二甲双胍治疗糖尿病肾病的研究进展

邓煜璇，黄学君，江妍霞*

1.330006 江西省南昌市，南昌大学第一附属医院内分泌科

2.333000 江西省景德镇市浮梁县妇幼保健计划生育服务中心

糖尿病是一种慢性代谢性疾病，其特点是糖代谢紊乱、蛋白质代谢紊乱和脂肪代谢紊乱，长期的代谢紊乱导致多系统器官的损害和衰竭，最终出现严重的致命性并发症［1］。糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）属于难治性的糖尿病慢性并发症之一，其死亡率较高，主要的病理机制是肾小管纤维化、系膜肥大和扩张、炎症细胞浸润、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）聚集、足细胞自噬［2］。研究表明糖尿病可以通过多种细胞和分子机制介导肾损伤，包括活性氧（ROS）诱导氧化应激反应、单磷酸腺苷酸活化蛋白激酶（AMPactivated proteinkinase，AMPK）和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）［3］。高滤过和高灌注是DN 的早期表现，疾病进展后出现尿蛋白和尿微量白蛋白/肌酐（urine microalbumin/creatinine，UACR）升高，以及肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）逐渐下降，后期出现肾小管萎缩和肾小球节段性硬化［4］。二甲双胍作为2 型糖尿病（type 2 diabetes mellitus，T2DM）常用的降糖药物，主要作用为抑制肝糖异生、提高脂肪组织与骨骼肌对葡萄糖的摄取，同时减少高糖对肾脏的影响［5］。目前，我国有30%～50%糖尿病患者出现肾脏损害，研究表明二甲双胍可降低T2DM 合并慢性肾脏病的死亡率和心血管疾病［6］。然而，二甲双胍肾保护作用的分子机制有待进一步探讨。因此，本文对二甲双胍的药理作用及对DN的作用机制进行综述，为进一步研究DN 的治疗方案提供思路。

本文文献检索策略：计算机检索PubMed、中国知网、万方数据知识服务平台等二甲双胍治疗DN 的相关文献，以“二甲双胍”“糖尿病肾病”“分子机制”“药物作用”为中文关键词，以“metformin”“molecular m e c h a n i s m”“m e d i c a t i o n”“d i a b e t i c nephropathy”“security”为英文关键词。检索年限为2012 年1 月—2023 年7 月。纳入标准：可下载并阅读的文献，内容涉及DN 和二甲双胍的文献。排除标准：与本文主题无关的文献。

1 二甲双胍的药理作用

1.1 二甲双胍的降糖作用

二甲双胍由于其强大的降糖效果、相对较低的成本和较高的安全性，成为治疗T2DM 的主要药物［7］。1997 年英国一项前瞻性研究结果表明，二甲双胍的使用可减少低血糖的发生及糖尿病相关死亡［8］。随后，二甲双胍被列入WHO 的基本药物清单，其主要的作用机制是抑制肝脏葡萄糖生成，二甲双胍通过抑制肝细胞线粒体电子传递链复合物，导致腺嘌呤核苷酸磷酸化电位受损，AMPK 水平升高，通过AMPK 激活来抑制肝糖异生［9］。此外，二甲双胍也可以通过非APMK 依赖性方式来抑制肝糖异生［10］。MA 等［11］研究发现低剂量二甲双胍可以和早老素增强因子-2（Pen2）结合，进一步与溶酶体辅助蛋白1（ATP6AP1）形成复合物，通过与AMPK 激活的溶酶体感应通路相交，发挥其保护作用。

