衰老与老年糖尿病肾病的发病机制研究进展

陈怡，詹明

目前糖尿病肾病（DKD）已成为全球终末期肾脏病（ESRD）的主要原因之一，是一个重大公共卫生问题[1]。根据国际糖尿病联盟最新的糖尿病地图（第9版），糖尿病的发病率随着年龄的增长而增加[2]。衰老是一个自然的、不可避免的、渐进的过程，随着年龄的增长，人体组织和器官的功能结构会发生相应的变化，而肾脏是与年龄相关的组织损伤的典型靶器官。美国疾病控制和预防中心的数据显示，年龄的增加与DKD 的发病率直接相关。同样，在DKD 患者中，ESRD 的发病率随着年龄的增长而增加[3]。本研究拟综述衰老和老年DKD 的研究进展，报道如下。

1 衰老肾脏及老年DKD 的特点

研究发现，随着年龄的增长，肾脏体积逐年减小，单纯性肾囊肿发病率逐年增加，局部瘢痕和不确定肿块的可能性也较前增加[4]。衰老肾脏的微观病理变化包括肾硬化、肾小球硬化、肾小球肥大、肾小球数量减少、肾小管萎缩和间质纤维化等[5]。衰老肾脏的功能改变包括肾小球滤过率（GFR）降低、肾小球毛细血管压升高、促红细胞生成素产生减少及尿钠排泄减少等[6]。

老年DKD的主要特征是蛋白尿、高血压和GFR降低[7]。DKD 和衰老的共同特征是GFR 降低，水和钠离子的重吸收减少，表现为多尿，主要是夜尿[8]。老年DKD患者的主要病理变化包括肾脏萎缩加剧、肾单位减少、肾小管上皮细胞萎缩、间质纤维化、系膜扩张、足细胞丢失及基底膜增厚等[9]。

2 衰老相关的老年DKD 的发病机制

2.1 表观遗传学与端粒缩短和DNA损伤 衰老的表观遗传学是指染色质结构和甲基化组的动态变化，以及非编码RNA 在环境变化中的持续协调调节[10]。DKD可能出现的代谢变化和持续的炎症，可能涉及并诱发多种表观遗传学变化，其中DNA 甲基化是相对稳定的一种[11]。已经证实端粒DNA 在人类衰老的肾脏中逐渐丢失，随着慢性肾脏病的进展及肾功能的下降端粒不断缩短，而高血糖会加速上述端粒缩短的过程[9]。在高血糖条件下，活性氧（ROS）的产生和晚期糖基化终末产物（AGEs）的积累可能导致DNA 损伤，然后引发细胞过早衰老[12]。

最新实验数据显示，在原代小鼠肾小管细胞中，青蒿素的衍生物二氢青蒿素（DHA）还原的DNMT1 表达有效地逆转了Klotho（一种抗衰老基因）启动子的高甲基化，抑制Wnt/ -连环蛋白和TGF- /Smad 信号通路，减弱了肾脏中的炎症和纤维化反应，达到肾脏保护作用[13]。

2.2 炎症 炎症是DKD 的重要发病机制，也是加速衰老的一个重要因素。衰老的肾脏细胞可以分泌衰老相关分泌表型（SASP）的各种细胞因子，如白介素-1（IL-1）、白介素-6（IL-6）和肿瘤坏死因子-（TNF- ）[6]。这些SASP 相关的分子可能以旁分泌和自分泌的方式引起持续的肾脏炎症和纤维化，以及干细胞和肾脏细胞更新功能障碍。

随着AGEs 等毒性产物的累积、血流动力学的改变以及肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）的激活，代谢改变会增强肾脏的炎症。肾脏组织中过量的ROS 产生会激活炎症相关的信号通路，如蛋白激酶C（PKC）、核因子B（NF- B）和丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），并导致产生大量细胞因子和生长因子，从而加速DKD 的进展。在这个过程中，肾小球中细胞外基质（ECM）的沉积，肾小管上皮细胞（TEC）和间质的分化以及系膜区肾小球纤连蛋白合成的增加，最终导致肾脏纤维化。衰老肾脏中持续的微炎症增加，并在衰老的表观遗传学改变和肾功能不全之间提供了潜在的联系[9]。炎症还可能与许多机制相互作用，如端粒缩短、DNA损伤和表观遗传学改变，从而加剧肾小球和肾小管细胞的衰老损伤[14]。

2.3 自噬 自噬-溶酶体系统是糖尿病背景下肾脏中多种抗衰老机制的核心[9]。自噬可能通过调节转化生长因子-（TGF- ）的表达来抑制肾脏纤维化[15]，抑制DKD 的进展。研究表明，mTOR 信号通路[16]和丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶（AMPK）[17]是协调自噬和衰老事件的两个关键因素。由此可见，通过上调参与自噬过程的因素，从而激活自噬，可以抑制老年DKD的进展。研究发现，高糖可抑制肾小管上皮细胞中PINK1（一种蛋白激酶）和OPTN的表达，而线粒体自噬可以抑制高糖诱导的肾小管上皮细胞过早衰老[18]。越来越多的证据表明，Klotho通过对IGF-1/PI3K/Akt/mTOR 信号通路，Beclin 1 表达和活性以及醛固酮水平的影响，在不同生理或病理条件下发挥诱导剂或抑制剂的双重作用，可以帮助将自噬恢复到有益水平，从而抑制糖尿病肾脏细胞衰老[19]。

