半乳糖凝集素-3 及糖基化终末产物对糖尿病肾病的影响

李治璇，桂腾娟，孙紫娟，吴 蔚，李 俊，赵 升，赵庆蓉

（昆明医科大学第一附属医院肾内科，云南 昆明 650032）

糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）是由糖尿病（diabetic mellitus）引起的一种慢性肾脏疾病（chronic kidney disease，CKD），主要表现为持续性尿白蛋白排泄量增加，和（或）肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）进行性下降，最终发展成为终末期肾病（end-stage renal disease，ESRD）[1]。全球30%～50%的ESRD 由DKD 导致[2]，而我国DKD 的数量在过去的10 年中翻了2 倍[3]，已成为我国ESRD 的首要病因[4]。体内高糖环境下晚期糖基化终末产物（advanced glycation end products，AGEs）增多或沉积，可能通过受体或非受体途径导致DKD 的发生[5]。作为AGEs 的受体之一，半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）在平滑肌细胞转移和增生中发挥着重要作用[6]。但到目前为止，关于Gal-3 与DKD 的研究仍然有限，且有互相矛盾的观点。基于此，本文就AGEs 和Gal-3 与DKD 的关系进行综述，以期为DKD 的病情评估及治疗提供新靶点。

1 DKD 的发生机制

DKD 的病理形态分为早期与晚期，早期包括肾小球肥大、肾小球基底膜增厚、足细胞损伤、系膜基质增生和肾小管损伤，而晚期主要有肾小球硬化和肾小管间质纤维化[7]。而这些病理形态的形成与体内的多种机制密切相关。DKD 由多种因素介导，其发生和进展主要涉及2 个途径：血液动力学途径和代谢途径。血液动力学途径是肾素血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）激活，使出球小动脉收缩、肾小球毛细血管压力增加和肾小球滤过率增加，导致蛋白尿的发生。同时，血管紧张素还刺激肾脏纤维化、系膜基质增生、肾小球基底膜增厚、足细胞损伤和肾单位丢失。而各种血管活性细胞因子和生长因子如一氧化氮、血管内皮生长因子和内皮素的激活也在DKD 的血流动力学变化中起重要作用。代谢途径主要是持续性高血糖导致AGEs 的形成，刺激细胞因子和生长因子合成，这些因子诱导肾小球细胞外基质沉积、蛋白尿和肾损伤[8]。炎症细胞因子如白细胞介素-1、白细胞介素-6 和白细胞介素-8 以及生长因子如肿瘤坏死因子α 都与DKD 进展有关[9]。有研究表明[10]，糖尿病的病程会加速肾功能的下降，糖尿病病程大于10 年的患者肾功能恶化时间间隔明显短于糖尿病病程小于5 年的患者。此外，衰老和一些非糖尿病的相关病理情况都可能导致DKD 的发生。由于生存率增加，有更多时间发展慢性并发症以及随着年龄增长，肾功能加剧下降，这些与年龄有关的因素可能会限制肾脏储备，并使肾脏更容易受到多种因素的损害，如高血压、动脉粥样硬化、肥胖和肾脏毒性药物等[11]。

2 AGEs 概述及对DKD 的影响

2.1 AGEs 的来源 AGEs 是在生物体中形成的有机分子，具有多种结构和功能特性，被认为是糖化过程的有机标志物[12]。AGEs 的来源分为内源性和外源性2 种途径，其中内源性途径是健康正常的个体通过新陈代谢或衰老产生，而深加工食物、吸烟等是外源性AGEs 的主要来源[13]。AGEs 存在于体内多个部位，包括血浆、血管、晶状体、视网膜以及肾脏中的系膜、肾小球和基底膜等。生理状态下，体内的AGEs储蓄量随年龄的增长而增加，并随糖尿病患者的血糖升高而显著增加。病理条件下，过量的AGEs 没有得到降解和平衡，沉积于滑膜及细胞外基质，可能引起多种疾病，如炎症、糖尿病并发症、心血管疾病、神经退行性疾病和癌症等。

