糖尿病肾脏疾病足细胞损伤机制及中医药干预研究进展

文晓晨 宫成军 马晓燕

1辽宁中医药大学 110032；2辽宁中医药大学附属医院 110032

糖尿病肾脏疾病(diabetic kidney disease，DKD)是糖尿病常见的微血管并发症之一，中国20%～40%糖尿病患者合并DKD，是慢性肾脏病和终末期肾病的首要原因[1]。DKD早期以微量白蛋白尿为主，直至产生大量白蛋白尿并伴随肾功能下降，终末期治疗较为棘手，严重影响患者的生存和预后。及早制定有效的干预措施可防止、逆转和延缓DKD病程进展，但DKD发病机制复杂，目前研究尚未明确。足细胞是肾小球基底膜的高度分化上皮细胞，参与维持肾小球滤过屏障的结构与功能，其数量减少，结构功能破坏与蛋白尿密切相关。足细胞损伤在DKD发生发展过程中有关键作用，中药防治足细胞损伤具有多途径、多靶点优势。深入研究足细胞损伤机制，探寻中药干预足细胞损伤靶点与途径，能为明确DKD发病机制和DKD临床干预治疗提供新的思路。

一、足细胞损伤机制

足细胞是肾脏的固有细胞，相邻足细胞体发出的足突包绕在肾小球基底膜上，通过黏附分子和蛋白多糖分子交织形成裂孔隔膜复合体，维持肾小球基底膜形态结构、调节电荷屏障阻止大分子蛋白通过、稳定肾小球毛细血管结构和平衡毛细血管静水压、维持肾小球内皮细胞功能、合成分泌血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)等[2]。DKD中代谢紊乱、氧化应激、炎症反应、自噬失调均可引起足细胞损伤，包括引起足细胞肥大、足细胞上皮间充质转分化、足细胞脱离和足细胞凋亡，使肾小球滤过屏障被破坏，导致系膜扩张、肾小球硬化和肾小管-间质纤维化等组织学变化[3-4]。

(一)代谢紊乱

1.糖脂代谢紊乱 高糖使肾小球处于高压力、高滤过的状态，直接导致足细胞损伤。高糖状态下葡萄糖与组织蛋白或游离氨基酸结合，形成不可逆的晚期糖基化终末产物(advanced glycation endproducts，AGEs)，在体内大量蓄积难以降解。肾脏晚期糖基化终末产物受体(advanced glycation end product receptor，RAGE)主要在足细胞表达，DKD患者的足细胞RAGE表达上调，与AGEs结合激活下游多条信号通路，通过氧化应激、慢性炎症，诱导足细胞肥大、脱落、凋亡。AGE-RAGE轴的激活在DKD发病机制中有重要作用，抑制AGEs形成和破坏AGEs的交联结构可延缓DKD进展，应用RAGE适体阻断AGEs与RAGE结合，明显抑制氧化应激的产生以及炎症和纤维化反应[5-6]。糖尿病脂代谢紊乱可能对肾脏造成直接损害。与此同时，肾脏细胞内脂质代谢也发生显著改变。三磷酸腺苷结合盒转运蛋白1(ATP-binding cassette transporter 1，ABCA1)是一种参与细胞内胆固醇和磷脂外排的蛋白质，具有保护足细胞的作用。研究表明，高糖诱导足细胞胆固醇积累和足细胞损伤，与高血糖下调ADP-核糖基化因子6的表达导致ABCA1循环障碍有关[7]。足细胞中的ABCA1缺乏还可引起线粒体功能障碍，改变线粒体脂质尤其是心磷脂，促使足细胞凋亡[8]。足细胞内胆固醇大量蓄积，使转运到内质网的胆固醇过载，诱发内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)，又加重了足细胞损伤。

