王 臻，陸利民

(復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院生理與病理生理系，上海200032)

糖尿病患者的腎小球內(nèi)皮細(xì)胞(glomerular endothelial cells，GECs)長(zhǎng)期在高糖刺激下，血管緊張素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)、糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycocylation end products，AGEs)及一氧化氮(nitric oxide，NO)等多種細(xì)胞因子的水平發(fā)生改變，內(nèi)皮細(xì)胞的生長(zhǎng)環(huán)境失衡，隨之內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生改變，早期表現(xiàn)為腎小球?yàn)V過(guò)率增加和微量蛋白尿，隨著病程的延長(zhǎng)，細(xì)胞因子的異常水平和長(zhǎng)期刺激會(huì)使內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能受到嚴(yán)重?fù)p傷，出現(xiàn)持續(xù)性蛋白尿、腎小球?yàn)V過(guò)功能障礙，最終出現(xiàn)腎功能不全。

1 血管緊張素Ⅱ

非特異性炎性反應(yīng)是糖尿病時(shí)血管損傷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，AngⅡ是導(dǎo)致血管非特異炎性反應(yīng)發(fā)生的重要原因。糖尿病時(shí)，腎臟局部腎素－血管緊張素系統(tǒng)(renin-angiotensin system，RAS)被激活，AngⅡ生成增多。AngⅡ能刺激核因子-κB(Nuclear factor κB，NF-κB)的表達(dá)，通過(guò) NF-κB 刺激 GECs上的單核細(xì)胞趨化蛋白-1以及T細(xì)胞表達(dá)和分泌因子(regulated on activation in normal T-cell expressed and secreted，RANTES)等多種參與炎性反應(yīng)的物質(zhì)增多［1－2］，還通過(guò) P38 MAP激酶增加了內(nèi)皮細(xì)胞的通透性［3］。大鼠腹腔注射 AngⅡ后，腎小球分泌RANTES明顯增加，炎性因子浸潤(rùn)到內(nèi)皮細(xì)胞后，會(huì)引起蛋白尿、腎小球的增大、TGF-β、AGEs及College IV的明顯表達(dá)［2］。AngⅡ可以通過(guò)時(shí)間和劑量依賴(lài)性增加轉(zhuǎn)鐵蛋白受體，二價(jià)金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1，膜鐵轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白-1的蛋白表達(dá)，從而改變鐵的代謝。鐵離子是氧化應(yīng)激的必須成分，內(nèi)皮細(xì)胞給予AngⅡ和90%轉(zhuǎn)鐵蛋白處理后，羥自由基聚集［4］，提示AngⅡ還可以通過(guò)ROS引起GECs的損傷。

2 內(nèi)皮生長(zhǎng)因子

糖尿病大鼠與糖尿病小鼠腎臟中的VEGF水平均是升高的。VEGF生成增加后，可以通過(guò)多種途徑造成內(nèi)皮細(xì)胞的損傷:1)VEGF升高時(shí)，對(duì)VGEF-2受體產(chǎn)生正性調(diào)節(jié)，VGEF-2受體的磷酸化及其mRNA的水平隨之上調(diào);通過(guò)Erk1/2-MAPK途徑，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的過(guò)度增生;還通過(guò) PI-3激酶途徑，導(dǎo)致TGF-β mRNA上調(diào)，增加了TGF-β的分泌和生理活性，促纖維化蛋白MMP-2也明顯升高，它們都參與了腎小球硬化、纖維化發(fā)生［5］;2)VEGF與糖尿病腎病的腎小球病變關(guān)系密切，VEGF可引起腎小球基底膜增厚，足細(xì)胞裂孔隔膜上的裂孔增大，Nephrin表達(dá)下降等多種現(xiàn)象［6］，這與糖尿病蛋白尿的形成有密切的聯(lián)系;3)增多的VEGF還可激活小GTP酶蛋白中Rho家族的Rac1蛋白，Rac1蛋白促使內(nèi)皮細(xì)胞緊密連接中的跨膜蛋白之一，閉鎖蛋白的酪氨酸發(fā)生磷酸化，使內(nèi)皮細(xì)胞的緊密連接破壞，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞的通透性增加，腎小球的濾過(guò)率增加，繼而出現(xiàn)蛋白尿［7］。

