特异性促炎消退介质在糖尿病肾脏疾病中的研究进展

刘 充，刘迎迎，郭兆安*

1.山东中医药大学 中医学院，山东 济南 250000；2.山东中医药大学附属医院 肾病一科，山东 济南 250014

慢性低度炎性反应是糖尿病肾脏疾病(diabetic kidney disease,DKD)重要的发病机制。DKD中的炎性反应是机体对慢性高血糖等有害状况做出反应而激活的保护机制,以维持组织的稳态和完整性,但炎性反应的慢性激活会诱导附带的伤害效应。长期慢性炎性状态诱导细胞凋亡、细胞焦亡、肾间质纤维化等级联反应发生,加重肾脏组织损伤,最终导致DKD的进一步发展。因此,探索减轻炎性反应的不同方法对DKD的治疗具有重大意义[1]。

现有对炎性反应治疗方法多是直接抑制促炎细胞因子、靶向免疫细胞和阻断炎性反应信号通路等[2]。特异性促炎消退介质(specialized pro-resolv-ing mediators,SPMs)的特殊之处在于,它们在不抑制免疫反应的情况下发挥促分解和促炎消退作用。SPMs是一类在正常生理条件下水平较低,但在遭受细胞焦亡、炎性刺激等损伤后触发合成的内源性脂质分子,包括脂氧素(lipoxins,LX)、溶解素(resolvins, Rv)、保护素(protectins, PD)和巨噬素(maresins,MaRs)。许多研究发现SPMs对多种炎性疾病有较好的预防和治疗作用,其中包括DKD[3-5]。

1 特异性促炎消退介质

多不饱和脂肪酸(polyunsaturated fatty acid,PUFA)ω-3和ω-6经5-脂氧合酶(lipoxygenase,LOX)、12/15-LOX以及环氧合酶(cyclooxygenase,COX)等关键酶代谢后产生SPMs。SPMs以受体依赖的方式发挥作用,目前已发现的SPMs受体主要是甲酰肽2型受体(lipoxin A4 receptor/peptide receptor type 2,ALX/FPR2)和G蛋白耦联受体(G protein-coupled receptors,GPCRs)等7种[5-7]。SPMs的作用是控制和促进机体炎性反应的消退,最终使组织和器官免受与慢性炎性状态相关的损害。病理学将炎性反应主要分为启动和消退2个过程,既往学者认为启动期主要是免疫效应细胞聚集,负责启动对感染和损伤的应答;而消退阶段主要是在启动阶段的一系列反应被清除之后,被动发生的病理生理过程。如今人们认识到由SPMs介导的炎性反应消退阶段是一种内在程序化过程,它独立且主动作用于整个炎性反应乃至组织细胞的修复过程。

2 特异性促炎消退介质对DKD下肾脏的保护作用

SPMs分为脂氧素(LX)、溶解素(Rv)、保护素(PD)和巨噬素(MaRs)4类,它们对DKD均有良好的预防和治疗效果。以下将分别论述其机制和作用:

2.1 脂氧素

现有临床随机对照试验指出,DKD的发病基础与LX的缺失直接有关,补充LX类似物是DKD的潜在疗法。动物实验也证实,脂氧素LXA4和苯并LXA4减轻了STZ诱导的糖尿病小鼠肾小球系膜细胞增生,降低了尿蛋白含量,表现出明确的肾脏保护作用。LX是最早发现的一类SPMs,因此对其生物作用的分子机制研究最为充分。

2.1.1 LX多途径平衡促炎细胞因子和抗炎细胞因子的释放:LX能调控核转录因子κB(nuclear transcription factor kappa B,NF-κB)、细胞外调节蛋白激酶(extracellular regulated protein kinases,ERK)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kin-ases,MAPK)的激活[8-9],抑制促炎细胞因子并促进抗炎细胞因子的释放。在链脲菌素(streptozocin,STZ)诱导的糖尿病小鼠模型中,LXA4治疗后不但显著抑制已知的炎性介质的释放,如:血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1)、单核细胞趋化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)、肿瘤坏死因子α(tumour necrosis factor-α,TNF-α)、NF-κB、IL-6、IL-1β、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase,NOS)等,而且提高抗炎细胞因子IL-10的水平[10]。在大鼠炎性反应模型中,LXA4通过下调肾脏中的磷酸化Smad同源物2(phosphor Mothers Against Decapentaplegic Homolog 2, pSmad2)、磷酸化蛋白激酶B(phosphor protein kinase B, pAkt)、pERK1/2和p38MAPK,抑制经典炎性反应通路(Smad、ERK信号通路)和非经典炎性通路(p38MAPK、Akt)的激活,从而减少其下游促炎细胞因子释放,减轻炎性反应,减缓DKD患者肾脏功能的下降。