2.胰岛素抵抗 胰岛素是由胰岛β细胞分泌的一种蛋白质激素，生理状态下与其受体结合，通过细胞内信号传导，参与调节糖脂代谢、促进蛋白质合成。当靶器官组织对胰岛素的敏感性降低和(或)胰岛素介导的信号传导障碍，就会发生胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)。肾脏是胰岛素受体的靶器官，足细胞是胰岛素敏感细胞，完整的足细胞胰岛素应答对维持足细胞功能至关重要。分子机制研究表明，足细胞胰岛素抵抗的主要信号调控途径包括胰岛素受体底物1/磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)/丝氨酸-苏氨酸激酶(serine-threonine kinase，Akt)通路、丝裂原活化蛋白激酶通路、转化因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)/Smad3通路[9]。细胞内脂质如胆固醇决定足细胞胰岛素信号的传导，糖脂代谢紊乱与炎症因子引起细胞内胆固醇蓄积，可导致不同程度的IR[10]。IR贯穿DKD始终，伴随IR加重，肾功能也不断下降。足细胞胰岛素反应失调促使足细胞损伤，足细胞功能的丧失更加重了IR，形成恶性循环。

3.血流动力学改变 DKD早期即存在血流动力学异常，许多因素参与这一过程，其中肾素-血管紧张素系统在维持肾脏生理功能和DKD发生发展过程中发挥了重要作用。足细胞是血管紧张素Ⅱ的效应靶细胞，高血糖、AGEs以及高血压等均能使血管紧张素Ⅱ水平升高进而引起足细胞损伤，其途径主要包括：(1) 调节足细胞裂孔隔膜蛋白Nephrin和足细胞膜蛋白Podocin的表达，诱导足细胞肌动蛋白骨架重组和肌球蛋白轻链磷酸化，破坏足细胞骨架[11]；(2) 调节葡萄糖转运蛋白和胰岛素信号传导，参与细胞基础以及胰岛素依赖性葡萄糖摄取，诱导足细胞膜去极化，破坏细胞电荷屏障[12]；(3) 引起足细胞自噬异常[13]；(4) 引起足细胞内胆固醇代谢功能障碍，通过ERS等方式诱导足细胞凋亡[14]。DKD时足细胞和血清中VEGF水平升高，有研究认为，增强自噬可抑制VEGF的表达，维持足细胞功能，表明VEGF也参与了DKD的进展[15]。

(二)氧化应激

氧化应激是指机体内氧化物质的产生大于清除，造成组织细胞损伤的一种应激状态。高糖、AGEs积累、TGF-β1、血管紧张素Ⅱ等使大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)蓄积，细胞内蛋白质、脂质和DNA快速氧化，进而通过多方面多途径导致足细胞损伤。ROS主要来源于还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶和线粒体电子传递链，可直接攻击足细胞。烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶的激活和过量ROS使心磷脂过氧化，募集B细胞淋巴瘤-2(B cell lymphoma-2)相关蛋白(Bcl-2 Associated X Protein，BAX)改变线粒体通透性，刺激线粒体呼吸链释放细胞色素C，启动凋亡蛋白的转运，促进凋亡因子caspase-3等的激活与释放，从而触发线粒体介导的足细胞凋亡途径[16]。过量的ROS还能激活SAPK通路，主要由丝裂原活化蛋白激酶信号包括细胞外信号传导蛋白激酶、C-Jun N-末端激酶和P38-MAPK构成的通路介导足细胞凋亡[17]。持续氧化应激减少线粒体DNA的拷贝数，增加受损线粒体DNA，通过免疫炎症反应引起线粒体功能障碍，导致ROS的进一步产生[18]。ERS是另一种氧化应激，也是介导足细胞凋亡的途径之一。DKD的高血糖、脂代谢紊乱、氧化应激等均是ERS的诱发因素。研究发现，棕榈酸酯诱导的氧化应激引起线粒体功能障碍，通过激活磷脂酶C-二酰基甘油-蛋白激酶C 途径，介导内质网中Ca2+释放使ERS增加，促使足细胞肌动蛋白细胞骨架重塑，诱导足细胞凋亡[19]。未折叠或错误折叠蛋白蓄积以及Ca2+稳态改变引起线粒体损伤，损伤的线粒体释放大量ROS又加重了ERS。

