糖尿病肾小管病变的发病机制和诊治进展*

陈雁，戴欢子

陆军军医大学大坪医院肾内科，重庆 400010

2007年美国肾脏病基金会指定的肾脏病预后质量倡议（KODQI）指南建议将糖尿病肾病定义为糖尿病肾脏疾病（DKD），美国糖尿病学会（ADA）2014年将DKD定义为糖尿病（DM）引起的慢性肾脏病，指标包括估测的肾小球滤过率（eGFR）降低［＜60 mL/(min·1.73m2)］和（或）尿白蛋白/肌酐比值（ACR）升高（＞30 mg/g），持续时间超过3个月。DKD是DM患者死亡的重要原因［1］，发病早期临床表现往往不明显，易被忽视，当临床症状明显时，肾功能的损害通常已难以逆转［2］。以往认为DKD病变主要集中在肾小球，微量白蛋白尿是DKD的主要表现。然而，大约20.5%～63%的患者病程中并不出现微量白蛋白尿但会患有肾功能进行性损害，组织学上肾小管间质病变较肾小球结构损害更为突出和严重，被定义为糖尿病肾小管病变。肾小管间质损伤也是DKD发展的重要机制，严重程度与肾功能进展有关，可以预测DKD的预后［3］。

1 DKD的疾病进展过程经典模式和非经典模式

DKD的疾病进展过程很复杂，与患者种族、DM类型、其他合并症、采取的治疗方案均有关。经典的DKD进程有5个阶段：肾小球高滤过期、正常白蛋白尿期、微量白蛋白尿期、临床蛋白尿期、肾衰竭期，主要特征是不同程度的蛋白尿和肾功能进行性下降。微量白蛋白尿是肾小球起源的，是典型DKD发病和进展的重要检测指标，与心血管死亡率和肾功能不全直接相关。DKD的典型病理改变是肾小球基底膜增厚、系膜增生、足细胞损伤等，典型病理表现是K-W结节。临床上，蛋白尿与DM患者肾脏进行性功能障碍有密切关系，尿液中尿白蛋白与肌酐的比值（ACR）≥3 000 mg/g的受试者肾功能迅速下降，大量白蛋白尿比正常白蛋白DM患者的eGFR年度下降率增加了一倍。但ACR可能不精确，由于测量方式的不同（如尿液收集时间、运动状态或存在发烧、尿路感染等情况）可能有很大的变化。此外，微量白蛋白尿是一种动态波动的状态，对肾功能不全的预测价值较低，因为它可以向大量白蛋白尿进展或恢复至正常白蛋白尿［4］。在2型糖尿病（T2DM）的多因素干预的研究中，31%的患者从微量蛋白尿进展为大量蛋白尿，31%的患者从微量蛋白尿恢复正常，38%仍存在微量蛋白尿。这种恢复至正常白蛋白尿的情况可以改善心血管预后和全因死亡率，也有助于降低T2DM患者肾脏或心血管疾病的风险。

事实上，DKD的非经典模式中，微量白蛋白尿升高并非DKD的必要诊断标准，在一些研究中有无蛋白尿患者eGFR下降的报道［5］。有研究表明［6］，正常白蛋白尿、微量白蛋白尿和大量白蛋白尿患者进行性肾功能不全的患病率分别为10%、32%和50%。在正常白蛋白和微量白蛋白尿DM患者中分别出现了6%和18%的肾功能早期下降［7］。在T2DM患者的临床试验中，正常白蛋白尿的肾衰患者的患病率也并不低（20.5%～63.0%）［5］。DKD非经典模式的组织学改变提示严重的肾小管或间质损伤，或不同程度的动脉硬化。这表明，正常白蛋白尿患者和白蛋白尿患者肾功能不全的病理生物学机制不同。

也有研究表明［8］，急性肾损伤（AKI）是DM患者发生（CKD）的原因之一。临床上急性和亚临床的急性肾损伤（AKI）都损伤近端肾小管细胞、足细胞和内皮细胞，这种损伤会在肾脏内产生凋亡和炎症环境，可导致正常白蛋白尿肾衰。所以我们考虑正常白蛋白尿肾衰与微血管病变无关，而是与肾小管间质损伤或大血管病变有关联，肾小管损伤在DKD中发挥了重要作用。目前尚不清楚在DKD的发展中肾小球病变和肾小管病变谁更重要，但越来越多的证据表明肾小管病变在DKD中有着突出的作用。肾小管病变甚至早于肾小球病变［9］，与DKD患者预后密切相关。这为DKD的诊断和治疗进展提供了新的方向。