1.2 二甲双胍的其他作用

近年来二甲双胍对多种疾病具有一定的疗效，可降低T2DM 的微血管并发症的发生，可用于肿瘤预防和复发，并且恢复多囊卵巢综合征（polycystic ovarian syndrome，PCOS）的卵巢功能［12］。临床研究发现，二甲双胍的疗效取决于肿瘤分期，可提高局部晚期肿瘤患者的生存期，对于远处转移的患者无明显改善作用［13］。研究表明二甲双胍可有效提高非排卵性月经周期的肥胖和非肥胖PCOS 患者的妊娠率和活产率［14］。二甲双胍还具有降低尿蛋白排泄和保护肾功能的作用，一项动物实验发现二甲双胍减轻糖尿病大鼠肾小球表面积、足细胞间隙增大的病理学改变，还可以通过下调富亮氨酸蛋白a2 糖蛋白1（LRG1）和转化生长因子β1（TGF-β1）/激活素受体样激酶 1（ALK1）［15］。临床研究发现二甲双胍治疗组肾脏疾病进展风险及低血糖的发生率较非二甲双胍治疗组低，因此需严格遵守指南标准使用二甲双胍，对治疗DN 具有更高的安全性［16］。

1.3 二甲双胍的不良反应

二甲双胍可通过多种机制保护肾脏功能，且不良反应较少。其最常见的不良反应为胃肠道反应，最严重的不良反应为二甲双胍性乳酸酸中毒［17］。研究发现二甲双胍的使用需根据肾脏功能来决定。在早期DN 患者中，二甲双胍发挥重要作用，可减轻T2DM 患者的血糖和各种并发症的严重程度。然而在晚期肾损害患者中，二甲双胍可能具有增加乳酸酸中毒的风险［18］。临床上，乳酸酸中毒是一种可导致急性死亡的疾病，以动脉血乳酸水平＞5.0 mmol/L（参考值为0.5～2.2 mmol/L），血浆pH 值＜7.35 为主要特征［19］。既往研究表明二甲双胍在参考剂量范围内可安全使用，但在估计肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）＜30 mL·min-1·（1.73 m2）-1时，会出现急性肾损伤和血浆二甲双胍累积的风险，这种情况需完善乳酸浓度试验和动脉血气分析［20］。其中一项观察性研究纳入了105例乳酸中毒患者，结果发现该病死亡率高，在入院6 h 内行早期透析治疗可降低乳酸中毒的死亡率［21］。另一项研究结果表明二甲双胍与DN 1～2 期患者乳酸水平升高无相关性，而与DN 3～4 期患者乳酸水平升高有显著关系［22］。TRINKLEY 等［23］的回顾性研究共纳入了132 780 例T2DM 患者，将患者分为二甲双胍组、其他降糖药物组和无降糖药物组，结果显示单用二甲双胍的乳酸酸中毒风险较其他暴露组无明显差异。二甲双胍仍然是临床上重要的治疗药物，并在多种疾病中体现了治疗效果，乳酸酸中毒的风险仍是使用二甲双胍需要考虑的重要参考因素。

2 DN 的病理特征

DN 以肾小球硬化和小管间质纤维化为特征，主要的发病机制与肾小球高滤过、氧化应激、自噬、脂质代谢有关［24］。此外，DN 的发生与肾脏的炎症反应相关，如巨噬细胞募集、核转录因子κB（nuclear factor kappa B，NF-κB）信号转导、细胞因子释放，炎症信号通路通过信号转导促进肾小球硬化和肾小球基底膜增厚［25］。当糖尿病患者长期处于高血糖状态，会导致ROS 激活，并且促进晚期糖基化终产物（AGEs）生成，导致肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）激活，进一步出现肾损伤［26］。自噬属于保护肾脏功能的良性机制，但慢性高血糖的刺激会引起自噬的速率和通量出现显著的变化，从而出现DN 损伤［27］。DN 损伤的关键特征还包括足细胞足突消失和突变，足细胞发生损伤会出现尿蛋白和eGFR降低［28］。尿蛋白和eGFR常作为诊断DN的标准，但eGFR 降低可能不出现尿蛋白排泄［29］。

