小檗碱在肾病治疗中的应用进展

王晓江，王利华

（山西医科大学第二医院肾内科，山西太原 030001）

小檗碱（berberine，BBR）是从黄连和黄柏中分离得到的具有多种药理活性的异喹啉生物碱［1］，具有抗菌、降糖、降胆固醇、抗肿瘤、抗炎等多种药理活性，可用于治疗各种疾病，如2 型糖尿病、高脂血症、心脏病、癌症和炎症［2-7］。近年来的研究表明，BBR 作为治疗肾病及其并发症的药物具有潜在的临床应用价值。BBR 的肾保护功能是多靶点的，其作用机制比较复杂。该文旨在回顾BBR 治疗肾脏疾病的特点，进一步阐明其可能的分子机制。

1 小檗碱与缺血再灌注损伤

缺血再灌注损伤（ischemical reperfusion injury，IRI）是一个复杂的病理过程，涉及细胞坏死和凋亡［8］。肾IRI 损伤组织产生过量的活性氧（reactive oxygen species，ROS）可引起氧化应激［9］，丙二醛（malondialdehyde，MDA）和超氧化物歧化酶（super⁃oxide dismutase，SOD）是氧化应激敏感指标［10］。MDA 是脂质过氧化的最终产物［11］，SOD 清除组织细胞脂质过氧化，保护细胞免受损伤［12］。氧化应激刺激了线粒体应激和内质网应激途径的激活。在线粒体应激过程中，Bax 和Bcl-2 的表达水平发生变化，Bax/Bcl-2 比值增加将改变线粒体膜的通透性，导致细胞色素C 从线粒体释放，下游效应器凋亡效应蛋白Caspase-3 被激活，导致细胞凋亡［13］。同样，氧化应激也激活内质网应激途径。在病理状态下，诱导内质网定位的分子伴侣激活，包括葡萄糖调节蛋白78（glucose regulated protein 78 kD，GRP78）和促凋亡转录因子C/EBP 同源蛋白12（CHOP），随着这些蛋白质的激活，导致细胞凋亡［14］。

Zheng 等［15］建立大鼠IRI 模型，发现实验组经小檗碱处理后Scr 和BUN 的表达水平降低，Bax 蛋白减少，Bcl-2 蛋白增加，Bax 过表达可促进细胞凋亡，Bax 表达抑制可抑制细胞凋亡，Bcl-2 可与Bax 结合形成异二聚体，从而降低Bax 的表达，抑制细胞凋亡。表明小檗碱通过抑制Bax 的表达和促进Bcl-2的表达，能有效改善肾缺血再灌注损伤大鼠的肾功能。Xie 等［16］发现经小檗碱处理的IRI 损伤大鼠血清Scr 和BUN 水平显著降低，ROS、MDA、Caspase-3 和对照组相比均显著降低，说明BBR 通过降解氧化应激和线粒体应激途径保护肾脏IRI。Yu 等［17］在人肾近端小管细胞系HK-2 细胞缺氧/复氧模型的研究中发现，小檗碱处理组细胞MDA 水平降低和SOD 活性提高，细胞Bax/Bcl-2 比值和细胞色素C降低，GRP78 和CHOP 表达降低，表明BBR 对缺氧/复氧诱导的人肾近端小管细胞凋亡具有保护作用，其机制与抑制线粒体应激和内质网应激途径有关。

综上所述，BBR 通过抗氧化作用、抑制内质网和线粒体应激途径保护肾脏减轻IRI 损伤。

2 小檗碱与糖尿病肾脏疾病

糖尿病肾脏疾病（diabetic kidney disease，DKD）是终末期肾病的主要病因之一。其特点是肾小球系膜细胞增生，细胞外基质（extracellular matrix，ECM）过度积聚，早期肾小球基底膜扩张增厚，晚期肾小球硬化和肾间质纤维化，最终导致肾功能丧失［18］。BBR 可以通过多种途径抑制细胞外基质积聚，从而抑制肾小球系膜增厚以及肾小球硬化和肾间质纤维化，延缓DKD 肾损伤进程。