2.1.2 LX调控机体免疫细胞的浸润、趋化和激活:免疫细胞在调节机体对组织损伤的炎性反应中居于核心地位,LXA4和合成苯并-LXA4类似物通过结合受体FPR2抑制粒细胞和单核细胞激活,减轻肾脏炎性反应。LX能够增强吞噬细胞的胞葬作用,减少其在炎性反应中的聚集,并促进M2型巨噬细胞极化[11],这都有利于肾脏炎性反应的消退。研究发现LX一方面通过甲酰肽2型受体/干扰素调节因子5(formyl peptide receptor type 2/interferon-regulatory factor 5, FPR2/IRF5)信号通路降低M1巨噬细胞的表型和功能极化;另一方面通过FPR2/IRF4信号通路促进白细胞介素-4(interleukin-4,IL-4)诱导M2巨噬细胞极化[12],增加M2型巨噬细胞的表达[13],从而促进下游炎性反应消退。

2.1.3 LX减轻由高糖诱导的氧化应激对肾脏的直接损伤:核因子E2相关因子2(nuclear factor edythroid 2 like 2,Nrf2)是减轻氧化应激的关键因子。LX类似物5(S),6(R),7-三羟基庚酸甲酯[5(S),6(R),7-trihydroxyheptanoic acid methyl ester, BML-111]是一种稳定的FPR-2受体激动剂,使Nrf2表达上调,促进其下游血红素加氧酶1(heme oxygenase 1,HO-1)、醌氧化还原酶-1[NAD(P)H:quinone oxidoreductase,NQO-1]蛋白合成,清除细胞内活性氧(reactive oxygen species,ROS),减轻氧化应激。它还抑制了层黏连蛋白、纤维连接蛋白、转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)和Ⅳ型胶原等的表达,减轻细胞外基质积聚,保护肾功能[14]。LXA4能够通过激活Nrf2/HO-1通路,清除细胞内过剩的ROS、乳酸脱氢酶和丙二醛,提高抗氧化剂超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)水平,减轻肾脏血管内皮细胞的氧化应激损伤[15]。

2.1.4 LX改善肾间质纤维化,减少肾脏功能的不可逆丢失:肾脏固有细胞的增殖、裂解物沉积(α-平滑肌肌动蛋白、Ⅰ型胶原等)、分泌物刺激(TGF-β1、TNF-α等)均会诱导并加重肾间质纤维化。在STZ诱导的糖尿病小鼠模型中[10],LXA4和苯并-LXA4可减轻小鼠肾小球系膜增生、胶原沉积等病理改变,改善肾间质纤维化,降低蛋白尿,保护肾脏的作用。多种免疫细胞的募集激活、细胞因子表达和上皮细胞-间充质转化(epithelial-mesenchymal transfor-mation,EMT)的启动是肾间质纤维化的重要途径,30%的成纤维细胞通过EMT衍生自肾脏的管状上皮细胞。LX下调免疫细胞和肾固有细胞TGF-β1、TNF-α、血小板衍生生长因子(PDGF)、碱性成纤维细胞生长因子(FGF)等炎性因子的释放,间接抑制Smad2/3磷酸化和MAPK途径诱导的EMT发生。LX除了遵循上述“炎性反应-纤维化”的方式减轻肾脏纤维化,两者还有更为紧密直接的联系。LX直接靶向纤维化关键信号通路TGF-β/Smad,保护上皮细胞免于表型改变,抑制糖尿病肾病大鼠肾脏纤维化,同时下调血清TNF-α、IL-6、IL-8和γ-干扰素(IFN-γ)水平,减轻炎性损伤[16-17]。另外,LXA4可以通过上调microRNA let-c7在肾脏细胞和组织中的表达,抑制TGF-β1诱导的肾间质纤维化。

2.2 溶解素

Rv是SPMs中一个分支,目前研究较多的是D族溶解素:RvD1。临床研究发现DKD患者的血清RvD1水平低于非糖尿病肾病(non-diabetic kidney disease,NDKD)患者,提示DKD的发生发展可能与低水平溶解素密切相关。

2.2.1 调控炎性反应消退:NF-κB是DKD中炎性反应过程的中心介质,其持续激活会促进促炎细胞因子的释放,增强炎性反应,加重组织损伤。在链脲霉素(streptozocin,STZ)诱导的DKD小鼠模型中,RvD1可通过减少核因子κB抑制蛋白(inhibitor of NF-κB, IκBα)和p65的磷酸化达到抑制NF-κB信号通路,降低下游促炎细胞因子IL-6、TNF-α、MCP-1、环氧合酶-2的表达,减轻肾脏损伤[18]。Rv还抑制中性粒细胞的浸润并阻断了TLR受体(Toll-like receptors, TLR)介导的M1巨噬细胞活化,降低促炎细胞因子的产生、释放。

