中医药治疗糖尿病肾病实验研究进展

曹春阳 田 苗 李富震 商春爽 张福利

(1 黑龙江中医药大学,哈尔滨,150040; 2 江西中医药大学,南昌,330004)

糖尿病肾病(Diabetic Nephropathy,DN)是糖尿病常见慢性并发症之一,病变可累及肾小球、肾小管、肾间质、肾血管等全肾范围,临床病理诊断以持续性蛋白尿和(或)肾小球滤过率进行性下降为主。有文献表明,大约有40%的糖尿病患者会出现DN[1],且我国DN的患病率已经呈上升趋势。目前,在发达国家患者中,DN是导致终末期肾脏病的首位因素,我国入院糖尿病患者的并发症相关检测——肾病病理检测机率高达33.6%[2]。DN不仅发生于1型、2型糖尿病患者身上,对于继发性糖尿病患者也有影响。所以尽早地干预DN的危险因素,纠正胰岛素代谢障碍导致的长期高血糖因素影响下的肾脏损伤,是能够有效阻止DN进展为终末期肾脏疾病的关键。对于DN的治疗,现代医学主要让患者服用血管紧张素转换酶抑制剂类药物/血管紧张素Ⅱ受体抑制剂等具有控制血糖、血压和纠正脂质代谢紊乱作用的药物,以控制病情的进展为好转指标,但治疗效果有一定限制。随着中西医多角度研究的不断深入,中医药治疗DN的实验研究在不断地发展和深化。本文将从中医药治疗DN的相关作用机制进行阐述。

1 中医药对于DN的认识与研究

古代中医虽没有对DN进行明确病名的表述,却对现代糖尿病及其并发症有着很深的理论认识与临床认知。在历代医家著作中,根据DN的证候特点进行分析概括,所提及的消渴兼证胀满、虚劳、水肿、淋病、关格等均属于DN的相关范畴[3]。有学者溯源DN的中医病名,发现其与“肾消”“下消”的“消渴”类病症较吻合[4]。在疾病的不同阶段,受体质、情志、饮食、久病成郁等因素影响,其表现出的病理生理体征也不同。如《黄帝内经》所云:“消瘅……肥贵人则膏粱之疾也。”脾不散精是DN发生的重要病机,其与DN治疗中需控制的危险因素——高血压、高血脂等代谢紊乱性疾病不谋而合,糖尿病患者脾胃的失衡导致气机不畅,清气不升,浊阴不降。叶天士有“病久入络”一说,病久不解,郁而成瘀。脾胃失司,水谷不畅,行而外渗,郁而成痰。痰瘀互结,热而伤阴,变生它脏,终损肾络。因为糖尿病病程的进展是一个较为缓慢的持续性改变,高血糖诱导的糖尿病慢性并发症包括心血管、肾脏、神经受到的组织损害属于质与量的转换过程。现代医家认为其病机演变可分为早、中、晚期[5]。由于脾肾亏虚及气阴两虚,继而累及肝肾,最终导致脾肾阳虚或肾阳衰败,寒热虚实夹杂,“瘀血”“湿热”“浊毒”等病邪贯穿病情始终。

2 中医药研究DN常用动物模型的构建

根据造模原理不同,可将DN动物模型分为3类,分别为自发性型、诱导型、转基因型[6]。诱导型的动物模型由于技术难度要求低、价格较为低廉并与人类DN发病机制较为相似被广泛应用,其造模机制主要通过化学手段链脲佐菌素(Streptozotocin,STZ)、四氧嘧啶(Alloxan)损伤胰脏或胰岛B细胞而导致胰岛素缺乏。诱导型动物模型动物种属多样,SD大鼠、Wistar大鼠、C57BL6小鼠、新西兰兔甚至猪、狗、猴等实验动物均可经人为干预后出现DN的症状。目前,DN的病因和发病机制尚未完全阐明。然而,国内外基础及临床实验均表明高血糖是造成DN的首要危险因素[7]。所以,国内最为常用动物模型是腹腔注射STZ诱导的糖尿病模型,在高血糖催化下自发形成并发症损害——DN,但是有学者认为其缺点是成模时间长,成模率低,不能很好地适用于糖尿病肾脏病的相关研究,甚至不能形成DN[8-9]。STZ和四氧嘧啶的药物不良反应强导致了模型的不稳定性,为避免干扰因素,采用不同剂量和次数的造模方式可造成不同的结果,如多次小剂量(50 mg/kg STZ,4 d)比单次大剂量(150 mg/kg,STZ)更能反映肾脏病理典型改变。现代中医结合中医证型特色,在自然整体观上注重时代背景,“肥人多湿”“湿热痰淤”成为中医药研究DN的关键词,故多偏好高脂高糖饮食合并注射STZ的造模方式,并可通过这种方式建立糖尿病早期、进展期、中期糖尿病模型,对中医药防治DN的研究有一定的积极作用。

