生物标志物在糖尿病肾病早期诊断中的应用研究进展

孙晨思,李海琦,刘 波

(1.吉林大学中日联谊医院内分泌代谢科，吉林 长春 130031；2.吉林大学中日联谊医院神经内科，吉林 长春 130031)

糖尿病(diabetes melltus，DM)是一组多因素引起的代谢性疾病，其特征是胰岛素分泌障碍和功能缺陷。DM是全球性的公共卫生问题[1]，据统计，2019年全球有4.63亿DM患者，占全球成年人(20～79岁)的9.3%，预计到2045年增加至7亿[2]。糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)是DM主要的微血管并发症之一，研究报道，约40%的DM患者并发DN[3]，且DN是慢性肾脏病(chronic kidney disease，CKD)和终末期肾病(end-stage renal disease，ESRD)的主要原因[4]。随着DM患病率的全球性增加，DN患病率亦明显增加。DN患者常呈长时间的无症状，其进行性病理改变可在没有蛋白尿或肾小球滤过率(estimated glomerular filtration rate，eGFR)受损的临床证据的情况下激发。微量白蛋白尿(microalbuminuria，MIC)是国内外公认的DN早期诊断的标志物[5]，但其不能直接判断肾组织损伤，且对肾功能的微小改变不敏感[6]。研究表明，在蛋白尿出现之前，已存在肾损害，包括肾小管间质纤维化、系膜扩张和血管损伤等[7]。因此，寻找灵敏度高、特异度强、能判断早期DN的新的生物标志物意义重大。良好的生物标志物应具有能够快速、特定被检测且与肾脏组织病理学密切相关的特点[8]，并能够识别肾损害的早期阶段和判断预后[9]。本文就晚期糖基化终末产物(advanced glycation end-product，AGE)、非对称性二甲基精氨酸(asymmetric dimethylarginine，ADMA)、可溶性尿激酶型纤溶酶原激活物受体(soluble urokinase-type plasminogen activator receptor，suPAR)3种新型生物标志物在DN发生、发展中的作用以及对预测DN的可能性和可靠性进行综述，以期为糖尿病肾病的早期诊断和治疗提供新的靶点。

1 AGE与DN

AGE是天然存在的一组高度异质化合物，由还原糖的羰基与细胞组分(蛋白质、脂质和核酸)的氨基在非酶促作用下结合产生[10]。AGE有多种存在形式，主要包括羧甲基赖氨酸、羧乙基赖氨酸、甲基乙二醛氢咪唑酮等。AGE根据来源主要分为内源性、外源性(主要来自食物和烟草)及医源性[11]。AGE几乎可影响体内每种类型的细胞，被认为是衰老和许多退行性疾病(如糖尿病、动脉粥样硬化、慢性肾脏疾病、阿尔茨海默病、类风湿性关节炎和慢性心力衰竭)发生、发展的一个重要因素[12]。研究表明，AGE主要通过与组织细胞上的晚期糖基化终末产物受体(receptor for advanced glycation end-products，RAGE)结合后，产生氧化应激，影响细胞内的信号转导，调节基因表达，进而改变细胞结构和功能[13]。

DN的发病机制复杂，其中AGE通过多种途径参与DN的发生、发展。在高糖环境下，AGE表达增加，AGE可激活RAGE，进而导致活性氧(reactiveoxygen species，ROS)产生并增强炎症反应，从而引起肾脏慢性炎症状态，最终导致肾脏结构改变和功能逐渐丧失[14]。AGE-RAGE轴被激活可刺激细胞因子的产生和释放，并增加细胞外基质的生成[15]。而且AGE-RAGE轴可激活细胞内信号通路，包括丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)、烟酰胺腺嘌呤二核苷磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化酶和核转录因子-κB(nuclear transcription factor-κB，NF-κB)等信号通路[16]，从而诱导ROS生成和氧化应激，介导炎症反应；AGE-RAGE轴还可通过激活p38 MAPK、NADPH氧化酶和NF-κB诱导肾小球系膜细胞凋亡[17]。此外，在肾小管上皮细胞内，AGE可通过内质网应激(endoplasmic reticulum，ER)引起ROS级联反应，进而诱导炎症反应，增加系膜细胞凋亡[18]。AGE还可直接导致肾脏细胞外基质蛋白结构与功能改变，造成肾小球滤过屏障受损，通透性升高，产生蛋白尿，最终引发DN。

BEISSWENGER等[19]对103例参与DN自然史研究的DM患者进行肾活检，根据肾小球基底膜(glomerular basement membrane，GBM)宽度将患者分为DN快速进展者和DN缓慢进展者，并测量其AGE和氧化产物共9种标志物，结果显示，DN快速进展患者的羧甲基赖氨酸、羧乙基赖氨酸、甲基乙二醛氢咪唑酮3种主要的AGE显著升高；在仅包含糖化血红蛋白的模型中，将羧甲基赖氨酸、羧乙基赖氨酸、甲基乙二醛氢咪唑酮3种AGE标志物纳入回归模型分析，结果显示，GBM宽度增加7.9%，说明羧甲基赖氨酸、羧乙基赖氨酸、甲基乙二醛氢咪唑酮这3种AGE与DN的快速进展相关。因此，认为羧甲基赖氨酸、羧乙基赖氨酸、甲基乙二醛氢咪唑酮可作为评估DN病变进展的早期指标。

