维生素D在糖尿病肾病中的肾脏保护作用

李格菲 毛玉熠 韩 睿

昆明医科大学第一附属医院内分泌二科，云南昆明 650032

随着糖尿病患病率的不断增加，其已成为全球性的公共卫生问题，由糖尿病并发症导致的医疗支出在全世界范围内造成巨大的社会、卫生系统和家庭的负担。2017年全世界有4.51亿糖尿病患者，至2045年，这些数字预计将增加到6.93亿，且估计有一半的人患有糖尿病，但未被确诊[1]。对于糖尿病患者来说，除了控制血糖，更重要的是延缓糖尿病并发症的发生和发展，以提高患者的生存质量和生存率。其中糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常见和最严重的微血管并发症之一，也是全世界终末期肾病（end stage renal disease，ESRD）的主要原因。流行病学调查显示，糖尿病患者中有1/3的人会发生DN，且目前DN是ESRD的首要病因[1]。我国随着人口老龄化进程，生活方式的改变，糖尿病所导致的慢性肾衰竭比例正快速增长，有资料显示糖尿病患者已成为透析的主要人群[2]。因此，DN的预防及治疗意义重大。

DN 早期病变隐匿，易被忽视，进入临床期后很难逆转，最终将发展为ESRD。DN的致病机制复杂，高糖状态下糖基化产物的堆积，多元醇途径的激活，肾脏血流动力学的改变，氧化应激等导致的细胞因子活化，炎症反应持续作用，使肾小球发生硬化，肾功能逐渐下降。近年来越来越多的研究表明维生素D在蛋白尿和肾小球硬化的消退中起关键作用，动物和细胞实验的证据也显示，维生素D能通过多种途径减轻肾细胞的损伤和过度增殖，从而改善DN患者的预后。本综述主要从维生素D及维生素D受体（vitamin D receptor，VDR）基因多态性、DN的发病机制阐述维生素D对肾脏的保护作用。

1 维生素D及VDR基因多态性的概述

1.1 维生素D及VDR

维生素D是一种脂溶性维生素，也是一种类固醇激素，可通过紫外线照射皮肤中的7-脱氢胆固醇产生，也可通过从食物中摄取动物来源的D3和植物来源的D2，然后在肝脏和肾脏中进行2次羟化反应转变为能发挥生物学效应的活性激素1,25 二羟基维生素D3[1,25-（OH）2D3][3]。

VDR是一种核受体，其与类视黄醇X 受体（retinol X receptor，RXR）家族的成员结合一起充当异源二聚体，它们之间的相互作用对于发挥高亲和力的DNA结合作用至关重要，但维生素D必须与其受体结合才能发挥其生物学效应。1,25-（OH）2D3与VDR-RXR 复合物结合后，该复合物再与VDRE（用于维生素D反应元件）的特定顺式DNA 序列结合，然后VDRE 通过启动目标基因来调节转录，其性质可能是激活作用，也可能是抑制作用[4]。1,25-（OH）2D3的信号转导具有广泛的生理效应，除最经典的维持钙磷稳态的作用外，还能调节免疫反应，参与炎症反应，抑制细胞增殖，诱导细胞凋亡和分化。

1.2 VDR基因多态性

VDR基因位于12cen-q12 染色体上，包含11个外显子。VDR基因的多态性与包括糖尿病在内的许多疾病的易感性相关，其中最常报道的VDR 单核苷酸多态性是VDR-FokI、VDR-BsmI、VDR-TaqI、VDRApaI[5]。个体的遗传组成与DN 易感性之间有很强的联系，因此，可以在具有高DN 风险的个体中检测到某些基因的遗传变异，作为DN的生物标志物。多项研究证据均表明维生素D-VDR-RXR 复合物在肾脏中通过调节细胞分化、抗增殖和免疫调节，在DN的发展中发挥重要保护作用。其中Zhang 等[6]研究已经发现，VDR基因的BsmI 多态性与2型糖尿病患者的DN 风险相关；另一篇关于TaqI（2777例和3522例对照）和ApaI（2440例和3279例对照）多态性与ESRD关联的meta分析显示VDR TaqI 和ApaI 多态性与ESRD 风险相关[7]。

2 DN的发病机制

DN的发病机制是多因素且复杂的，高血糖是导致DN 发生、发展的重要因素，即高血糖状态是DN发生发展的关键环节，由高血糖引起的葡萄糖代谢异常及肾脏血流动力学改变是肾脏病变的基础。在高糖环境下，晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）的堆积，氧化还原作用失衡及肾素-血管紧张素系统（renin-angiotensin system，RAS）的过度激活引发各种酶和细胞信号因子相互交叉作用，促进炎症反应的发生，诱导肾细胞的损伤凋亡，加重肾纤维化，最终引起肾脏损伤。