(三)炎症因子

炎症因子的激活是DKD发病机制中的重要因素。高糖状态下AGEs-RAGE轴激活核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)通路，引起肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)、白细胞介素-1β、白细胞介素-6、白细胞介素-8以及黏附分子的释放，使线粒体产生的ROS增多，增加炎症反应，触发炎症级联反应中的其他下游，引起慢性炎症和组织重塑，诱发足细胞损伤。TNF-α利用细胞表面趋化因子受体2抗体受体和NF-κB与PI3K/Akt通路刺激足细胞产生单核细胞趋化蛋白-1，单核细胞趋化蛋白-1/人肿瘤坏死因子受体表达抑制足细胞骨架蛋白的表达，并与TGF-β1之间相互作用，引起足细胞凋亡[20-21]。蛋白质S高表达能抑制高糖和TNF-α引起的这一促炎反应[22]。NF-κB还能诱导核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族pyrin结构域蛋白3(NOD-，LRR-and pyrin domain-containing protein3，NLRP3)炎性小体激活。NLRP3促进炎症反应、降低Nephrin表达，并通过“NF-κB-p62-线粒体”回路抑制其自身的促炎活动，协调维持稳态，高糖状态下灭活NLRP3炎性小体能恢复足细胞自噬，减轻足细胞损伤[23-24]。Toll样受体(Toll-like receptors，TLRs)是免疫应答的调节因子，参与激活NF-κB通路，TLR4低表达通过NALP3/ASC/Caspase-1信号通路减弱高糖诱导的足细胞损伤[25]。足细胞分泌表达组织蛋白酶C也是炎症反应的调节剂，能诱导足细胞骨架重排，增加足细胞带蛋白的通透性[26]。国内外研究发现[27]，DKD时肠道微生物菌群的组成与结构均发生了变化，毒性代谢产物通过免疫炎症反应介导了足细胞损伤，如肠源性尿毒症毒素可直接作用于足细胞，还能与内毒素脂多糖(lipopolysaccha-ride，LPS)通过LPS/TLRs/NF-κB或p38MAPK信号通路导致足细胞损伤；诱导Th17/白细胞介素-17下调Nephrin磷酸化和Bcl-2水平诱导足细胞凋亡；引起肥胖疾病进而通过介导炎症、氧化应激造成足细胞损伤等。炎症因子和免疫损伤与糖脂代谢紊乱、氧化应激等相互作用，在DKD足细胞损伤机制中有重要意义。

(四)自噬

自噬是真核生物细胞中的保护机制，在营养匮乏时能为细胞聚集能量，氧化应激环境下可清除多余的细胞器和蛋白质，对维持足细胞结构功能和代谢有重要作用。自噬异常导致ROS或AGEs等蓄积，造成足细胞损伤。哺乳类雷帕霉素靶分子抑制剂(inhibitor of mammalian target of rapamycin，mTOR)、AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)、沉默信息调节因子2相关酶1(silent information regulator factor 2-related enzyme 1，SIRT1)通路均参与调控自噬。mTOR通路包括mTORC1和mTORC2两种复合体，mTORC1是直接调控自噬的因子，mTORC2通路主要参与足细胞骨架相关蛋白的调节。AGEs通过活化mTOR和抑制转录因子EB的核转位抑制足细胞自噬体的形成和转换，促进足细胞凋亡[28]。PI3K通路和AMPK通路是调控mTOR 的上游通路，PI3K/Akt通路还能介导生长因子或胰岛素引起的自噬[9]。AMPK是细胞内的能量感受器，其活性受腺苷一磷酸/三磷酸腺苷比值调控，具有正向调节自噬的能力，直接磷酸化自噬启动因子使其下游通路激活，还可通过磷酸化TSC2使mTORC1抑制间接激活自噬启动因子引起自噬[29]。SIRT1对自噬相关蛋白去乙酰化，如Atg5、Atg7、Atg8和FOXO3a，介导自噬。SIRT1含量下降能引起AGEs促使FOXO4乙酰化，启动凋亡基因Bax的转录从而引起足细胞凋亡[30]。此外，醛固酮能通过氧化应激和ERS等途径诱导自噬，其与CHOP依赖性自噬与凋亡的触发有关[31]。血红素加氧酶-1也是激活足细胞自噬的有效途径。

二、中医药对DKD足细胞损伤的干预

DKD归属于中医学中的“肾消”等范畴，中医药在防治DKD方面具有多途径、多靶点和不良反应小等优势。近年来单味中药及其活性成分、中药复方等干预治疗DKD足细胞损伤研究均取得了一定程度的进展。