2.2.2 减少足细胞的凋亡、焦亡:足细胞是DKD中重要的损伤靶点。内源性危险相关分子模式会激活NOD样受体家族热蛋白结构域相关蛋白3(NOD-like receptor thermal protein domain associated protein 3, NLRP3)炎性小体,诱导足细胞凋亡、焦亡。经RvD1干预后,小鼠足细胞中NLRP3炎性小体的激活受到显著抑制,进而降低下游含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶1(cysteinyl aspartate specific proteinase 1,caspase-1)、IL-β的表达,减少足细胞因凋亡、焦亡而丢失数量,避免肾小球硬化。细胞补充实验发现,RvD1的前体DHA没有抑制NLRP3炎性小体的作用,说明RvD1是直接作用于NLRP3炎性小体,且非足细胞本身产生[19]。

2.2.3 减轻肾脏的氧化应激损伤:高糖会导致ROS等的过度产生,诱导氧化应激对细胞DNA、蛋白质等破坏,最终导致肾脏纤维化。饮食中的ω-3PUFA可提高肾脏中D系列溶解素的水平[20],显著降低大鼠肾脏中ROS等促氧化因子的表达、释放。体外实验发现,ω-3 PUFA能降低血管内皮细胞内ROS水平,激活Nrf2/HO-1通路并诱导硫氧还蛋白还原酶-1(TrxR1)、铁蛋白轻链、铁蛋白重链和SOD等抗氧化剂表达,减轻氧化应激诱导的血管内皮细胞DNA损伤[21]。RvD1类似物通过激活肾组织Nrf2抑制氧化应激反应,并减少中性粒细胞的浸润,减轻肾脏损伤[22]。因此,溶解素(Rv)有望成为预防和管理DKD的新疗法。

2.3 保护素

保护素(PD)最初发现于自限性炎性反应的渗出物中,产生部位与单核/巨噬细胞转运的部位一致。研究发现PD1可以调节单核-巨噬细胞促炎消退功能,减轻肾损伤。典型激活的巨噬细胞(M1型)在炎性反应的启动和传播中起核心作用,而选择激活的巨噬细胞(M2型)有促炎消退和协调组织修复、再生的作用[23]。PD1既能诱导DKD肾脏中单核细胞向M2型巨噬细胞分化,又能促进M1型巨噬细胞向M2型转化,增强巨噬细胞的胞葬作用、抑制慢性炎性反应,保护肾功能。另外,PD1可以抑制DKD肾脏的氧化应激损伤。在肾小管细胞炎性反应中,PD1通过磷酸肌醇3-激酶/蛋白激酶B(phosphoinositide 3-kinase/protein kinase B, PI3K/PKB)信号减少细胞内ROS的产生、蓄积[24],而且促进超氧化物歧化酶2(super-oxide dismutase 2,SOD2)等抗氧化物的表达,抑制NADPH氧化酶2(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase 2,NOX2)的表达,减少线粒体损伤、组织炎性反应,抗击细胞凋亡,保护肾小管功能,但PD1对SOD2和NOX2的调控机制尚不明确[25]。

2.4 巨噬素

巨噬素(MaRs)是新近发现的一类SPMs,目前的研究显示MaR1主要通过抗氧化应激和促炎消退,改善系膜外基质堆积和肾间质纤维化,减轻肾损伤。其作用机制主要有两方面:其一,MaR1能降低高糖引起的ROS产生,抑制caspase-1、NLRP3炎性小体及其下游IL-1β等促炎细胞因子的表达,同时降低TGF-β1的水平,减轻肾小球系膜外基质堆积[26]。其二,MaR1能上调其受体LGR6在肾脏中的表达,并通过与之结合分泌环磷酸腺苷,促进SOD2表达,减轻氧化应激损伤,保护肾功能。MaR1还可以通过激活PI3K/Akt通路,促进脂肪组织和肌肉表达葡萄糖转运蛋白4,改善胰岛素抵抗,降低血糖。还能升高高密度脂蛋白,影响脂质代谢,但具体的机制有待探索[5]。

3 问题与展望

随着对DKD病理生理学基本认识的提高,慢性低度炎性反应的管理在DKD发生发展中的越发重要。诱导炎性反应消退的药物是治疗DKD的一种极有吸引力的治疗手段。SPMs处理DKD临床前模型的结果显示了积极的治疗作用,但从基础到临床的转化,还有许多问题需要解决,包括治疗的时间窗、给药方式和剂量、SPMs药物制备及其体内代谢过程和稳定性等。比如:虽然高纯度的二十碳五烯酸(eicosapentaenoic acid,EPA)、二十二碳六烯酸(docose hexaenoic acid,DHA)可以有效补充SPMs,但这类补充剂的纯度问题和能升高血浆低密度脂蛋白水平的风险是潜在的限制因素;患者的SPMs生物合成酶活性受损将会是内源性SPMs产生的另一个潜在限制因素;SPMs的稳定性较差也是限制直接补充SPMs的原因等等。因此,确定DKD患者体内是否存在SPMs生成不足,现有治疗DKD的药物是否通过提高循环SPMs水平发挥了部分保护作用,以及如何有效的补充患者的SPMs都值得探讨。无论如何,随着对SPMs研究深入,它对DKD病理性炎性反应的治疗作用将越发凸显,有望开辟出糖尿病肾脏疾病的治疗新途径。