2.1 AGEs 堆积

AGE 形成是指美拉德反应中蛋白质和葡萄糖之间的非酶促反应，形成可逆的早期糖基化产物，随着时间的流逝，其通过缓慢而复杂的重排而变成AGEs。过多的葡萄糖为糖化反应提供羰基的主要来源，糖尿病患者肾脏AGEs的过度积累通过蛋白质交联使蛋白质结构和功能发生改变，直接造成细胞损伤。同时，AGE 与其受体RAGE 结合，发挥细胞外的调控作用，激活炎症反应和氧化应激。如AGEs 通过激活NADPH氧化酶触发活性氧（reactive oxygen species，ROS）的产生[8]，而ROS 又引起AGEs的进一步形成。AGE-RAGE轴通过激活几种细胞内信号传导途径，包括JAK-STAT、MAPK/ERK、PI3K/AKT/mTOR 和NF-κB，促进有促炎作用的肿瘤坏死因子-α（TNF-α）和白介素-6（IL-6）以及有促纤维化作用的转化生长因子-β（TGF-β）的释放，在肾组织中形成恶性循环[9]。AGEs 刺激诱导足细胞中RAGE 及其下游途径p38/MAPK，导致足细胞损伤和凋亡，增加蛋白尿排泄[10]。

2.2 RAS的激活

RAS是血压、水和钠稳态的调节剂，主要通过激活血管紧张素Ⅱ（Angiotensin Ⅱ，Ang Ⅱ）调节动脉张力，维持肾血流动力学稳定。高血糖下RAS的激活是DN的关键因素，当RAS 过度激活，Ang Ⅱ发挥调节血流动力学作用，在近端小管处刺激钠的重吸收，诱导出球小动脉血管收缩，并增加肾小球毛细血管的压力和通透性，使肾小球超滤[11]。同时，Ang Ⅱ发挥非血液动力学作用包括：肾脏中TNF-α 产生增加，并上调其他炎症介质的释放，加速肾脏损伤；通过增加钙流入和促进ROS的产生而间接造成足细胞损伤[12]；促进肾小球和肾小管细胞增殖，加快DN 进展。

2.3 氧化还原作用失衡

高糖环境下，葡萄糖的自氧化、晚期糖基化、多元醇途径、线粒体呼吸链缺陷等途径产生过多的ROS，超过了局部抗氧化能力，则会发生氧化应激。当高糖使肾脏发生氧化应激时，肾细胞膜脂质过氧化，蛋白质氧化，肾血管收缩和DNA 损伤促进DN的发展[13]。ROS 除了直接造成大分子损害外，还可充当信号分子激活多条信号传导途径，诱导蛋白激酶C、TGF-β、NADPH 和Ang Ⅱ的进一步活化，导致ROS的进一步产生，产生恶性信号放大循环，从而加剧肾实质损伤[14]。

尽管DN的病因及明确的发病机制尚不完全清楚，但在DN 发生发展的过程中，如以上所述维生素D/VDR 对糖尿病肾脏具有一定的保护作用。

3 维生素D/VDR的肾脏保护作用

3.1 维生素D/VDR 减轻炎症反应

单核巨噬细胞浸润在肾脏中发挥至关重要的作用，巨噬细胞是肾小球和肾小管间质炎症和纤维化的关键介质，因为它们产生促炎性和促纤维化细胞因子。然而，巨噬细胞是异质细胞群，可响应各种信号进行经典M1 激活或替代M2 激活。M1 表型被认为会加重炎症和组织损伤，M2 巨噬细胞在抑制炎症和促进组织修复中发挥作用。一项体外实验表明，1,25-（OH）2D3可以在体外将高糖诱导的M1 巨噬细胞转换为M2[15]。NF-κB信号通路在维生素D及其受体的肾脏保护中起重要作用。高糖状态下细胞内NF-κB 释放，以转录调节方式参与免疫和炎症的多种基因表达，使多种细胞因子活化，侵润肾细胞[16]。来自文献的数据表明1,25-（OH）2D3可能通过多种机制调节NF-κB，如关于维生素D的抗炎作用研究发现，维生素D可通过抑制NF-κB的活化，减少足细胞中单核细胞趋化蛋白1（MCP-1）和IL-6的表达，以及巨噬细胞对肾小球的浸润和细胞外基质沉积，以减轻炎症反应，延缓DN 发展[17]。JAK/STAT信号通路与炎症的进展关系密切，能与多种炎性信号通路相互作用，如NF-κB 和TGF-β。研究发现维生素D可通过VDR 介导，调控JAK/STAT信号通路，从而减轻炎症反应，改善肾脏病理损伤[18]。