氧化应激参与了DKD 的肾损伤，使血管紧张素Ⅱ分泌增加，肾小球受压，肾小球滤过率增加，形成蛋白尿并导致肾小球基底膜增厚，加速DKD 的进展；另一方面，氧化应激激活细胞内信号通路，例如JNK 和PKC 通路，并激活转录因子如核转录因子NF-κB（nuclear transcription factor-κB，NF-κ B）和转录因子AP-1（activator protein 1，AP-1），加速了ECM 的沉积并减少细胞外基质的降解，导致肾小球硬化及肾脏纤维化；不仅如此，高血糖引起的肾脏持续氧化应激反应导致胰岛素受体受损，引起胰岛素抵抗，激活p38 丝裂原活化蛋白激酶（mitogen-ac⁃tivated protein kinases，MAPK）及细胞外信号调节激酶（extracellular signal-regulated kinase，ERK）信号通路，促进了转化生长因子β（transforming growth factor-beta，TGF-β）、纤维连接蛋白及胶原蛋白的表达，导致ECM 沉积，形成肾小球硬化和肾小管间质纤维化［19］。因此，抑制氧化应激可以延缓DKD 肾损伤进程。

脂质代谢紊乱和线粒体生物能紊乱会引起氧化应激损伤并干扰肾脏的能量稳态，从而导致足细胞损伤和肾小球硬化，且过量的脂质蓄积可能导致肾脏疾病中的线粒体功能障碍和细胞凋亡。过氧化物酶体增殖物激活受体（PPAR）γ 共激活因子-1α（PGC-1α）被认为是线粒体功能的关键上游转录调节因子，是线粒体稳态的关键调节剂，PGC-1α 的转基因过表达或药物刺激其活性增加，可增加线粒体基因的表达，并抑制肾脏纤维化和足细胞损伤。Qin 等［20］通过DKD（db/db小鼠）模型和培养的足细胞进行实验，证明BBR 可上调PGC-1α基因表达，调节线粒体能量稳态，减少细胞外基质的积累，减轻肾小球硬化，改善DKD 的临床症状。

AMPK 信号通路是通过控制细胞内三磷酸腺苷（ATP）的产生及消耗调节细胞能量代谢的信号转导通路，当组织细胞发生低糖、缺氧、缺血等损伤时，AMPK 信号通路能够被迅速激活，并促进细胞内ATP 供应。岳薇薇等［21］通过高糖高脂饮食联合链脲佐菌素法建立糖尿病肾病大鼠模型，证明BBR能够降低糖尿病大鼠血清BUN 及SCr 水平，提高肾组织SOD 活性，降低肾组织MDA 水平，提高AMPK mRNA、AMPK、p-AMPK 水平。因此BBR能够通过激活AMPK 信号通路改善糖尿病肾病肾组织病理学进展及细胞凋亡。

NF-E2 相关因子2（nuclear factor erythroid 2 -related factor 2，Nrf2）是对抗氧化应激的重要细胞防御因子之一，它能中和ROS，从而维持细胞氧化还原稳态［22］。正常情况下，Nrf2 存在于细胞质中，当暴露于氧化应激时，Nrf2 发生泛素化并转移到细胞核中，然后激活抗氧化基因的转录，如NADPH 醌氧化还原酶-1（NQO-1）和血红素氧合酶-1（HO-1），诱导抗炎、抗纤维化和抗凋亡代谢产物的产生［23，24］。Zhang 等［25］通过STZ 诱导的糖尿病小鼠和HG 在体外诱导NRK-52E 细胞，证明BBR 能消除STZ 和HG 诱导的氧化应激，显著增加Nrf2 的表达，增加NQO-1 和HO-1 的表达，减轻肾间质纤维化的进程。因此，BBR 可以通过抑制Nrf2 信号通路介导的氧化应激抑制DKD 肾小管间质纤维化。