2.2 AGEs 对DKD 的影响 在长期体内高糖环境下，AGEs 在肾脏沉积，可使肾小球细胞外基质增生、基底膜结构改变，最终产生蛋白尿，导致肾小球硬化[14]。AGEs 可以通过非吞噬细胞氧化酶和PKC 依赖性方式增加血管平滑肌中的电压激活钙进入，从而增加大血管和微血管的血管收缩，进一步加重DKD。此外，AGEs 还可以与多种细胞表面结合受体作用，导致细胞的内吞、降解、活化、促氧化或促炎反应[15]。最具特征的受体是AGEs 受体（RAGE），可以与AGE结合激活细胞内信号传导，导致细胞的异常反应，如炎症、凋亡和自噬。在炎症反应中，RAGE 被诱导表达，导致持续的炎症状态。在DKD 中，RAGE 的表达上调，使活性氧物种（ROS）产生，降低细胞中抗氧化酶和谷胱甘肽水平，增加细胞内氧化酶的水平，越发加剧炎症的进程，从而建立肾脏的慢性炎症状态，最终导致肾脏结构和功能的逐步丧失[5]。Zhang P 等[16]研究提出，AGE 介导肾脏的损伤机制是通过长非编码序列Rpph1 与Gal-3 相互作用，促进MERF/ERK转导通路，导致MCP-1 过表达和系膜细胞增殖。

3 Gal-3 概述及与DKD 的关系

3.1 Gal-3 的结构及功能 半乳糖凝集素是一个广泛表达的β-半乳糖苷结合凝集素家族，可调节所有生物体中的“细胞对细胞”和“细胞对基质”的相互作用。根据碳水化合物识别域（CRD），半乳糖凝集素分为了原型、嵌合型和串联重复型3 大类[17]。Gal-3 是约30 kDa 的嵌合型半乳糖凝集素，由LGAIS3 基因编码，位于染色体ip13 上。Gal-3 的C 端有一个CRD，N 末端是一个多肽尾区，CRD 负责与含有N-乙酰乳糖胺的糖缀合物相互作用，N 末端结构域对基质金属蛋白酶的蛋白水解敏感，对多聚化至关重要，并可能参与Gal-3 和其他细胞内蛋白质的相互作用[18]。因此，Gal-3 可以以依赖碳水化合物或不依赖碳水化合物的方式结合蛋白质。

Gal-3 在活化的巨噬细胞、肥大细胞、嗜碱性细胞、上皮细胞（如肾和肠）及一些感觉神经元中表达最多，在心脏、肾脏、肝脏、大脑、胰腺中也有少量表达。细胞层面上，Gal-3 在细胞核、细胞质、线粒体、细胞表面和细胞外空间中表达，通过加强IgE 及其受体之间的蛋白亲和力，触发嗜碱性粒细胞和肥大细胞的活化和趋化，参与炎性反应调控及mRNA 剪接，因此参与了细胞黏附、增殖和凋亡、抗菌活性、免疫应答、血管生成等重要机体过程[19]。Gal-3 容易从受损细胞和炎症细胞分泌到细胞表面或生物体液（如血清和尿液）中[20]，因此Gal-3 可作为各种病理状况诊断或预后的生物标志，可用于检测心血管疾病、肾脏疾病、糖尿病、病毒感染、自身免疫性疾病、神经退行性疾病以及肿瘤形成等某些疾病的早期阶段。

3.2 Gal-3 与CKD 的关系 在肾脏中，生理情况下，Gal-3 只表达于人类、大鼠、小鼠和仓鼠成熟肾脏远端小管的顶端，在肾小球系膜上完全没有或仅有微弱的表达。病理情况下，Gal-3 与慢性肾炎的肾功能下降及蛋白尿有关。Gal-3 在CKD 中发挥作用，可用于CKD 的诊断、临床结局以及一般人群肾功能的预测。Ji F 等[21]研究发现，与健康对照组相比，CKD患者eGFR 降低和血清Gal-3 升高，表明Gal-3 在CKD 诊断中有潜在作用。O'Seaghdha CM 等[22]在Framingham Offspring 研究中发现，血清高水平Gal-3 可使eGFR 快速降低及CKD 的风险增加。此外，Gal-3 与蛋白尿的关系也较为密切。Iacoviello M等[23]研究发现，Gal-3 水平是微量白蛋白尿、糖尿病以及高中心静脉压的独立预测因子，推测Gal-3 通过促进肾纤维化，可能介导肾功能和心功能障碍。Yilmaz H 等[24]在研究血清Gal-3 水平与家族性地中海热患者蛋白尿的关系时发现，蛋白尿组患者血清中Gal-3 的含量明显高于非尿蛋白组患者，说明Gal-3 与家族性地中海热中的蛋白尿有关，可能在肾淀粉样变性的发病机制中发挥作用。Gal-3 与肾功能及蛋白尿相关，由此可以推测Gal-3 与DKD 也有一定关联。

