF-α 能被脯氨酰羟化酶（prolyl hydroxylase domain,PHD）羟基化，羟基化形式被泛素连接酶VHL 识别，并且靶向降解，因此在正常氧浓度情况下基本检测不到HIF-α；机体缺氧时PHD 受到抑制，阻断了HIF-α 的降解，HIF-α 迅速聚集，并与β 亚型结合转移至核内，通过上调下游靶基因的转录，从而弥补机体缺氧所产生的多种病理生理反应。

在DN 中HIF-α 的表达除了缺氧因素，还受其他因子的调控包括高糖、氧化应激、AGEs、一氧化氮、炎症反应、血管紧张素Ⅱ等。在DN 的表达中：①HIF-1 通过增加糖酵解途径酶的表达，介导细胞代谢从氧化磷酸化转变为无氧糖酵解，通过乳酸脱氢酶（lactate dehydrogenase, LDH）的转录上调维持增加的糖酵解通量，并抑制C-myc 癌基因和介导线粒体复合物IV 亚基组成的变化降低细胞氧消耗，从而增强组织在缺氧环境中产生ATP的能力，增加对缺血性损伤的抗性；②HIF-1 诱导一氧化氮合成酶（iNOS）水平并增加NO 的产生，NO 具有抗细胞凋亡、抗炎和血管舒张活性，因此其能够促进和防止细胞损伤；③HIF-2 刺激主要抗氧化酶的转录，HIF-1 调节血红素加氧酶1 使血红素降解，产生一氧化碳（CO）和胆红素，从而起到抗氧化应激和抗炎作用。HIF-1 还具有促进细胞凋亡和抗凋亡双重作用，其机制还有待进一步研究；④HIF-2α/β 异二聚体通过转录共激活因子（如CREB 结合蛋白CBP 和p300）增加促红细胞生成素（erythropoietin, EPO）转录，促进红细胞的生成，同时HIF-2α 可直接调节二价金属离子转运体（divalent metal-ion transporter-1,DMT1）和十二指肠细胞色素B（duodenal cytochrome B, DCYTB），增加机体中的Fe2+［19］，从而增加机体携氧量，改善细胞缺血缺氧；⑤当前HIF-1 与肾脏纤维化的关系尚具有争议，部分研究报道HIF-1 介导的慢性缺氧可促进细胞外基质产生、上皮-间质转化（epithelial-mesenchymal transition, EMT）的增加和TGF-β 信号通路，从而可能促进肾纤维化和肾病的进展。也有相关研究显示HIF-1 能上调miR-29c，miR-29c 能下调纤维化蛋白Ⅱ型胶原α1（collagen type II alpha 1, COL2α1） 和 原 肌 球 蛋 白 1（tropomyosin 1, TPM1），从而缓解肾脏的纤维化［20］。相关研究认为DN 早期，上调的HIF 可以诱导机体适应低氧状态，发挥肾保护作用；当DN发展到一定阶段，过度表达的HIF-1α 可能加重肾纤维化程度［21］。

抑制PHD 的活性上调HIF-1 的表达从而治疗疾病已成为研究热点，目前PHD 抑制剂已经投放市场，其临床疗效及HIF 在机体中表达的利弊仍需我们进一步研究与观察。

3 三七皂苷

三七 ［Panax notoginseng （Burk.） F.H.Chen］是我国名贵中药，为五加科植物三七的根，主产云南、广西、四川。《本草纲目》中记载：“又名金不换，近时始出，南人军中用为金疮要药，云有奇功......大抵此药气味温，甘微苦，乃阳时，厥阴血分之药，故能治一切血病，与血竭相似。”其具有化瘀止血、消肿定痛之功效，同时兼活血、止血、补血三效；现代医药研究显示：其总皂甙含量约为12%，是三七主要药理活性成分；从三七中分离得到20 种达玛（Dammarane）型皂甙，根据水解后次皂甙元结构的不同，分为人参皂甙（Ginsenoside）Rg、Rb、Ro 三种类型，包括：人参皂甙 Rg1、Rg2、Rb1、Rb2、 Rb3、Rc、Rd、Re、Rh、F2，三七皂甙 R1、R2、R3、R6、Fa、Fc、Fe、R4 等。除Ro 的苷元是齐墩果酸外，其余几种均为原人参二醇和原人参三醇。

现代药理研究显示其主要活性成分三七皂苷（PNS）具有抗氧化、抗炎、抗纤维化、提高机体免疫力等作用，PNS 在DN 中的研究中，潘晶、杜月光等最新研究结果显示PNS 能激活SIRT1 进而抑制 TGF-β1/Smad 通路，阻止 TGF-β1 诱导的肾小管上皮细胞EMT 的发生，从而延缓肾脏损害，其次PNS 还可上调SIRT1、Klotho 蛋白表达及活性，降低NF-κB P65 蛋白乙酰化水平，进而抑制炎症及氧化应激反应保护肾小球系膜细胞［22］；徐刚等［23］曾报道三七皂苷可通过抗氧化、抑制AGEs过度生成、下调肾组织中VEGF 的表达，从而减轻糖尿病大鼠肾脏病变程度，但其抗氧化应激机制仍不清楚；还有研究显示PNS 可通过抑制血小板源性生长因子（platelet derived growth factor,PDGF）及白细胞介素-2（interleukin-2, IL-2），减缓慢性缺血所致肾间质纤维化［24］。国内外相关研究报道：三七皂苷R1 可抑制HK-2 细胞NF-κB 的表达，并通过PI3K/Akt 信号通路抑制足细胞的炎症和凋亡来改善肾功［25］。PNS 作为中药三七的主要有效成分，已作为单一主药多种制剂上市，在DN 治疗中结合其防治机制给药的同时应观察记录其临床疗效，及其是否影响实验指标，以便进一步运用于DN 的治疗。

4 小结

综上所述，氧化应激在DN 的发生发展中起着重要作用，众多疾病相关因子、介导通路的发病机制仍需进一步探讨和明确；缺氧诱导因子在DN的表达作用有望成为DN 防治的新靶点，但其具体表达机制研究仍不全面，其对肾脏纤维化作用和病程中不同表达作用需继续探讨；三七皂苷对DN的防治机制众多，但有些机制仍需完善与研究，除实验研究其机制外，临床应多收集其治疗效果及实验室指标，使其更好地运用于临床疾病防治。目前寻找DN 的早前期诊断指标及有效治疗手段已成为广大学子共同的课题。