3 氧化應(yīng)激

注射STZ引起糖尿病的大鼠模型中，腎組織ROS水平明顯升高，并參與了腎臟損傷的發(fā)生，用磷酸二酯酶抑制劑西洛他唑治療后，ROS生成下降，腎臟的損傷癥狀包括腎小球的增大、系膜細(xì)胞外基質(zhì)聚集都有所減輕［8］。高糖刺激GECs后，ROS明顯增加［1］。GECs在高糖刺激下產(chǎn)生了一個(gè)惡性循環(huán)，在這個(gè)循環(huán)中ROS誘導(dǎo)eNOS的解耦連，產(chǎn)生的eNOS單體增多，eNOS單體進(jìn)一步引起產(chǎn)生，增加ROS的產(chǎn)量［9］。硫酸乙酰肝素的蛋白聚糖(heparan sulphate proteoglycans，HSPG)是細(xì)胞膜的重要組成成分，參與維持細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能穩(wěn)定。類(lèi)肝素酶(Heparanase-1，HPR1)是HSPG的降解酶。在對(duì)腦動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞和表皮微動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞的研究中，高糖通過(guò) ROS引起的 HPR1活性升高，造成HSPG明顯減少，細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，最終造成血管內(nèi)皮細(xì)胞的損失［10］。ROS升高，通過(guò)刺激TGF-β，CollegeⅣ，糖基化終末產(chǎn)物受體及其配體的表達(dá)，引起內(nèi)皮細(xì)胞的損傷［11－12］。氧化應(yīng)激在高血糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷中起到重要作用，高糖刺激持續(xù)一段時(shí)間后，即使血糖恢復(fù)正常，氧化應(yīng)激對(duì)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷仍能持續(xù)一段時(shí)間［13］。

4 糖基化終末產(chǎn)物

AGEs可以刺激MCP-1的分泌，引起內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡［14］，還會(huì)引起腎素和 ACE mRNA水平的升高，通過(guò)增加ACE生成，使AngⅡ生成增加，AngⅡ促進(jìn)細(xì)胞ROS的產(chǎn)生，再由ROS引起內(nèi)皮細(xì)胞黏附因子-1生成增多，通過(guò)炎性因子引起內(nèi)皮細(xì)胞的受損［15］。AGEs還可以通過(guò) RAGE，ERK1/2 和 P38 MAPK這些通路引起 MMP-9的升高［16］，通過(guò) PKC途徑刺激CollegeⅣ和TGF-β的產(chǎn)生［17］。在RAGEs敲除的1型糖尿病小鼠中，糖尿病導(dǎo)致的腎臟增大、系膜細(xì)胞外基質(zhì)聚集、腎小球基底膜增厚、尿蛋白等癥狀均較野生型動(dòng)物明顯減輕［18］。這些研究結(jié)果表明了RAGEs的激活在糖尿病腎病發(fā)生中也發(fā)揮著重要作用，通過(guò)慢性阻斷RAGEs可以減少糖尿病導(dǎo)致的腎臟功能喪失。

5 一氧化氮合成酶與一氧化氮

在糖尿病腎病中，eNOS在GECs的表達(dá)明顯增強(qiáng)，但是受損的血管內(nèi)皮細(xì)胞中的eNOs的活性卻顯著降低［19］，這主要是由于eNOs發(fā)生解耦聯(lián)，無(wú)活性的eNOs單體水平明顯升高，有活性的eNOs的水平明顯下降，eNOs活性降低，最終導(dǎo)致NO的生成減少。糖尿病時(shí)，NO生成減少還與大量的過(guò)氧化物生成和L-精氨酸不足有關(guān)。在培養(yǎng)的GECs中，高糖組給予SOD或L-精氨酸可以使NO水平明顯升高，提示NO可能與O2－·生成ONOO－，增加ROS的產(chǎn)生，導(dǎo)致NO的水平和利用率進(jìn)一步下降，而用SOD清除O2－·后，ONOO－生成減少，可提高NO生成及利用率［20］。此外，NO與ROS失去平衡，增多的ROS又進(jìn)一步誘導(dǎo)eNOs的解耦聯(lián)，減少NO的產(chǎn)生［9］。NO生成減少，不能有效的維持GECs的正常功能，成為糖尿病腎病進(jìn)一步加重和進(jìn)展的原因之一。

小結(jié)

現(xiàn)有的研究資料表明，高糖狀態(tài)下血管內(nèi)皮細(xì)胞功能受損是糖尿病時(shí)腎臟功能損傷的重要環(huán)節(jié)。高糖狀態(tài)下，細(xì)胞糖代謝紊亂，內(nèi)皮細(xì)胞局部AngⅡ、VEGF、ROS、AGEs、NO 等的水平均發(fā)生明顯改變并參與內(nèi)皮細(xì)胞損傷發(fā)生過(guò)程，而這些生物活性分子之間還存在復(fù)雜的相互作用。完全揭示高糖狀態(tài)下，血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的發(fā)生機(jī)制，特別是各種因子之間的相互作用，還需進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。揭示高糖引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷的發(fā)生機(jī)制，不僅有助于闡明糖尿病腎病發(fā)生機(jī)制，對(duì)認(rèn)識(shí)糖尿病時(shí)其他器官損傷的發(fā)生也有啟示作用。

［1］Pan Q，Yang XH，Cheng YX．AngiotensinⅡstimulates MCP-1 production in rat glomerular endothelial cells via NAD(P)H oxidase-dependent nuclear factor-kappa B signaling［J］．Braz J Med Biol Res，2009，42:531 － 536．