(一)单味中药及其提取物

1.三七及其提取物 三七又名田七，具有化瘀止血、消肿止痛的功效。皂苷是三七中的主要成分，含有多种单体皂苷如人参皂苷、三七皂苷R1的三七总皂苷(panax notoginseng saponins，PNS)，被广泛应用于DKD的研究和治疗之中。PNS保护DKD足细胞的作用机制主要包括(1)抗炎：PNS上调SIRT1，减少TGF-β1和NF-κB介导的炎症细胞因子诱导，起到抑制炎症的作用[32]；(2)抗氧化应激：三七皂苷R1促进Nrf2和血红素加氧酶-1的表达，消除诱导凋亡和TGF-β信号传导的ROS，抑制由氧化应激因子的足细胞凋亡和肾纤维化[33]；(3)调控自噬：三七皂苷R1通过PI3K/ALT/mTOR信号通路激活自噬和抑制细胞凋亡来减轻葡萄糖诱导的足细胞损伤[34]；(4)保护足细胞骨架：三七皂苷R1通过体内和体外α3β1整合素上调改善高糖状态下的足细胞黏附，改善足细胞病变[35]。PNS口服生物利用度低，通过对比定量大鼠粪便中皂苷和产生的代谢物，发现正常对照组能鉴定出73种PNS代谢物，而假无菌组仅11种，可见肠道菌群在体内PNS的生物转化中起重要作用[36]。

2.雷公藤及其提取物 雷公藤具有祛风除湿、消肿止痛、杀虫解毒的功效。雷公藤多苷是提取自雷公藤根的总苷，包括雷公藤甲素、雷公藤已素、雷公藤红素等，具有抗炎、调节免疫的药理作用。雷公藤多苷保护DKD足细胞的机制主要包括(1)抗炎：雷公藤甲素抑制TLR4-NF-κB通路减少炎症反应[37]，适当剂量范围内(浓度为5 μg/L，10 μg/L)的雷公藤甲素还可通过抑制NLRP3炎症小体活性而改善足细胞上皮间充质转分化[38]；(2)保护足细胞骨架：雷公藤内酯醇能提高CD2AP、Synatopodin、Palladin和黏着斑蛋白的表达，降低Angptl3表达，保护足细胞骨架，缓解LPS造成足细胞损伤[39]；(3)调控自噬：雷公藤多苷是激活自噬下调β-arrestin-1抑制足细胞凋亡[40]。与此同时，雷公藤提取物也存在肝毒性、肾脏毒性、心脏毒性、血液系统毒性和生殖系统毒性等毒副作用，临床通过合理炮制、配伍和改变剂型可有效减毒，但仍应注意监控，及时纠正。雷公藤内酯醇具有细胞毒性，其毒副作用有待进一步研究，尚未应用于临床。

3.黄芪及其提取物 生黄芪有益卫固表、利水消肿、托毒生肌之效，炙用可补中益气。黄芪的成分主要包括黄芪多糖、黄芪甲苷(astragaloside IV，AS-IV)等，具有降糖、抗炎、调节免疫的药理作用。黄芪及其提取物保护DKD足细胞的主要机制包括(1)抗炎：AS-IV抑制NF-κB介导的炎症基因表达保护足细胞[41]；(2)抗氧化应激：AS-IV调控Sirt1/p53/Drp1信号通路改善高糖诱导足细胞线粒体异常分裂，下调PERK-ATF4-CHOP通路抑制ERS，减少足细胞凋亡[42-43]；(3)调控自噬：AS-IV调节SIRT1-NF-κB途径和激活自噬，逆转葡萄糖诱导的足细胞上皮间充质转分化[44]；(4)保护足细胞骨架：黄芪多糖能上调Nephrin表达、下调Desmin表达[45]，AS-IV稳定Nephrin和Podocin，抑制黏着斑激酶磷酸化改善高糖环境下的足细胞黏附能力[46-47]，从而保护足细胞。黄芪从不同机制上保护DKD足细胞，具有明显改善肾功能、减少蛋白尿、减缓DKD发生发展的作用。