3 中药治疗DN机制实验研究

3.1 调节免疫炎症反应 DN虽然被认为是非炎性肾脏疾病,但一些全基因组与转录组测序案例分析出多条炎症信号通路[10],相关因子可作为治疗DN的靶向因子。同时越来越多的临床和实验数据也表明发病机制与炎症细胞的聚集有关,特别是T细胞和巨噬细胞进入肾小球和肾间质从而破坏肾组织[11]。受损或坏死的肾组织细胞通过模式识别受体识别内源性危险信号,先天免疫被激活致使炎症反应的级联反应发生。炎症细胞及其产物细胞因子、趋化因子、活性氧(Reactive Oxygen Species,ROS)等可以改变肾脏微环境,说明从DN发病机制入手,调节免疫炎症反应是治疗DN的重要方式。有国外学者在实验研究中发现核因子κB(Nuclear Factor Kappa-B,NF-κB)信号通路、NLR信号通路、Janus激酶/信号转导与转录激活子(The Janus Kinase/Signal Transducer and Activator of Tran-scriptions,JAK/STAT)信号通路相关蛋白分子在肾小球和肾小管间质细胞中激活增强,以上炎症免疫相关通路现广泛应用于中医药防治DN作用机制实验研究中[12]。黄芪汤(黄芪、茯苓、炙甘草、瓜蒌根、北五味子、麦门冬和生干地黄)具有益气养阴补肾的功效,可降低患者蛋白尿、相关炎指标表达。池杨峰等[13]运用脂多糖(Lipopolysaccharides,LPS)诱导的DN大鼠炎症模型以模拟高血糖背景下出现的肾小球体积增大硬化、基底膜增厚、系膜基质扩张的DN病理状态,灌胃给药8周后观察其单核细胞趋化蛋白-1(Monocyte Chemotactic Protein-1,MCP-1)、肿瘤坏死因子-α(Tumor Necrosis Factor-α,TNF-α)、F4/80因子和Toll样受体4(Toll-like Receptor 4,TLR4)、κB抑制因子激酶(Inhibitor of Kappa B Kinase,IKK)α/β、NF-κB、NF-κB抑制蛋白(Inhibitor of NF-Κb,IκB)表达水平,得出黄芪汤能够抑制TLR4/NF-κB信号通路,能够明显缓解STZ诱导DN大鼠的炎症反应。雷虹等[14]研究发现甘露消渴胶囊可显著降低DN大鼠JAK2及STAT3在肾脏组织的表达,减轻糖尿病引起的肾小球增大及基底膜增生,降低尿蛋白、血肌酐和尿素氮的水平。孙亚林等[15]发现补肾消渴方观察组苏木精-伊红染色的结果显示该药明显降低了DN模型大鼠的肾小管空泡样变性,炎症细胞浸润和系膜细胞增生,细胞外基质的堆积减少。该作者推测补肾消渴方可能通过抑制转化生长因子β1(Transforming Growth Factor-β1,TGF-β1)/Smad信号通路延缓了DN的进展。磷脂酰肌醇3激酶(Phosphoinositide 3-kinase,PI3K)/蛋白激酶B(Protein Kinase B,AKT)信号通路是一个抑制细胞凋亡、促进细胞存活的经典信号转导途径,能够活性调控糖脂代谢、炎症、氧化应激等。蛋白尿是DN重要的临床指征,而PI3K/AKT信号通路的抑制剂能够有效改善系膜增生等多种病理损伤,减少蛋白尿的产生[16]。许帅等[17]研究证明化瘀药和通络药联合使用可以下调PI3K、AKT1表达水平,上调蛋白酪氨酸磷酸酶基因(Phosphatase and Tensin Homolog Deleted on Chromosome Ten,PTEN)表达水平,可以是减少DN蛋白尿的有效途径。另外,源自朱震亨的参麦方也被证实其对于2型糖尿病大鼠肾脏具有保护作用,能够明确调控PI3K/AKT信号通路,因此推测参麦方是通过抗炎途径减轻糖尿病对肾脏的损害。