2.4 氧化应激（OS） OS 是DKD 的重要致病机制之一，同时OS 对肾脏细胞有损伤和诱导细胞生长抑制的作用而导致细胞衰老。高糖诱导的线粒体功能障碍是氧化应激的主要原因，并触发肾小管上皮细胞衰老，而肾小管上皮细胞可通过线粒体自噬来调节该过程[18]。氧化应激可通过对肾脏细胞的损伤增加、基因突变率增加，诱导细胞生长抑制从而导致细胞衰老。在糖尿病肾脏中，OS 的主要来源包括烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）氧化酶激活、黄嘌呤氧化酶途径异常、线粒体功能障碍、环氧合酶途径失调和内皮一氧化氮合酶解偶联等。这些有害过程将导致细胞核和线粒体内的DNA损伤，并最终通过内质网应激和细胞衰老导致的凋亡导致肾固有细胞死亡。此外，高糖诱导的活性氧产生可导致TGF- 1 表达增加从而导致糖尿病肾脏纤维化，并导致上皮-间充质转化[9]。

笔者以前研究表明，线粒体破坏是肾小管细胞损伤的一个重要特征，在细胞应激或损伤过程中，动力学的改变可导致线粒体的破坏[20]。在高糖环境下的近端肾小管细胞中观察到线粒体动力学和裂变融合蛋白表达的改变，而p66Shc 的基因消融减弱了HG诱导的线粒体断裂，从而表明肾小管细胞的线粒体断裂与氧化应激和p66Shc 上调密切相关[21]。此外，肌醇加氧酶（MIOX）是一种调节糖尿病肾小管细胞氧化还原和凋亡的特异性酶，笔者研究发现，MIOX 在HG 环境中干扰线粒体质量控制的作用，包括线粒体动力学和线粒体自噬[22]。

2.5 Klotho 缺失和Wnt/ -连环蛋白信号激活Klotho 的抗衰老作用与它对细胞因子和生长因子信号的下调有关，如干扰素- 、胰岛素样生长因子-1 和TGF- ，并通过IGF-1 信号诱导胰岛素介导的抗氧化压力[23]。在人肾小管上皮细胞培养过程中，Klotho 不仅能保持线粒体质量，抑制线粒体ROS 的产生，还能明显抑制线粒体损伤，从而抑制细胞衰老[24]。

另外，Wnt/ -连环蛋白信号在DKD中被重新激活，触发肾小管上皮细胞的细胞衰老，该通路诱导的线粒体功能障碍，如线粒体质量的丢失，ROS 产生的增加和线粒体碎裂，在肾小管细胞衰老和年龄相关的肾纤维化中起着非常重要的作用[24]。研究表明，Klotho 阻断Wnt 信号传导可防止高级氧化蛋白产物对足细胞的伤害[25]。

2.6 Sirtuins 沉默信息调节因子2（Sir2）是一种依赖NAD+的去乙酰化酶，是热量限制促进寿命延长或抗衰老相关疾病的分子之一。在高等真核生物中，Sir2 被称为Sirtuins，哺乳动物有七个Sirtuins[26]。

Sirt1 与衰老的关系最为密切。Sirt1 蛋白表达可在正常肾脏中检测到，其在糖尿病肾脏中的表达水平降低[27]，Sirt1 与多种细胞过程的调控有关，包括应激反应、细胞生存、线粒体的产生、自噬活性的调控、细胞能量的代谢反应和氧化还原状态。Sirt1 抑制NF- B的TNF- 依赖性反式活化，限制了几种促炎基因的表达。DNA 损伤和氧化应激可导致p53 的Sirt1依赖性去乙酰化，导致肾脏细胞凋亡和衰老减少[28]。

Sirt3是一种NAD+依赖性线粒体脱乙酰酶，正向调节许多细胞过程，包括能量代谢，线粒体反应和抗氧化应激[29]。热量限制延长了各种物种的生命，研究发现，Sirt3 为热量限制背景下增强线粒体谷胱甘肽抗氧化防御系统的重要参与者，表明Sirt3 依赖性线粒体适应可能是哺乳动物衰老迟缓的中枢机制[30]。Sirt3 的高表达降低了线粒体应激反应，包括氧化应激和细胞凋亡。有研究表明，CD38 可以抑制Sirt3活性和增加肾小管细胞中的线粒体氧化应激，从而促进DKD 发生发展[31]。

Sirt6 也与寿命的调节有关[26]。在哺乳动物中，组织和器官的衰老伴随着端粒的缩短，而Sirt6 可以使组蛋白H3 的赖氨酸脱乙酰化，以维持遗传稳定性和端粒功能，达到抗衰老的效果。研究证实，小鼠近端肾小管上皮细胞中Sirt6 的低表达加剧了TGF-诱导的体外纤维化。其机制可能是Sirt6 与-连环蛋白相互作用以阻断纤维化相关基因的转录过程[32]。

综上，Sirtuins与衰老和DKD密切相关，是未来治疗DKD的有效治疗靶点，可以延缓肾脏衰老的进程。

3 展望

目前DKD的发病率逐年上升，尤其是老年人，而衰老的早期通常不影响肾功能，这就导致了诊断的延迟。临床迫切需要研究衰老背景下DKD的特殊机制，并在此基础上研究早期诊断和改善预后的治疗方法。