3 DN 的诊断标准

DN 是T2DM 较常见的临床并发症之一，基于UACR 和eGFR 下降为主要诊断标准［30］。其主要的临床特征为UACR 持续升高或eGFR 下降，尿沉渣异常（蛋白尿、管型尿或血尿）。其诊断金标准为肾脏病理活检，但对于糖尿病患者而言不可行常规肾穿刺，可行UACR 检测，在3～6 个月内连续检测UACR，其中至少有2 次出现持续性蛋白尿（UACR ≥30 mg/g）。根据尿白蛋白排泄率进行分期：（1）DN 1 期为糖尿病初期，其特征为GFR 明显增加；（2）DN 2 期为临床前阶段，其特征为尿蛋白正常，GFR 轻度升高；（3）DN 3 期为DN 初期，其特征为持续微量白蛋白尿（20～200 μg/min），轻度高血压，GFR 正常或轻度升高；（4）DN 4 期为临床DN 期，其特征为蛋白尿增多（＞200 μg/min），伴水肿、高血压和肾功能受损；（5）DN 5期为尿毒症期，其特征为蛋白尿进一步升高（＞300 mg/g），GFR 严重下降，血肌酐升高。

4 二甲双胍治疗DN 的分子机制

二甲双胍治疗DN 的分子机制见图1，包括：提高Klotho 蛋白水平改善DN、通过促进AMPK 介导的通路保护肾脏功能、通过抑制NF-κB 介导的通路保护肾脏功能、通过抑制AGEs 形成保护肾脏功能、通过调控微小RNA（miRNA）表达保护肾脏功能。

4.1 提高Klotho 蛋白水平改善DN

Klotho 基因是一种抗衰老分子，参与延缓肾脏病理变化。Klotho 是由Klotho 基因表达的单跨膜蛋白，可分为可溶型和跨膜型［31］。Klotho 可通过多种途径影响肾脏功能，Klotho 潜在的肾脏保护作用包括抗炎作用、激活自噬、抑制氧化应激和保持祖细胞干性。TYPIAK等［32］发现Klotho 可以维持肾小球滤过屏障，改善肾脏足细胞糖酵解和降低白蛋白通透性，Wnt/β-连环蛋白（Wnt/β-catenin）信号的激活促进肾小管上皮细胞向间充质细胞和衰老表型转变，导致肾小管纤维化，Klotho 可作为内源性拮抗剂，参与Wnt/β-catenin 信号通路。CHEN 等［33］研究发现Klotho 衍生物KP6 可通过阻断Wnt/β-catenin 减轻肾小球肥大、足细胞损伤和肾小球硬化，从而达到改善DN 的作用。WANG 等［34］发现Klotho 过表达会显著抑制高糖刺激的Wnt/β-catenin通路激活，而在高糖刺激下Wnt/β-catenin 通路激活，说明Klotho 可通过抑制Wnt/β-catenin 表达改善DN。

ROS 主要产生于线粒体，其功能障碍会导致细胞衰老和凋亡。Klotho 水平升高会减少血管内皮细胞ROS生成及氧化损伤，由于在DN 患者中肾脏Klotho 含量降低，导致肾小管上皮细胞和肾小球毛细血管易受到外界损伤，长期的肾脏刺激出现GFR 进行性下降［35］。二甲双胍作为主要治疗药物之一，通过调节Klotho 蛋白水平保护肾脏的功能，研究发现二甲双胍可提高肾脏足细胞和Klotho 蛋白的存活率，雷帕霉素（mammalian target of rapamycin，mTOR）是一种丝/苏氨酸蛋白激酶，参与生物合成、自噬和免疫介导过程。高糖可下调klotho表达，激活mTOR 信号通路，加重糖尿病患者的肾脏损伤［36］。SUN 等［37］指出TGF-β1 可促进胶原蛋白分泌及诱导沉积，p38MAPK 可促进细胞增殖，进一步研究表明二甲双胍可阻断Klotho 依赖性TGF-β1/p38 丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）通路阻止肾脏纤维化，在Klotho 蛋白介导的信号通路作用下，从而延缓糖尿病患者肾脏功能障碍的加重。