实验研究表明慢性缺氧参与了DKD 的发生和发展，慢性肾缺氧是肾小管上皮细胞释放多种细胞因子和生长因子的触发因子，可能导致表型改变和凋亡［26］。研究表明低氧诱导因子-1α（Hypoxia in⁃ducible factor-1α，HIF-1α）在缺氧诱导的细胞凋亡中起着重要的调节作用［27］。在肾脏中，HIF-1α 在肾小管和肾小球上皮细胞中表达，缺氧条件下，HIF-1α被反式激活并转移到细胞核中，以应对缺氧，并在DKD 肾损伤中发挥关键作用［28］。研究表明磷脂酰肌醇3 激酶/蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3 ki⁃nase /protein kinase B ，PI3K/Akt）信号通路在HIF-1α 表达调控中起重要作用［27］。Akt 作为PI3K/Akt通路中的一个关键调节因子，能够诱导HIF-1α 转录活性，导致HIF-1α 向细胞核移位，并触发生存信号［28，29］。Zhang 等［26］建立缺氧/高糖诱导的大鼠肾小管上皮（NRK-52E）和人肾近端小管细胞（HK-2）模型，研究证明了缺氧条件下高糖诱导的HIF-1α 从细胞质转移到细胞核中，BBR 处理显著增强了缺氧/高糖诱导的HIF-1α 核移位，激活了HIF-1α 的表达，并且PI3K/Akt 信号通路促进HIF-1α 蛋白的表达，保护肾小管上皮细胞不发生凋亡。

DKD 发病机制中最早可检测到的改变是肾小球系膜增厚，其发生是由于ECM 蛋白的过度积累。在此过程中，TGF-β 和α-SMA 在ECM 中起着重要作用。TGF-β 参与多种生物学过程，包括细胞增殖、分化、凋亡、自噬和ECM 的产生。研究表明，TGF-β 水平在损伤肾脏中均上调［30］，TGF-β 信号通路下调可能减轻肾纤维化［31］。Li 等［32］通过链脲佐菌素诱导的DKD 大鼠证明BBR 处理降低了TGF-β和α-SMA 的表达改善了DKD 的肾纤维化。

ECM 的积聚是糖尿病肾纤维化的重要病理特征之一，纤维连接蛋白（fibronectin，FN）是细胞外基质的重要组成部分。先前的体内和体外实验都表明，在糖尿病条件下，鞘氨醇激酶1/1-磷酸鞘氨醇（Sphingosine kinase 1/Sphingosine 1-phosphate，SphK1/S1P）信号通路在肾脏和肾小球系膜细胞中被激活，同时FN 产生增加，S1P2 受体信号通路参与了S1P 诱导的肾小球系膜细胞增殖［33-35］。最近的研究表明，BBR 通过降低SphK1 的表达和活性以及四氧嘧啶诱导的糖尿病小鼠肾脏中的S1P 水平来改善肾功能［33］，还通过抑制糖尿病状态下肾小球系膜细胞中S1P2 受体而降低FN 的表达［34］。S1P2 受体主要参与病理损伤，如免疫和炎症［36］。BBR 可通过抑制NF-κB 炎症信号通路的激活，从而逆转DKD［37］。Zhu 等［37］证明BBR 抑制了NF-κB 的活化，还发现NF-κB 特异性抑制剂PDTC 明显降低高糖介导的S1P2 受体的表达，提示NF-κB 的活化参与了高糖介导的S1P2 受体的增加。与PDTC 相似，BBR 在抑制NF-κB 核移位的同时，也显著降低了S1P2 受体和FN 的蛋白表达，提示BBR 不仅通过NF-κB 通路改善肾损伤，对S1P2 受体的抑制作用也与其对NF-kB 活化的抑制作用密切相关。

高血糖可增加足细胞凋亡和损伤，越来越多的证据表明，足细胞损伤可能通过干扰蛋白尿的形成而加剧DKD 的发展。足细胞与裂隙膜一起构成肾小球滤过屏障，可以防止蛋白质从肾小球滤过屏障中渗出。多项研究表明，一旦发生足细胞损伤，足突的正常结构就会被破坏，功能会紊乱，产生蛋白尿，从而进促进肾功能损伤的发展并最终加速DKD进程。Ni 等［38］通过链脲佐菌素与高糖/高脂饮食一起用于建立DKD 大鼠模型，证明BBR 可以抑制PI3K/Akt 信号通路以减轻足细胞损伤。足细胞的进一步研究表明，细胞膜蛋白Podoplanin（PDPN），在维持足细胞的正常形态和功能中起重要作用。HG 可使足细胞中NF-κB 信号通路被激活，从而下调podoplanin 的表达水平，导致足细胞凋亡增加。Yu 等［39］通过链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠以及在HG 培养基中培养的小鼠足细胞实验证明了BBR改善DKD 的机制之一是抑制NF-κB 信号通路的激活，从而恢复PDPN 的表达以减少HG 刺激诱导的足细胞凋亡。