由于糖尿病晚期或DN的持续进展可能会导致患者免疫功能产生障碍,从而导致感染概率的增加。所以选取能够整合调节免疫炎症反应和安全性更好的治疗方案是亟须解决的问题,而随着中医药对DN的机制研究的不断深入和临床治疗效果的取得,可期待这一状况得到改善。

3.2 减轻氧化应激水平 健康的机体需要维持细胞内ROS形成与抗氧化物产生二者的动态平衡。ROS的过度产生和(或)抗氧化防御功能减弱会出现氧化应激。由高血糖介导的ROS的过度产生会导致毒性作用,暴露在毒性环境中的细胞功能会产生各种不良损伤,进而导致肾小球内皮功能障碍、肾小球膜细胞紧缩,并随着时间的推移引发肾小球纤维化和系膜扩张样改变,炎症反应和氧化应激进一步加重肾功能的损害[18-19]。若过量的ROS产生减少,以上的每个过程都可以被预防。临床数据表明,中药复方治疗可以升高超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、总抗氧化能力,降低丙二醛、晚期氧化蛋白产物、尿白蛋白排泄率,证明用中草药成分的抗氧化药物治疗效果比单一的西药治疗效果更明显[20]。刘爽和宋立群[21]通过观察虫草益肾颗粒含药血清对高糖培养下人肾小球系膜细胞(Human Glomerular Mesangial Cells,HMCs)氧化应激水平的影响来确认其对DN的作用机制及抗氧化效果。p47phox是还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶被激活后被磷酸化形成的复合物,能在短时间内产生大量的ROS,虫草益肾颗粒能够抑制p47phox基因转录,下调p47phox蛋白表达,增加SOD活性,提高肾组织的抗氧化能力,从而减轻氧化应激反应对MCs的损伤,起到保护肾脏组织的作用。中药单体姜黄素和黄芪皂苷能够提高机体抗氧化能力,抑制氧化应激损伤来改善肾间质纤维化[22]。河南中医药大学实验室开展姜黄素联合黄芪皂苷配伍的DN药效研究,推测二者协同作用于DN的干预效果,能显著降低DN模型大鼠24 h尿蛋白含量、血肌酐和尿素氮水平,改善肾脏肾小球肥大、基底膜增厚等病理改变[23]。国内外多位学者进行过中药单体和中药复方拮抗肾组织氧化应激的实验,且药理机制均与降糖作用无直接关系[24-25]。

3.3 改善肾脏血流动力学改变

在血糖控制欠佳的前提下,肾脏血流动力学改变主要体现在肾小球高灌注、高压力和高滤过。在DN早期病理光镜下可见肾小球肥大,基底膜与系膜轻度增生,随着病情的进展增生加重,进而发展为肾小球硬化症[2]。肾小球滤过屏障(Glomerular Filtration Barrire,GFB)具有对血浆中的中小型溶质高通透性,能够有效阻止血浆白蛋白和其他大分子进入原尿。通过肾小球内皮细胞和肾小球基底膜和足细胞的分子相互作用来维持GFB的完整性,以抵抗滤过率增加导致的肾小球血流量及毛细血管压力增高、血管活性因子/生长因子释放增加、蛋白尿生成等。除了系膜外基质沉积和基底膜增厚外,推测足细胞损伤和血管内皮微循环改变与DN的肾功能下降关系最为密切[26]。

3.3.1 血管内皮微循环 血管内皮作为控制血管功能的重要部位,当血管内皮不能发挥正常功能维持器官和组织运转时即为血管内皮功能障碍。在DN和其他血管疾病的发病机制的认识中,血管内皮功能障碍起着关键作用[27]。血管内皮功能并不能直接测量,中医药学者们通过检测内皮细胞活化和损伤的标志物来佐证中药调理血管内皮微循环的正向作用。王映等[28]用中西医联合治疗糖尿病早期阶段老年患者,发现与芪术胶囊、达格列净联合观察组血栓调节蛋和血管性假血友病因子数值明显下降,单核趋化因子MCP-1和免疫应答关键因子NF-κB同时下降,与治疗前比较有显著差异,说明该药在治疗老年早期DN方面具有抑制炎症反应、减轻血管内皮损伤等肾功能保护作用。血管内皮钙依赖性黏附分子(VE-cadherin)作为内皮细胞功能的重要标志,可促进血管内皮通透性。谢瑞燕和方雪玲[29]通过实验证明红景天苷能减轻高糖诱导的肾小球内皮细胞的损伤,红景天苷的浓度到达一定区域时可使VE-cadherin的mRNA表达上调,HIF-1α的mRNA及蛋白表达增加。