4.2 通过促进AMPK 介导的通路保护肾脏功能

二甲双胍对DN 有潜在保护作用，可以通过AMPK介导的信号通路缓解系膜细胞凋亡和足细胞损伤，保护肾脏免受氧化应激、炎症凋亡和上皮间质转化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）［38］。AMPK是由催化α-亚基和两个调节β 和γ 亚基组成，属于异源三聚体复合物，其介导生物能量代谢的调控，与糖脂代谢和蛋白质代谢有关。既往研究建立大鼠肾脏系膜细胞体外模型，采用基因沉默技术对AMPK/沉默调节蛋白1-叉头状转录因子O1（SIRT1-FoxO1）通路进行分析，发现AMPK 可能参与调控DN 的氧化应激和自噬［39-41］。SIRT1 参与调控细胞代谢、免疫应答和细胞衰老的过程，其与胰岛素分泌和糖异生有关。FoxO1 是参与抗自噬应激、细胞凋亡和糖脂代谢过程的重要调控因子。高糖环境会增强肾脏的氧化应激和减弱自噬的作用，而去乙酰化SIRT1 上调FoxO1 表达，抑制肾脏系膜基质增生，也可以减少ROS 积累，减少肾脏的损伤，同时SIRT1 过表达可减轻ROS，减轻ECM 聚集，起到肾脏保护作用［42］。研究发现二甲双胍通过AMPK/SIRT1-FoxO1 通路诱导肾脏自噬来减轻肾脏的损伤，改善氧化应激和糖代谢异常。

二甲双胍还可以通过AMPK-mTOR 轴激活可负性调节mTOR 表达，体内高糖情况下，会抑制AMPK，从而使mTOR 高表达，二甲双胍通过AMPK-mTOR 轴缓解DN 氧化应激，负调控mTOR，增强自噬［43］，从而缓解代谢紊乱、肾功能损伤，减缓细胞异常增殖。二甲双胍还能调节肾脏足细胞的损伤，对维持GFR 稳定性有重要的作用，足细胞受损会导致尿白蛋白排泄增多，甚至出现GFR 下降。SZREJDER 等［44］证明瞬时受体点位通道过表达会促进细胞外钙离子向细胞内流动，抑制肾素和突触蛋白表达，最终出现肾脏损伤，而二甲双胍通过足细胞的AMPK 活化降低瞬时受体点位通道（transient receptor potential canonical ，TRPCs）的表达，可通过这一条途径减轻肾小管损伤，重塑细胞骨架动力学。

4.3 通过抑制NF-κB 介导的通路保护肾脏功能

NF-κB 在体内参与很多生物反应，如细胞生长发育、免疫应答和炎症反应。DN 患者肾脏病理可见大量炎症细胞浸润，主要以单核-巨噬细胞为主，伴有大量的炎症因子［45］，如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、白介素1（IL-1）和TGF-1β，这些因子经过级联放大反应加重肾脏损伤，形成蛋白尿，NF-κB 可参与转录巨噬细胞，研究表明抑制NF-κB 可减少炎症细胞对肾脏的损伤在高糖条件下会激活NF-κB，促进炎症因子损害肾脏［46］。LING 等［47］研究发现白介素33（IL-33）属于IL-1 家族，可显著抑制细胞生长发育，二甲双胍可能通过NF-κB 通路降低血清IL-33 浓度，抑制肾脏细胞凋亡，促进肾脏细胞增殖。