肾间质纤维化是DKD 的最终过程，其主要特征是肾小管萎缩。肾小管上皮间质转化（EMT）是肾纤维化过程中一个相对复杂的病理过程。这一病理过程涉及一系列信号传导途径和多种细胞因子。Notch 通路已被证实介导DKD 的上皮细胞EMT，snail 在细胞分化过程中对基因表达起着重要的调控作用，其受多种信号通路的调控，其中最重要的是Notch 信号通路。Notch 通路通过激活snail，抑制E-cadherin（E-Cad）的转录，下调其表达，导致上皮细胞失去粘附，促进EMT 的发生。有研究证明了BBR 显著降低notch1和snail1的mRNA 表达，提示BBR 在转录水平上下调Notch/snail 通路，从而抑制Notch/snail 途径的激活，降低α-SMA，增加ECad 的表达，抑制肾脏纤维化［40］。

综上所述，BBR 可能通过多种途径抑制肾间质纤维化，延缓DKD 肾损伤进程。其途径包括降解氧化应激、线粒体途径、激活AMPK 信号通路、抑制Nrf2 信号通路、激活或抑制PI3K/Akt 信号通路、抑制SphK1-S1P-S1P2 受体信号通路、抑制NF-κB 炎症信号通路、抑制TGF-β/Smad 信号通路、抑制NFκB 信号通路、抑制Notch/snail 通路，并且这些通路相互作用抑制DKD 纤维化进程。

3 小檗碱与肾动脉粥样硬化症

肾动脉粥样硬化症是由肾血管疾病引起的慢性肾损伤，最终可导致终末期肾病（end-stage renal disease，ESRD）［41］。患者肾功能损害可能是动脉粥样硬化性肾血管狭窄与氧化应激、炎症和纤维化加重相互作用的结果。

肾动脉粥样硬化症肾损伤时肾组织氧化应激，产生自由基的主要成分是超氧化物，导致SOD 水平下降。这突出表明氧化应激可能是导致这些大鼠肾损伤的原因。BBR 通过减少自由基的产生，保持SOD 和CAT 的活性，从而改善血压、肾脏结构和功能，防止氧化性肾损伤［42］。

参与肾脏氧化应激的促炎性细胞因子可激活NF-κB，增加ROS 和超氧化物的产生［43］。这些ROS本身也可以增加NF-κB 活性，导致进一步的氧化/亚硝基损伤，加速肾损伤［44］。一旦NF-κB 激活，NFκB 异二聚体p65/p50 与目标基因启动子区域的NFκB 结合位点结合，启动转录和蛋白表达，如TGF-β，导致显著的炎症反应［45］。NF-κB 的活化依赖于核因子kappa b 激酶β（inhibitor of nuclear factor kappa B kinase beta subunit，IKKβ）的活化，IKK2 的激酶活性以IKB 的两个相邻丝氨酸残基为靶点，释放和激活NF-κB，导致肾损伤［46］。

Wan 等［47］通过实验研究证明，BBR 能有效地抑制NF-κB 的活性，减少磷酸化IKK2，p65/p50 的表达，以及TGF-β 表达，这表明BBR 通过抑制NF-κB信号通路的活性抑制促炎和促纤维化反应，改善肾脏氧化还原状态，降低高胆固醇血症，改善肾内炎症和肾小管间质损伤。

4 结语与展望

综上所述，多种途径参与了肾脏疾病的发生与发展，寻找安全且疗效确切的治疗药物具有重要意义。近年来大量研究表明，BBR 在肾脏疾病的治疗中具有一定的潜力，具有抗氧化应激、抗炎、降糖、降脂等药理作用，但BBR 治疗肾病的作用机制非常复杂，目前均未对其具体分子机制做深入研究，且大部分实验停留在动物实验及体外细胞实验阶段，缺乏具体的临床研究，因此未来笔者需要进一步探索加以明确其具体分子机制，为BBR 治疗肾脏纤维化提供实验依据，并结合BBR 药理作用与各肾脏疾病的特点，为制定临床应用方案提供临床思路，推动肾脏疾病的治疗与发展。

作者贡献度说明

本文为第一作者王晓江撰写，通讯作者王利华导师修改。