2 糖尿病肾小管病变的发病机制

2.1 肾小管缺氧假说

在DKD中，近端小管容易受到缺氧损伤。在近端小管发生的钠重吸收和糖异生过程需消耗氧气。缺氧通过上调Fas表达诱导细胞凋亡。此外，转化生长因子β（TGF-β）广泛分布在肾小球、肾小管及肾间质中。DM早期，TGF-β能促进肾脏肥大，还可能促使肾间质纤维化发展。

葡萄糖通过钠-葡萄糖共转运体（SGLT）进入近端小管中的细胞。在高糖条件下，需要较高的Na、K-ATP酶活性和耗氧重新吸收葡萄糖。研究表明SGLT2抑制剂下调了Na、K-ATP酶的活性，并最终降低了耗氧需求［10］。高血糖诱导的氧化应激是DKD的主要驱动因素，细胞内基质金属蛋白酶-2（MMP-2）通过诱导线粒体通透性转变而加重氧化应激，从而导致肾小管上皮细胞调节的坏死［11］。细胞内MMP-2与氧化应激有关，近端肾小管细胞易受缺氧应激。结果可能导致肾小管间质缺氧，最终肾功能丧失，这可能也是DKD中的重要发病机制。

2.2 近端小管导致肾小球病变

与DKD相关的肾小管病理变化包括肾小管基底膜增厚、肾小管萎缩、间质纤维化和动脉硬化，这与蛋白尿多少和肾功能不全也密切相关。近端小管通过释放烟酰胺单核苷酸（NMN）与足细胞关联，近端小管特异性SIRT1通过维持肾小球NMN浓度和保持足细胞功能来保护肾功能。此外，损伤的近端小管上皮可引起炎症反应，反复损伤导致不适应修复。这又导致肾小管间质纤维化，肾小管萎缩，以及潜在的继发性肾小球硬化，这在病理上类似于经典的DKD［12］。近端小管损伤在早期DKD的发展中起重要作用。

2.3 间歇性和持续性损伤刺激导致近端小管病变和CKD

与健康人不同，DM患者近端小管特别容易受到导致AKI的缺血和毒素介导的损伤。在诱导近端小管损伤的小鼠模型中，肾小管上皮损伤一次后的肾小管再生是稳定和有效的，肾脏结构可完全恢复。然而，反复损伤将导致不适应修复，表现为肾小管间质纤维化和肾小管萎缩，并有可能发生继发性肾小球硬化。因此，这些数据表明，由损伤性刺激引起的亚临床AKI反复发作的累积效应导致进行性肾小管间质纤维化，这是CKD的特征，包括DKD。流行病学和临床观察支持DM患者间歇性AKI与CKD进展之间有关系［13］。AKI增加了DM患者晚期CKD的风险，每一次AKI表现出累积剂量与反应关联，使CKD的风险增加。

2.4 肾小管对蛋白尿的贡献

在包括DKD在内的各种肾脏疾病中，近端小管对蛋白尿的作用存在争议。有报道［13］指出了白蛋白被过滤，并通过近端小管细胞的转运进行了快速地恢复过程。如果近端小管功能正常，并能重新吸收从肾小球过滤的多余白蛋白，糖尿病早期肾小球损伤可能不会引起蛋白尿。也有其他临床研究提示了蛋白尿与肾小球白蛋白渗漏增加之间的不匹配，肾小球白蛋白渗漏增加与肾病进展和肾小管重吸收受损可同时存在，两者都是早期DKD中蛋白尿发生的原因［14］。

3 DKD的肾小管生物标志物

蛋白尿是肾脏损伤和心血管事件高风险的预后因素［15］。蛋白尿也可引起肾小管上皮细胞信号通路的异常调节，诱导炎症因子的产生，导致小管间质的炎症及纤维化［16］。在临床实践中，ACR和eGFR用于诊断DKD，但在应用的过程中存在敏感性和特异性不足，需研究其他的生物标志物提高DKD的诊断和预后准确性。因此，探索新型的肾小管生物标志物可能有助于早期发现DM患者的肾脏损害，见表1。

表1 肾小管生物标志物

3.1 中性粒细胞明胶酶-相关脂钙素（NGAL）

NGAL由中性粒细胞和损伤的肾小管上皮细胞产生。由于缺血肾损伤，肾小管细胞中NGAL的合成上调，NGAL被释放到血液和尿液中，可诱导肾小管中性粒细胞的凋亡。NGAL通过增加增殖状态和减少凋亡，具有显著的肾脏保护活性。与健康的非DM个体相比，DM患者的尿NGAL水平较高。可用于DKD发病及监测进展的指标。一些研究［17-18］认为，NGAL是AKI的特异性标志，也是DKD的早期诊断和进展的工具之一。与T2DM患者的eGFR呈负相关。有研究［19］证明T2DM患者中NGAL从健康对照组到正常白蛋白、微量白蛋白和大量白蛋白逐渐增加。在DKD早期微量白蛋白尿出现之前就出现了血清NGAL升高，可用作DKD的诊断、分期和检测的非侵入性检查。

