孫鳳起，武 韌，常貴全，李鴻珠

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué) 基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 病理生理學(xué)教研室，黑龍江 哈爾濱 150086)

糖尿病是全球范圍內(nèi)常見(jiàn)的非傳染性內(nèi)分泌疾病，國(guó)際糖尿病聯(lián)盟預(yù)測(cè)：2030年全球20～70歲糖尿病患者總數(shù)將達(dá)到5.78億，2045年這一數(shù)字將上升到7億[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病患者常見(jiàn)的微血管慢性并發(fā)癥，也是導(dǎo)致中國(guó)終末期腎臟疾病的第二位原因(僅次于原發(fā)性腎炎)。DN患者腎臟的主要病理改變是：腎小球基底膜增厚、系膜基質(zhì)擴(kuò)張、威爾遜結(jié)節(jié)的形成、足細(xì)胞密度和數(shù)量減少，腎小管萎縮和間質(zhì)纖維化的形成[2]。DN是受多因素影響的復(fù)雜疾病，而腎小球內(nèi)固有系膜細(xì)胞(mesangial cell,MC)的異常激活對(duì)腎小球硬化起至關(guān)重要的推動(dòng)作用。

1 腎小球系膜細(xì)胞(MC)的特點(diǎn)及促進(jìn)腎小球硬化的機(jī)制

MC是分布在腎小球毛細(xì)血管叢小葉間軸心組織的系膜基質(zhì)中的一種細(xì)胞成分，約占腎小球細(xì)胞總量的30%～40%，MC和系膜基質(zhì)共同構(gòu)成腎小球的系膜區(qū)，人的每個(gè)腎臟約有100萬(wàn)個(gè)腎小球。MC在正常生理?xiàng)l件下的主要功能可以概括為以下幾點(diǎn)：1)支撐作用：MC分布在腎小球毛細(xì)血管間，對(duì)毛細(xì)血管起支撐作用。2)收縮作用：這類細(xì)胞又被稱為固有平滑肌樣MC，可以通過(guò)收縮功能調(diào)節(jié)濾過(guò)膜的面積和腎小球?yàn)V過(guò)系數(shù)。3)吞噬作用：MC能吞噬滯留在腎小球?yàn)V過(guò)膜基膜中的蛋白質(zhì)和大分子代謝廢物，凈化腎小球內(nèi)的環(huán)境[3]。在正常情況下超過(guò)99%的MC處于沒(méi)有分裂能力的靜止?fàn)顟B(tài)，這些細(xì)胞只有在病理?xiàng)l件下才被異常激活，尤其在高糖刺激下，MC像血管平滑肌細(xì)胞一樣發(fā)生可逆性表型轉(zhuǎn)換，異常增殖，細(xì)胞內(nèi)蛋白合成活躍，分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)沉積在系膜區(qū)，并可遷移到腎小球毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞和基底膜之間，甚至突入周圍的毛細(xì)血管腔造成毛細(xì)血管閉塞，最終導(dǎo)致腎小球硬化的發(fā)生[4]。

2 高糖刺激下MC異常增殖的機(jī)制

糖尿病是一組病因尚未完全清楚的以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，長(zhǎng)期處于高糖刺激下的MC異常增殖的機(jī)制有以下幾點(diǎn)。

2.1 高糖通過(guò)內(nèi)源性硫化氫水平的降低促進(jìn)MC增殖

硫化氫(hydrogen sulfide,H2S)是一種無(wú)色還原性氣體、具有刺激性的臭雞蛋氣味，一直以來(lái)人們將關(guān)注點(diǎn)都集中在它的毒性研究方面，吸入少量高濃度的H2S即可因強(qiáng)烈的神經(jīng)毒性作用使人斃命，然而這種致命的毒氣在生命體內(nèi)卻起著至關(guān)重要的作用。哺乳動(dòng)物體內(nèi)能通過(guò)酶和非酶兩種途徑產(chǎn)生內(nèi)源性H2S。胱硫醚γ裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)，胱硫醚β合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)，D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO)和3-巰基丙酮酸硫基轉(zhuǎn)移酶(3-merca-ptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)都是細(xì)胞生成H2S的關(guān)鍵酶[5]。雖然這些酶的表達(dá)具有組織特異性，但是4種酶在腎臟中均有表達(dá)，所以腎臟含有豐富的內(nèi)源性H2S。

氣體信號(hào)分子H2S表達(dá)減少，在慢性腎臟病的發(fā)生中起重要作用，DN、高血壓腎病和梗阻性腎病中都存在H2S信號(hào)的缺失[6]。鏈脲佐菌素注射大鼠造模后3周就出現(xiàn)了CSE表達(dá)的減少，血漿和腎臟中H2S的濃度也隨之降低，這種改變可能是觸發(fā)MC增殖的始動(dòng)因素[7]。外源性H2S可抑制高糖誘導(dǎo)的MC增殖，減少纖連蛋白、層黏連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白等細(xì)胞外基質(zhì)成分的表達(dá)，抑制腎小球硬化。雖然外源性H2S對(duì)糖尿病大鼠的空腹血糖沒(méi)有明顯影響，但可以在一定程度上改善糖尿病大鼠的體質(zhì)量喪失，降低糖尿病大鼠血漿肌酐和尿素氮水平，保護(hù)腎功能[8]。目前人們普遍使用硫氫化鈉作為外源性H2S供體，但其水解速度快，短時(shí)間釋放大量H2S氣體，無(wú)法提供穩(wěn)定的濃度環(huán)境，本課題組正致力于研究調(diào)控內(nèi)源性H2S生成的辦法和H2S保護(hù)DN的機(jī)制，其中H2S抑制高糖誘導(dǎo)的MC增殖機(jī)制是研究的重點(diǎn)。