3.3.2 肾小球足细胞功能障碍 肾脏细胞中的足细胞、内皮细胞和系膜细胞主要参与肾小球滤过膜的形成和肾功能的调节,而肾小管上皮细胞主要参与物质的重吸收和分泌。足细胞作为DN的重要损伤靶点,逐渐成为了中医药机制研究的热点。

足细胞是附着在肾小球基底膜(Glomerular Basement Membrane,GBM)外侧高度分化的细胞,为肾小球中最易受损细胞[30]。足细胞足突之间形成的裂孔膜是GFB的终末防线,在改变高压、高滤状态下,对减少蛋白尿的发生起着重要作用。尿足细胞标志蛋白(Podocalyxin,PCX)作为肾小球毛细血管脱离出来的特异性蛋白,是糖尿病并发肾脏疾病早期临床高灵敏性指标,能够较为精确地测出足细胞的损伤[31],对于中医药治疗DN的疗效机制有重要的标志性意义[32]。单味中药金钗石斛在足细胞保护作用方面的研究较为广泛,其性寒,味甘、淡、咸,主要化学成分为生物碱类、多糖类、黄酮类、酚类等,并具有调节糖尿病糖脂代谢紊乱、改善记忆、保护神经、抗白内障、抗肿瘤等药理作用[33]。刘园园[34]证明草药水煎剂可通过PPARγ上调足细胞跨膜蛋白Nephrin表达,从而改善已被破坏的足细胞、足突和基底膜结构。樊小宝等[35]则从DN的关键通路PI3K/AKT/mTOR角度探究石斛碱抑制足细胞凋亡的作用,并且总结出药物剂量依赖性对结果的影响。ZHONG等[36]发现牛蒡子提取物牛蒡子素可以通过调节蛋白磷酸酶2A的活性,进而影响足细胞中NF-κB p56的表达,从而证明了牛蒡子素可以激活足细胞保护作用,抑制高葡萄糖环境诱导和肾组织损伤中的炎症反应。

足细胞的自噬活性与维持足细胞正常状态有密切关系,研究发现自噬相关基因Atg家族蛋白,尤其是敲除Atg5会抑制细胞自噬,自噬体膜延伸失败和老旧的细胞组织、累积的氧自由基以及代谢产物无法被及时清除,加速引导肾小球滤过屏障障碍和肾小球硬化[37-38]。周海[39]认为降糖三黄片(大黄、芒硝、桃仁、桂枝、葛根、黄芪、山药、甘草、生地黄、麦冬、玄参)能够增强db/db小鼠胰腺组织自噬,减轻炎症反应,促进胰岛素分泌功能的正常发挥,改善肾脏组织胰岛素抵抗介导的IRS1/PI3K/AKT通路表达受损,发现该药在胰岛素抵抗和足细胞自噬、减轻炎症方面有一定疗效。尹德辉等[40]从肾论治,剖析缩泉丸的核心药对益智仁-乌药,分析益智仁-乌药配伍治疗DN与调控细胞自噬有关,得出结论为高剂量的益智仁-乌药配伍对动物肾脏组织损伤有较好的改善效果。目前,肾小球足细胞功能障碍已为中医药研究DN的防治热点,实验多从细胞死亡与细胞衰老方面入手,证明中医药可以通过调节足细胞障碍来缓解DN的进展,且药物有效剂量与治疗效果正相关。