2 ADMA与DN

ADMA是L-精氨酸(arginine，Arg)的内源性二甲基化衍生物。S-腺苷甲硫氨酸为含有Arg残基的蛋白质提供甲基，经蛋白质精氨酸N-甲基转移酶催化，在蛋白水解酶的作用下产生 ADMA。约10%的ADMA以原型经尿液排出体外；而约90%的ADMA是通过二甲基精氨酸二甲基氨基水解酶将其水解为L-瓜氨酸和DMA，随后DMA经尿液排出体外[20]。有研究报道，少量ADMA可由丙氨酸乙醛酸氨基转移酶催化分解[21-22]。ADMA是一种内皮型NOS的内源性抑制剂，通过与Arg竞争NOS的结合位点，选择性抑制NOS，使一氧化氮(nitric oxide，NO)生成减少，导致血管内皮功能障碍，因此，ADMA被认为是心血管疾病发病的独立危险因素[23-25]。此外，ADMA可增强氧化应激反应，诱导单核-巨噬细胞趋化、黏附、浸润，介导炎症反应[26]；ADMA是内皮祖细胞(endothelial progenitor cell，EPC)分化的内源性抑制剂，可抑制血管内皮细胞分化，影响受损内皮细胞再生[27]。研究表明，ADMA可引起肌成纤维细胞生成增加，转化生长因子-β(transforming growth factor-β，TGF-β)表达水平升高，细胞外基质沉积，从而促进组织纤维化[28]。

JAYACHANDRAN等[29]研究发现，血ADMA与血糖参数(包括空腹血糖和糖化血红蛋白)、血清肌酐、尿微量白蛋白、尿白蛋白肌酐比值(urinary albumin creatinine ratio，UACR)呈正相关，与eGFR呈负相关，证实ADMA对评估DN有一定作用，认为其与DN独立相关。此外，研究发现，血ADMA水平升高，可引起细胞外基质蛋白如纤连蛋白和平滑肌肌动蛋白的表达水平显著增加，促进上皮间质转化(epithelial-to-mesenchymal transition，EMT)，加速肾纤维化，直接参与DN进展[30]。GROENEVELD等[31]研究报道，ADMA与DN患者内皮功能障碍密切相关。NO是参与许多细胞信号传导(包括调节血管松弛)的重要气体递质之一。在肾脏中，NO不仅在维持血流动力学中起着至关重要的作用，也有助于维持eGFR。有研究报道，DM患者血ADMA水平增高，使NO生成减少，肾小球血流量下降，eGFR降低，从而诱发肾缺血缺氧[32]。此外，有研究报道，ADMA还可以作为一种促炎因子[33]，DM患者血ADMA水平升高会导致炎症并加剧肾脏组织损伤。体外研究显示，外源性ADMA能诱导人肾小球内皮细胞NF-κB活化、TGF-β高表达、肌动蛋白应力纤维形成，从而促进肾纤维化[34]。SHARMA等[35]研究发现，ADMA 可降低大鼠肾小球血液流速，破坏肾小球屏障，增加对白蛋白的通透性，从而导致蛋白尿。临床研究表明，ADMA 的累积会导致DM患者出现高蛋白尿[36]。在一项针对正常白蛋白尿或MIC的 2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)患者的队列研究中发现，ADMA 较高的患者蛋白尿发生率高于 ADMA 较低的患者，且早期DN的发生率较高[37]。

3 suPAR与DN

suPAR是尿激酶型纤溶酶原激活物受体(urokinase-type plasminogen activator receptor，uPAR)的可溶形式，由uPAR与细胞表面连接的糖磷脂酰肌醇锚被磷脂酶C切断脱落后形成的。uPAR在足细胞、免疫细胞、成纤维细胞、内皮细胞上表达[38]。suPAR是一种三域蛋白，相对分子质量为20 000～50 000。既往研究发现，suPAR水平升高与多种系统疾病具有相关性，包括慢性肾脏病、感染性疾病、癌症、关节炎、心血管疾病、糖尿病等[39-44]。在肾脏中，suPAR经肾小球滤过，研究表明suPAR与eGFR呈负相关[45]。suPAR可下调肾素和足总蛋白，结合并激活αVβ3整合素，导致足突融合、足细胞凋亡和肾小球通透性改变，从而引起DN[46]。GUTHOFF等[44]研究发现，T2DM患者血suPAR水平显著升高；在T2DM风险增加人群的前瞻性队列研究中发现，血suPAR水平与新发MIC独立相关；在T2DM患者的横断面研究中发现，在疾病的后期，较高suPAR水平与尿白蛋白排泄相关，认为suPAR能够更早期识别DN的风险。

综上所述，DN一般起病隐匿并呈渐进式缓慢进展，AGE、ADMA、suPAR参与DN的发生、发展；与传统指标尿微量白蛋白相比，DN患者的血AGE、ADMA、suPAR水平增高较早，可能实现对DN的早期诊断，这为临床DN的早期诊治提供了新的思路。