3.3 Gal-3 与DKD 的关系

3.3.1 Gal-3 是DKD 的预测因子 有研究发现[6]，Gal-3 可以通过与胶原纤维、层黏连蛋白以及纤维连接蛋白结合，促进巨噬细胞与血管内皮细胞粘附。而作为AGEs 的受体，同时可以与AGEs 修饰的蛋白结合，在平滑肌细胞转移和增生中发挥重要作用，从而加速糖尿病患者的动脉粥样硬化进程。然而近几年的研究主要集中在血清Gal-3 水平与DKD 病程的联系，相关病理机制的研究较少。Hodeib H 等[25]研究发现，大量蛋白尿患者的血清Gal-3 平均水平高于微量白蛋白尿患者，而微量白蛋白尿患者又高于正常白蛋白尿患者，这表明Gal-3 的增加在DKD的发展和进展中起重要作用，提示Gal-3 是T2DM患者进展为微量白蛋白尿、大量蛋白尿、透析和死亡的重要预测因子。Hussain S 等[26]研究发现，血清Gal-3 含量在DKD 患者中显著增加，且与eGFR 呈负相关，提出Gal-3 是DKD 的潜在标志物，具有诊断作用。Tan KCB 等[27]研究也发现，Gal-3 与DKD 的进展（如大量白蛋白尿）、肾功能恶化（如血清肌酐加倍）以及平均随访9 年后开始肾脏替代治疗独立相关。由此可以得出，Gal-3 与DKD 相关，可以作为DKD 诊断的预测因子，但Gal-3 是DKD 的生物标志物，还是参与或加速了DKD 的发生进展还需要进一步研究证明。

除了与DKD 的蛋白尿相关，Gal-3 与DKD 终末期的透析治疗预后有关。Drechsler C 等[28]对德国LURIC 和4D 糖尿病透析患者研究中发现，血清Gal-3 水平随着肾功能下降而升高，并且与肾功能受损患者的心血管事件、感染和全因死亡率等临床终点独立相关。另一项多中心、前瞻性、观察性研究也发现[29]，Gal-3 水平增加是血液透析患者全因死亡率和心脏死亡率的决定因素。Hogas S 等[30]研究证实，血清Gal-3＞23.73 ng/ml 是血液透析患者死亡的独立预测因子。可见，血清Gal-3 的升高预示着DKD 的发生，也提示了DKD 透析患者的预后较差，为DKD 的病情评估及干预治疗提供了方向。

然而，也有研究认为Gal-3 可能与DKD 无关，如Yücel N 等[31]纳入了137 例T2DM 患者，根据ACR 将其分为3 组并测定血清中Gal-3 含量，统计分析后发现3 个亚组的血清Gal-3 水平没有显著差异，且血清Gal-3 含量与尿白蛋白、糖化血红蛋白、空腹血糖值没有任何关系。因此，Gal-3 与DKD 的关系需临床多中心、大样本的前瞻性研究进一步探索。

3.3.2 Gal-3 是DKD 的保护因子 在动物学实验中，Okamura DM 等[32]研究发现，与野生型小鼠相比，Gal-3 敲除小鼠的肾脏纤维化程度更严重，说明Gal-3 可能减少肾小管细胞的凋亡，调节细胞外基质，从而抑制肾脏纤维化，改善细胞外重塑，这提示Gal-3 对慢性肾损伤有保护作用。而Luís C 等[33]发现，在糖尿病小鼠中，Gal-3 含量在肾脏皮质和髓质集合管内表达中上调，肾小球、近端小管、远端小管也有少量表达，在抑制Gal-3 表达后，内皮细胞中的氧化应激产物含量增加，这说明Gal-3 可以防止细胞内的氧化应激。以上实验表明，Gal-3 在DKD 的肾脏损伤机制中起到一定的保护作用，但关于Gal-3 与DKD 的机制性研究目前较少，还需要大量研究来证实。

4 总结

由于糖尿病患者人数不断上升，DKD 已成为糖尿病患者死亡和致残的首要原因。DKD 起病隐匿，病理变化不易逆转，因此寻找更加灵敏可靠的分子标志物对其早期诊治具有重要意义。在DKD 的发病机制中，糖尿病患者体内AGEs 增多或沉积，可以通过非受体依赖途径和受体依赖途径引起肾脏的损害，使肾小球细胞外基质增生、基底膜结构改变，最终产生蛋白尿，致使肾小球出现硬化，导致DKD 的发生。Gal-3 作为AGEs 的一个受体，与DKD 患者的蛋白尿及透析治疗的预后密切相关，可能还对肾脏有一定的保护作用。但关于Gal-3 与DKD 的相关病理机制研究较少，两者之间的关系还需要深入研究，以期为DKD 的病情评估及治疗提供新靶点。