3.4 纠正糖脂代谢紊乱 中国糖尿病肾脏疾病临床治疗指南指出,DN的风险因素包括高血糖、高血压、肥胖(尤其是腹型肥胖)、高盐饮食、血脂异常、摄入过多等[41]。因此,纠正糖脂代谢紊乱成为防治DN的必经环节。高糖环境是肾脏病变的根本因素,并诱导了肾脏血流动力学改变、糖代谢紊乱等DN病变因素的发生。未经严格控糖治疗的患者极易导致脂代谢紊乱、三酰甘油和胆固醇沉积于肾脏,使肾功能遭受损害,甚至出现肾小球硬化等严重后果[42]。中药多糖能够有效纠正糖脂代谢紊乱,如玄参、黄精、牛蒡根、玉竹、泽泻、石斛、当归等[43]。实验证明,玄参多糖可以明显提升糖尿病大鼠体质量,有效降低低密度脂蛋白胆固醇、空腹血糖、血脂总胆固醇、三酰甘油水平,提高高密度脂蛋白胆固醇水平[44]。同时,玄参多糖能够有效升高FINS和C-肽的分泌量,降低糖化血红蛋白水平。玉竹多糖可上调Nrf2介导的HO-1从而参与PI3K/AKT途径调节细胞脂代谢过程,并在其降低高血糖状态的基础上,调节高脂饮食引起的脂肪堆积、血脂总胆固醇和三酰甘油水平[45]。与控制糖尿病阳性药物二甲双胍比较,玉竹多糖可明显缓解“三多一少”的典型症状[46]。

众多实验数据表明,除以多糖为代表的中药单体外,中药组方干预DN也具有明显的疗效。如申正日[47]和许可[48]分别研究糖肾方对于DN脂代谢作用机制的研究,发现糖肾方可以有效改善db/db模型小鼠体质量、血糖、血脂、尿白蛋白与肌酐比值、肝功能、肾功能以及病理变化,多靶点治疗脂代谢水平。前者基于其导师临床经验认为“肝肾同治”是改善糖脂代谢紊乱导致肝肾损伤的有效切入点,以益气柔肝,活血通络为立法的糖肾方为基础探讨其调节法尼醇X受体(Farnesoid X Receptor,FXR),激活PGC-1α/FXR/ApoE信号通路,最终达到改善肝肾脂代谢的目的。观察糖尿病临床重要指标进一步说明了无论是中药单体还是复合方剂都能够对2型糖尿病糖脂代谢回调作用具有积极意义[49]。

另外,中医药基于肠道菌群失调治疗糖尿病等代谢疾病的研究也愈加热烈。有证据表明肠道菌群可通过以下途径影响人体代谢:从食物中提取热量,脂肪组织中热量储存以及微生物增殖变化[50-51]。肠道菌群失调可能会加重胰岛素抵抗和机体微炎症程度,2型糖尿病的进一步加重导致斑块加速形成,促使肾单位功能丧失[52-53]。CHEN等[54]实验发现肾炎康复片可减轻炎症反应,证明厚壁菌群相对丰度的增加、拟杆菌群相对丰度的减少能够减缓肾小球和肾小管的损害。肠道菌群结构的改变与该疾病的进展程度存在密切相关度,肉桂醛和桑叶多糖可影响小鼠的肠道菌群种类和数量[55],恢复DN导致肠道菌群失调状态,减轻了疾病早期阶段蛋白尿的发生[56],提示中药有效组分的多靶点效应不同于传统降糖药。中医药能够在治疗DN的同时调节肠道菌群,调节肠道菌群失调可能成为中医药治疗DN的新的研究重点。

4 讨论与展望

源于自然、社会环境和人民生活方式的转变,糖尿病患者日趋增多。20世纪70年开始,DN的发生发展危险程度稳步增加,甚至进展到终末期肾脏疾病阶段[57]。DN属于慢性虚损性疾病,可能需要一个长期的进展过程。鉴于这种特殊的病理生理改变,以单一或联合化学标志物为治疗成功标准不利于患者的长期生命质量。中医药治疗DN的优越性在于其成本低、不良反应少、形式多样[58],且在延缓DN进展和改善肾功能损害等方面拥有独特的疗效[59]。临床数据表明在2型糖尿病患者确诊前可能已经经历了多年的代谢失调,此时中医“治未病”的前置有效手段具有巨大价值[60]。目前,大量的中药单体和复方的实验研究可有力佐证中医治疗DN的良好疗效,并在药物的最佳剂量和量效关系方面有所进展,但涉及中医特色证候因素来阐述治疗DN的具体机制相对匮乏,以组分中药、单味中药的原始实验数据相对缺失。由于DN属于进展性疾病,是否可考虑在病理变化的时间节点上对比探索药物疗效,以便更好地探究早期干预效果。同时,实验研究多处于动物实验或细胞实验阶段,需要重视实验与临床密切结合,注重成果转化以完善中医药针对DN疾病的防治体系。

利益冲突声明:无。