3.2 维生素D/VDR 延缓肾脏病理改变

足细胞是肾小球滤过的最外层，是肾小球基底膜中高度分化的上皮细胞，形成肾小球主要的过滤屏障，其凋亡和损伤将导致蛋白尿，并加速DN 发展。一项大鼠肾小球分离并体外培养的研究表明[19]，在高糖环境下，大鼠的足细胞标志蛋白nephrin表达下降。nephrin是相邻交叉足突之间形成缝隙隔膜的关键成分，可作为足细胞胞内信号传导的调节剂，具有肾脏保护作用。而1,25-（OH）2D3能促进nephrin的表达，减轻足细胞损伤。高糖下RAS的激活可促进足细胞的凋亡，而1,25-（OH）2D3-VDR 信号可通过抑制肾素的表达来减少释放到细胞外的Ang Ⅱ的水平，从而抑制高糖诱导的足细胞凋亡[20]。一项用高糖和AGEs造模的体外实验表明[21]，高糖和AGEs 对β-catenin 和P-钙黏蛋白的重新分布以及足细胞β-catenin的表达有影响，从而引起高通透性，维生素D可以逆转该反应，降低肾小球的超滤。

肾小球系膜细胞参与肾小球系膜基质和基底膜的修复和更新，调节肾小球滤过率，对肾小球的生理功能和病理反应起重要作用。在高糖环境下肾小球系膜细胞的过度增殖，系膜区域中细胞外基质的扩展造成肾小球结节性硬化。Wang 等[22]的研究发现，维生素D3能抑制mTOR，使其下游标靶的磷酸化作用减弱，从而抑制高糖诱导的大鼠系膜细胞的增殖。维生素D3还可抑制高糖血症引起的系膜细胞中RAS的激活和TGF-β的产生，通过阻断TGF-β，减轻系膜细胞的过度增殖，延缓肾小球硬化的发展[23]。

DN 过去被认为是肾小球疾病，这种观念近些年已经受到置疑。据报道，仅有1/3的2型糖尿病患者和微量白蛋白尿患者中存在典型的肾小球病变，很多患者在糖尿病性蛋白尿发作之前，已经明显出现了肾小管肥大，有机离子运输减少和其他肾小管改变[22]。最近一项研究表明，活性维生素D能够通过上调AKT/UCP2信号通路保护肾小管细胞免受高糖的侵害，减少肾小管细胞的凋亡[24]。Liu 等[25]研究表明，高糖诱导的细胞色素P450（CYP）2J5 下调加重肾小管上皮细胞的损伤，VDR的激活通过上调CYP2J5 在肾小管上皮细胞中的表达，减轻高糖诱导的肾小管萎缩及间质纤维化。此外，活性维生素D可直接阻断培养的肾小管上皮细胞中由TGF-β1 诱导的肾小管上皮-间充质转化，从而在肾间质纤维化过程中发挥有益作用[26]。VDR 还可以与β-catenin 形成复合物，而后者是一种重要的信号传递介质，可以整合来自多种途径的信号，并在上皮-间质转化过程中起关键作用。糖尿病导致Wnt1/β-catenin 信号传导的过度活化，促进足细胞损伤，诱导足细胞EMT 以及肾损伤和纤维化，VDR激活可以通过调节Wnt信号通路的关键分子来减少高糖诱导的足细胞损伤和肾脏纤维化[27]。另有研究提示，1,25-（OH）2D3可以通过减少胶原蛋白及其他关键促纤维化因子的表达，增加抗纤维化因子（如BMP7和MMP8）的表达来改善间质纤维化[28]。

3.3 维生素D在DN患者中的作用

维生素D在肾脏中合成的核心作用已得到了充分证明：肾脏疾病患者中普遍存在的维生素D代谢功能障碍。一项meta分析显示，维生素D缺乏型糖尿病患者患肾病的风险更高[29]。Esfandiari 等[30]一项为期8 周的随机双盲试验发现，补充维生素D可以降低炎症标志物如TNF-α 和IL-6 来延缓DN的进展。有研究发现，如果用血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）或血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂（ARB）的同时加入骨化三醇可以安全地使白蛋白尿显著减少[31]，这一发现增加了证据支持维生素D在肾脏保护中的作用。同时，Liyanage 等[32]的随机双盲试验发现，每月给予维生素D50 000 IU 持续6个月，可降低DN患者的尿白蛋白、血清肌酐和肾素水平。维生素D除了改善肾功能，也可改善其他生化指标，如有研究表明早期DN患者接受高剂量维生素D治疗6个月后，血清高密度脂蛋白（HDL）水平显著改善[33]；另一项随机对照试验显示，阿法骨化醇能改善动脉僵硬度和血压[34]。

4 小结与展望

近年来，糖尿病相关的肾脏疾病越来越普遍，DN成为ESRD的主要病因。因此，研究DN的发病机制，探索新的治疗方法意义重大。维生素D通过不同信号

通路减轻AGEs 堆积、RAS 过度激活、氧化还原作用失衡造成的肾实质损伤，从而延缓肾小球硬化、肾小管萎缩、肾间质纤维化，表现出出色的治疗潜力。因此，对于维生素D及其受体基因与DN的研究，将有利于进一步探索其调控与发生机制，为DN 干预治疗提供新的思路，也为临床内分泌及肾脏科医师提供新的临床证据，从而为DN患者提供价廉物美的治疗药物。