4.黄连及其提取物 黄连具有清热燥湿、泻火解毒的功效，黄连素又称小檗碱，是从黄连中提取的一种异喹啉生物碱单体。黄连素保护DKD足细胞的主要机制包括(1)抗炎：抑制TLR4/NF-κB通路减轻炎症反应和高糖诱导的足细胞凋亡[48]；(2)抗氧化应激：抑制AGEs-RAGE信号通路，抑制棕榈酸引起的足细胞线粒体功能障碍[49-50]；(3)调控自噬：调控AMPK-mTOR信号通路增强足细胞自噬[51]。黄连素能通过肠道菌群-炎症轴干预代谢性疾病，对调节肠道菌群的组成和代谢、改善肠道微环境有重要作用，但其通过肠道菌群干预DKD发生发展的分子机制鲜有报道，有待进一步研究。

5.葛根及其提取物 葛根具有解肌退热、生津止渴、升阳止泻、透疹的功效，葛根素又名葛根黄酮，是葛根的主要成分。葛根素保护DKD足细胞的主要机制包括(1)抗氧化应激：导致SIRT1介导的NF-κB脱乙酰化并抑制NOX4表达发挥抗氧化作用[52]；(2)调控自噬：介导PERK/eIF2α/ATF4信号通路增强ERS条件下的自噬，也能上调血红素加氧酶-1和Sirt1介导的自噬保护DKD足细胞损伤[53-54]。(3)保护足细胞骨架：减少足细胞足突融合，增加Nephrin、Podocin的表达[55]。葛根素无明显毒性，但可造成溶血反应，亦存在口服生物利用度低、半衰期短等弊端，深入研究提高其生物利用度和安全性的方法，有助于该药在DKD治疗过程中的进一步运用。

(二)中药复方

二至丸出自《扶寿经方》，由女贞子、墨旱莲1∶1组成，有补益肝肾、滋阴止血的功效。研究发现，二至丸提取物各剂量组均能显著降低链脲佐菌素和高糖高脂饲料联合复制的DKD大鼠炎症因子水平，显著提高抗氧化指标，上调CD2AP和Podocin表达，起到保护足细胞、降低尿蛋白、保护肾功能的作用[56]。黄芪汤出自杨士嬴的《仁斋直指方论》，由生黄芪、生地黄、瓜蒌根、麦冬、五味子、茯苓、炙甘草组成，有益气生津、补肾养阴之功效，沈倩等[57]的研究结果表明，黄芪汤能通过抑制PERK介导的ER途径，抑制高糖诱导的足细胞损伤。除此之外，自拟方药在干预治疗DKD足细胞损伤方面也颇有疗效。如固本化瘀通络合剂由黄芪葛根汤和水陆二仙丹加减而成，方有黄芪、葛根、黄连、酒大黄、金樱子、芡实、山药、水蛭、鬼箭羽、菟丝子 10 味中药，其含药血清能提高Nephrin的mRNA和蛋白表达水平，抑制高糖诱导的足细胞损伤[58]。目前中药复方干预DKD足细胞损伤的作用机制研究较少，且研究仅限于固定方药，但中医处方具有辨证施治、临证加减的特点，药味及用量加减是否对该方干预足细胞保护作用有影响暂无报道。

三、展望

DKD足细胞损伤机制多重复杂，发病机制之间存在交叉和相互影响，很难证明哪种机制在DKD发生和发展中起到决定性作用。目前研究比较热门的是炎症因子和自噬功能失调，还有许多对足细胞损伤起调控作用的微RNA被陆续发现，长链非编码RNA对足细胞的影响也是一个新的研究方向。中医药干预DKD足细胞损伤具有优势，目前单味中药及其提取物干预DKD足细胞损伤的单一机制研究较多，但对足细胞损伤的多途径交叉作用方面、多味中药联合作用干预足细胞损伤机制方面研究较少，可深入探析。与此同时，“肠-肾轴”理论提出后，已有研究证明了调节肠道菌群可干预DKD的进展，但中药恢复肠道微生态对足细胞保护的机制尚不明确，有待进一步研究，以充分发挥中医药多靶点整体治疗的优势。除此之外，中药及提取物干预DKD足细胞损伤机制面向患者研究较少，部分领域机制研究尚局限于动物和细胞实验阶段，希望能在安全有效的基础上研制出更多的中药制剂，真正走向临床，解决DKD患者的病痛。

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