3.2 肾损伤分子-1（KIM-1）

它通过清除损伤的肾小管间质的细胞碎片和凋亡小体来促进损伤的修复。在病程长的DM患者中，有微量白蛋白尿的患者肾小管功能障碍较突出，KIM-1表达水平更高。随着肾小管萎缩和纤维化的进展，随后观察到了KIM-1的表达降低。同样，在T2DM患者中，随着CKD的进展，尿KIM-1逐渐降低。研究还表明KIM-1水平与蛋白尿有关［20］。KIM-1在肾功能正常的个体中是检测不到的，它仅在肾损伤后的肾小管细胞中表达［21］。这表明尿KIM-1可以作为DKD早期肾小管损伤的理想指标。

3.3 视黄醇结合蛋白4（RBP-4）

RBP-4从肾小球滤过后几乎被近端肾小管完全重吸收。尿RBP-4水平升高导致近端肾小管细胞损伤［22］。以往的研究表明，DM患者的血清和尿RBP-4水平不仅升高，而且在DM合并白蛋白尿患者中明显增加，尿RBP-4与CKD的进展之间为正相关的关系。原因之一可能是尿RBP-4可能反映小管间质纤维化，因为它的排泄与近端肾小管细胞的功能直接相关。原因之二可能是尿RBP升高是间接影响近端肾小管细胞功能的机制之一［23］。因此，尿RBP-4已被确定为近端肾小管细胞功能障碍的非常敏感的生物标志物。可用于监测DKD进展的指标［22］。RBP-4和NGAL可作为蛋白尿的补充测量，用于DKD早期诊断。RBP-4和α1-微球蛋白排泄增加可预测1型DM早期肾病。

3.4 肝脂肪酸蛋白（L-FABP）

L-FABP与游离脂肪酸过度重吸收引起的肾小管间质损害有关。患有白蛋白尿的DM患者的尿L-FABP水平显著高于正常对照组；在没有蛋白尿时，尿L-FABP优于ACR来检测肾功能不全，表明在DKD的监测中，尿L-FABP比ACR更早［24］。在对1 549例1型DM患者的回顾性队列研究中，L-FABP是DKD进展的一个有价值的预测因子［25］。尿L-FABP的水平与eGFR呈负相关，并随蛋白尿的严重性而升高［24］。与ACR相比，尿L-FABP水平可以更好地监测DKD。这表明使用尿L-FABP作为早期检测DKD的有效指标，可以延缓肾功能损害进展。

3.5 诱骗受体2（DcR2）

最近的发现表明［26-27］，应激诱导的早衰是肾纤维化和肾功能损害发生的关键机制之一，我们在早期DKD的患者中发现，肾小管细胞衰老表型是DKD进展的特征性病变［28-30］，肾小管上皮细胞出现衰老细胞表型与肾小管间质病变（肾小管萎缩与间质纤维化、肾间质炎症）和肾功能损害呈显著正相关关系，在DKD的发展中发挥重要作用［31］。DcR2是肿瘤坏死因子超家族的跨膜受体［32］，被认为是细胞衰老的标志［33］，在介导糖毒性肾损伤中扮演了重要角色，是DM患者肾小管间质损伤的一种新的生物标志物。我们的研究证实DcR2在成人正常肾组织中几乎不表达，然而，DcR2的表达在DKD中显著升高，并与肾纤维化评分呈正相关，与eGFR呈负相关［34］。DcR2特异性表达于近端肾小管，与衰老标志物（p16，p21，SA-β-gal）和纤维化标志物（平滑肌肌蛋白α，Ⅰ型胶原和Ⅳ型胶原）共表达［31,35-36］。值得一提的是DcR2胞外段可被剪切，因此在血清和尿液中能被检测［34］。近期我们的研究证明了DcR2通过与过氧化物还原蛋白1（PRDX1）相互作用来介导肾小管细胞的衰老表型，最终导致肾纤维化［37］。我们进一步证实尿DcR2水平可反映DKD患者肾小管间质损伤的严重程度，DM患者肾小管中尿DcR-2的表达远高于非DM患者，尿DcR2/Ucr在诊断DKD患者肾小管间质病变时的cut-off值为215.9 ng/gCr，敏感性为88.9%，特异性为80.6%，DcR2/Ucr在诊断CKD患者肾小管间质病变时曲线下面积（AUC=0.909）最大，敏感性和特异性优于传统指标eGFR、ACR、β-N-乙酰氨基葡萄糖苷酶［31］。肾活检时肾小管DcR2表达水平是肾小管间质病变进展的独立和强预测因子。因此，衰老生物学标志物DcR2是评价DKD患者肾小管病变严重程度和预后理想的生物标志物，并且尿DcR2作为无创性实时动态监测DKD进展的评价指标，具有较好的临床推广应用前景，对指导DKD精准医疗具有重要的临床价值。