［2］Wolf G，Ziyadeh FN，Thaiss F，et al．AngiotensinⅡstimulates expression of the chemokine RANTES in rat glomerular endothelial cells．Role of the angiotensin type 2 receptor［J］．J Clin Invest，1997，100:1047 －1058．

［3］Bodor C，Nagy JP，Vegh B，et al．AngiotensinⅡincreases the permeability and PV-1 expression of endothelial cells［J］．Am J Physiol Cell Physiol，2012，302:267 －276．

［4］Tajima S，Tsuchiya K，Horinouchi Y，et al．Effect of angiotensinⅡon iron-transporting protein expression and subsequent intracellular labile iron concentration in human glomerular endothelial cells［J］．Hypertens Res，2010，33:713－721．

［5］Li ZD，Bork JP，Krueger B，et al．VEGF induces proliferation，migration，and TGF-beta1 expression in mouse glomerular endothelial cells via mitogen-activated protein kinase and phosphatidylinositol 3-kinase［J］．Biochem Biophys Res Commun，2005，334:1049－1060．

［6］Sung SH，Ziyadeh FN，Wang A，et al．Blockade of vascular endothelial growth factor signaling ameliorates diabetic albuminuria in mice［J］．J Am Soc Nephrol，2006，17:3093－3104．

［7］Peng H，Wang C，Ye ZC，et al．How increased VEGF induces glomerular hyperpermeability:a potential signaling pathway of Rac1 activation［J］．Acta Diabetol，2010，47:57－63．

［8］Lee WC，Chen HC，Wang CY，et al．Cilostazol ameliorates nephropathy in type 1 diabetic rats involving improvement in oxidative stress and regulation of TGF-Beta and NF-kappaB［J］．Biosci Biotechnol Biochem，2010，74:1355－1361．

［9］Jaimes EA，Hua P，Tian RX，et al．Human glomerular endothelium:interplay among glucose，free fatty acids，angiotensin Ⅱ，and oxidative stress［J］．Am J Physiol Renal Physiol，2010，298:125 －132．

［10］Rao G，Ding HG，Huang W，et al．Reactive oxygen species mediate high glucose-induced heparanase-1 production and heparan sulphate proteoglycan degradation in human and rat endothelial cells:a potential role in the pathogenesis of atherosclerosis［J］．Diabetologia，2011，54:1527 －1538．

［11］Yao D，Brownlee M．Hyperglycemia-induced reactive oxygen species increase expression of the receptor for ad-vanced glycation end products(RAGE)and RAGE ligands［J］．Diabetes，2010，59:249－255．

［12］Yuan P，Xue H，Zhou L，et al．Rescue of mesangial cells from high glucose-induced over-proliferation and extracellular matrix secretion by hydrogen sulfide［J］．Nephrol Dial Transplant，2011，26:2119 －2126．

［13］Ceriello A，Kumar S，Piconi L，et al．Simultaneous control of hyperglycemia and oxidative stress normalizes endothelial function in type 1 diabetes［J］．Diabetes Care，2007，30:649－654．

［14］Tang D，He B，Zheng ZG，et al．Inhibitory effects of two major isoflavonoids in Radix Astragali on high glucose-induced mesangial cells proliferation and AGEs-induced endothelial cells apoptosis［J］．Planta Med，2011，77:729－732．

［15］Matsui T，Nishino Y，Maeda S，et al．Irbesartan inhibits advanced glycation end product(AGE)-induced up-regulation of vascular cell adhesion molecule-1(VCAM-1)mRNA levels in glomerular endothelial cells［J］．Microvasc Res，2011，81:269 －273．

［16］Zhu P，Ren M，Yang C，et al．Involvement of RAGE，MAPK and NF-kappaB pathways in AGEs-induced MMP-9 activation in HaCaT keratinocytes［J］．Exp Dermatol，2012，21:123－129．

［17］Chen S，Cohen MP，Lautenslager GT，et al．Glycated albumin stimulates TGF-beta 1 production and protein kinase C activity in glomerular endothelial cells［J］．Kidney Int，2001，59:673－681．

［18］Reiniger N，Lau K，Mccalla D，et al．Deletion of the receptor for advanced glycation end products reduces glomerulosclerosis and preserves renal function in the diabetic OVE26 mouse［J］．Diabetes，2010，59:2043 －2054．

［19］Balakumar P，Chakkarwar VA，Krishan P，et al．Vascular endothelial dysfunction:a tug of war in diabetic nephropathy?［J］．Biomed Pharmacother，2009，63:171－179．

［20］Radi R，Beckman JS，Bush KM，et al．Peroxynitrite oxidation of sulfhydryls．The cytotoxic potential of superoxide and nitric oxide［J］．J Biol Chem，1991，266:4244 －4250．