高血糖是肾病进展的主要原因，DN 患者肾脏处于慢性炎症状态，二甲双胍还可通过抑制AMPK 通路来抑制炎症细胞释放大量的炎症因子［48］，减少肾间质纤维化。一项对照研究证明二甲双胍通过抑制聚ADP-核糖聚合酶1（PAPR-1）活性来减少NF-κB 的表达［49］，PARP-1 主要参与DNA 修复和维持基因完整，糖尿病患者肾脏ROS 激活和活性氮自由基过剩，使细胞的DNA 出现断裂，进一步激活PARP-1 的活性，最终导致肾脏的炎症反应加重，PARP1 作为NF-κB 的辅助激活因子，二甲双胍可以抑制PARP1 的表达，使NF-κB的表达下调，减轻肾脏的炎症细胞浸润。

4.4 通过抑制AGEs 形成保护肾脏功能

AGEs 是慢性高血糖引起的病理性糖基化增加的结果，在高糖条件下AGEs 累积会诱导足细胞损伤、TGF-β 和系膜细胞凋亡的表达，促进肾脏衰老［50］。AGEs 会激活AGEs 受体（AGEs receptor，RAGE），通过不同的信号转导通路促进氧化应激、内质网应激和纤维化，加速肾脏的结构和功能破坏［51］。ISHIBASHI 等［52］报道AGEs 上调肾近端小管RAGE mRNA 水平，促进肾小管细胞损伤。细胞培养和动物培养观察到二甲双胍可能通过AMPK 活化蛋白激酶抑制RAGE 表达，从而抑制AGEs 的形成和ROS 的产生，出现抑制肾小管炎症反应和纤维化。PANG 等［53］指出二甲双胍显著抑制AGEs诱导的肾脏细胞凋亡，研究过程发现二甲双胍处理后的细胞中caspase-3 和Bax 蛋白表达显著降低，Bcl-2 蛋白表达显著升高，Bcl-2/Bax 比值升高。

4.5 通过调控miRNA 表达保护肾脏功能

miRNA 是小分子、非编码的RNA 分子，已有多项研究证明miRNA 通过多种信号通路参与DN 的进展，ZHU等［54］表明miR-195通过靶向Toll 样受体 4（Toll-like receptor 4，TLR4）、阻断NF-κB 通路，抑制肾脏炎症因子分泌和巨噬细胞增殖。二甲双胍通过miRNA 对肾脏起保护作用。XU 等［55］研究报告高糖处理后的肾小球上皮细胞中H19 高表达，二甲双胍可抑制H19 表达，其机制是通过H19/miR-143-3p/TGF-β1 抑制肾小球系膜细胞的ECM 累积、炎症和增殖。此外，二甲双胍直接作用于miR-21 靶点并调节基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase 9，MMP9）表达实现肾脏保护作用，MMP9 以酶原的形式存在，其作用是降解胶原纤维、抑制ECM 聚集、维持细胞膜的稳定性、清除自由基，并参与组织正常生长和受损部位愈合的过程，糖尿病患者由于长期处于高血糖水平，MMP9 的表达受抑制，加重高血糖对肾脏的损害，二甲双胍作用于miR-21 靶点，促进miR-21 的表达，上调MMP9 的水平，达到减少肾脏ECM 聚集，减轻肾脏足细胞的消失［56］。

5 结论

T2DM 及其各种并发症已经严重危害人类健康。我国糖尿病患病率与日俱增，由于人们对T2DM 的认识不足，对疾病引起的健康状况未引起重视。DN 是糖尿病的慢性并发症之一，最终会导致肾衰竭和尿毒症，二甲双胍是治疗糖尿病较常见的药物之一，有延缓肾脏组织损伤的作用，目前多数临床试验研究和动物实验均证实二甲双胍可通过各种信号通路治疗DN。然而，二甲双胍的具体不良反应仍需进一步研究，其是否同样适用于非DN 还需进行探索。经过研究可以确定二甲双胍在DN 治疗中起着至关重要的作用，为T2DM 患者缓解肾脏病变提供了良好的方案。

作者贡献：邓煜璇负责论文的构思与设计、论文撰写；黄学君负责资料收集和数据整理；江妍霞负责论文质量控制和审校，对文章整体负责。

本文无利益冲突。