4 DKD治疗近端小管作为治疗靶点

目前没有能够逆转DKD进展的有效药物，尽管药物干预取得了一定的进展，但DKD的患病率继续上升，表明我们还应寻求其他的治疗方式［38］。DKD的预防和治疗需要考虑肾小管所起作用的疗法，如葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂。SGLT1和SGLT2是钠-葡萄糖协同转运蛋白，SGLT2占葡萄糖再吸收的90%，而SGLT1占剩余10%。DM患者肾糖异生和葡萄糖重吸收均增加［39］，如果滤过的葡萄糖负荷超过近端小管的阈值，葡萄糖尿以线性方式增加。这些变化与上调的SGLT2表达同时发生［40］。近端小管肥大是早期DM的一个关键特征，这可能解释了肾小管葡萄糖重吸收能力的增加［14］。由于SGLT2负责超过90%的葡萄糖重吸收，它的抑制将导致尿糖丢失接近阈值。这种药物阻断肾小管葡萄糖的重吸收，从而诱导尿葡萄糖排泄，降低血糖水平。它的作用机制与胰岛素和β细胞功能无关，是控制血糖的重要突破［41］。根据研究，SGLT2抑制剂治疗3个月内可使患者糖化血红蛋白（HbA1C）降低1.5%。随机对照试验的Meta分析表明，SGLT2抑制剂还降低了T2DM患者的收缩压3～6 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）［41］。SGLT2抑制剂的降压作用部分与伴随的渗透利尿有关，使尿量增加200～600 mL/d。在T2DM患者中使用SGLT2抑制剂的临床试验显示，与安慰剂相比，体重明显减少1.7 kg或2.4%［42］。在肥胖大鼠中，SGLT2抑制剂通过增加脂肪分解和脂肪酸氧化来减少脂肪质量，减少热量损失，脂肪丢失也与使用脂肪酸代替葡萄糖作为能源有关［43］。同时SGLT2抑制剂诱导促进细胞内尿酸在近端小管交换，从而促进尿酸的排泄［44］。SGLT2抑制剂的降尿酸作用可能与改善肾脏和心血管结局有关。

高血糖引起的结构和血流动力学改变的复杂的相互作用导致肾小球高滤过，增加了肾小球内压力，加剧蛋白尿，并可能有助于CKD进展。SGLT2抑制剂增加钠在黄斑部的传递，随后激活管-球反馈，从而诱导入球小动脉收缩，降低肾小球内压力，从而减少肾小球高滤过［38］。短期内，SGLT2抑制剂可降低T2DM患者的eGFR［45］。从长远来看，SGLT2抑制剂对DKD肾小球高滤过的改善对剩余的肾单位是有益的。这也用于血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）。事实上，SGLT2和ACEI对基础eGFR＞30 mL/（min·1.73m2）的T2DM患者具有额外的肾脏保护作用［46］。

2018年ADA发布的指南提出［47］，针对DM合并CKD患者，在双胍类降糖药物基础上，尽早联合SGLT2抑制剂，可减少白蛋白尿，延缓DKD进展。有研究指出［46］，恩格列净在血肌酐加倍和肾脏替代治疗的启动中分别与44%和55%的风险降低有关。在心血管死亡、心力衰竭住院和全因死亡中，恩格列净的相对风险分别降低了38%、35%和32%。然而，在非致命性心肌梗死或非致命性脑卒中没有降低风险。而在CANVAS试验中，卡格列净与白蛋白尿进展和肾脏结局（eGFR降低40%，需要肾脏替代治疗，或因肾脏原因死亡）的相对风险分别降低27%和40%［48］。卡格列净还与心血管结局（心血管死亡、非致命性心肌梗死或非致命性卒中）的相对风险降低14%有关［48］。还有研究分析发现达格列净可将患者肾脏终点事件风险降低47%，可将有高危心血管因素患者的肾脏事件发生风险降低45%和49%［49］。DELIGHT研究显示，达格列净在RAS阻断基础治疗上可进一步将尿ACR降低28.3%，并延缓eGFR下降［50］，提示SGLT2抑制剂可有效减少白蛋白尿，保护肾脏功能。

5 展望

DKD可能将成为我国CKD和ESRD的首要原因，探索DKD发病的新机制、寻找有效干预靶点是DKD诊治的关键。糖尿病肾小管病变的研究为DKD提供了新的治疗策略，虽然研究人员正在试图确定DKD的病理生理学，但认识仍然不完整，还需更多的研究。其中对糖尿病肾小管病变的研究可能会导致DKD的诊断和治疗方面的重大进展。