2.2 高糖通過(guò)轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族的激活促進(jìn)MC增殖

各種器官組織纖維化的關(guān)鍵促進(jìn)因子轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn),DN患者的腎臟組織中TGF-β呈高水平狀態(tài)，在各種DN動(dòng)物模型中也呈現(xiàn)相似的結(jié)果[9]。糖尿病患者的MC長(zhǎng)期處于高糖刺激下會(huì)異常合成大量TGF-β前體，經(jīng)蛋白酶切去氨基末端的相關(guān)肽以及后續(xù)復(fù)雜的加工和修飾后，形成成熟的活性分子被分泌到細(xì)胞外，這些過(guò)多表達(dá)的TGF-β又可直接作用于MC促進(jìn)MC增殖[10]。此外，TGF-β刺激MC增殖時(shí)會(huì)誘導(dǎo)MC從收縮型向分泌型的表型轉(zhuǎn)化，MC固有平滑肌細(xì)胞樣標(biāo)志物α-平滑肌肌動(dòng)蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)分泌增加，成纖維細(xì)胞樣標(biāo)志物Ⅰ型膠原蛋白和 Ⅲ 型膠原蛋白表達(dá)增加，造成細(xì)胞外基質(zhì)成分的堆積，導(dǎo)致腎小球硬化[4,11]。早期DN患者的腎臟組織中就有炎性巨噬細(xì)胞的浸潤(rùn)，這些巨噬細(xì)胞在高糖的刺激下會(huì)產(chǎn)生包裹TGF-β的外泌體，其可被腎小球MC直接攝取，激活Smad 3蛋白，促進(jìn)MC的增殖和細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的產(chǎn)生[12]。

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β超家族的重要成員。BMP除強(qiáng)力的誘導(dǎo)成骨作用外，還能夠調(diào)控細(xì)胞增殖、分化、遷移和凋亡，在胚胎發(fā)育和成人細(xì)胞穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)中發(fā)揮作用。目前人類已經(jīng)發(fā)現(xiàn)30多種BMP亞型，其中BMP2、BMP4、BMP6和BMP7的功能最具有代表性[13]。BMP有兩種類型的受體，一型受體有4個(gè)亞型：ALK-1，2，3和6；二型受體有3個(gè)亞型：BMPRⅡ、ActR-Ⅱ和ActR-ⅡB[14]。BMP4/Smad1信號(hào)通路的激活介導(dǎo)糖尿病大鼠腎小球損傷，高糖可刺激MC分泌BMP4，其與一型受體ALK-3結(jié)合后介導(dǎo)下游Smad1的磷酸化，磷酸化的Smad1再與Smad 4結(jié)合，該復(fù)合體轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核內(nèi)調(diào)控靶基因的轉(zhuǎn)錄，造成Ⅰ型和 Ⅳ 型膠原蛋白產(chǎn)生過(guò)多，其中Ⅳ型膠原蛋白是增厚的腎小球基膜和堆積的系膜基質(zhì)的主要成分[15]。BMP7像肝細(xì)胞生長(zhǎng)因子一樣，在糖尿病腎纖維化中起負(fù)性調(diào)控作用，延緩腎纖維化的進(jìn)程[13]。

2.3 高糖通過(guò)影響長(zhǎng)鏈非編碼RNA水平促進(jìn)MC增殖

人類全基因組序列中約98%的核苷酸序列不具有編碼蛋白質(zhì)的能力，這些基因組序列多被轉(zhuǎn)錄形成非編碼RNA，長(zhǎng)度超過(guò)200 nt的非編碼RNA被稱為長(zhǎng)鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)[16]。近些年高通量測(cè)序技術(shù)的迅猛發(fā)展使LncRNA重要的基因表達(dá)調(diào)控作用逐漸顯露。人類已發(fā)現(xiàn)多種與DN有關(guān)的LncRNA，其中Gm4419，?；撬嵘险{(diào)基因1(taurine up-regulated gene 1，TUG1)，H2k2等與腎小球MC異常增殖有關(guān)。Gm4419是DN腎組織中上調(diào)比例最高的LncRNA，將Gm4419過(guò)表達(dá)質(zhì)粒轉(zhuǎn)染至低糖培養(yǎng)的腎小球MC，可明顯促進(jìn)MC的增殖，增加纖連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的表達(dá)[17]。長(zhǎng)期高血糖刺激促使腎臟處于微炎性反應(yīng)狀態(tài)，而Gm4419又可介導(dǎo)核轉(zhuǎn)錄因子-kappaB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p50亞基的入核，活化NF-κB信號(hào)通路，促進(jìn)炎性因子的表達(dá)[18]。TUG1是DN腎組織中下調(diào)的一種LncRNA，TUG1能夠抑制PI3K/AKT信號(hào)通路的活性達(dá)到抑制高糖誘導(dǎo)的MC增殖的效果[19]。TUG1還可作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)抑制miR-377的表達(dá)，減輕miR-377對(duì)靶基因過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的抑制，恢復(fù)PPARγ對(duì)腎臟的保護(hù)作用，增加細(xì)胞外基質(zhì)成分的降解，延緩腎小球硬化的進(jìn)程[20]。這些LncRNA的發(fā)現(xiàn)為DN的深入研究提供了良好的參考材料。

2.4 高糖促進(jìn)MC增殖的其他機(jī)制

在db/db糖尿病小鼠模型和高糖培養(yǎng)的MC中，Hippo通路的失活介導(dǎo)了MC的異常增殖，MST1和Lats1是Hippo通路中重要的蛋白激酶，YAP是其重要的下游效應(yīng)因子。Hippo通路活性降低時(shí)，MST1和Lats1磷酸化的減少促進(jìn)了YAP的表達(dá)和核轉(zhuǎn)位，增加細(xì)胞核內(nèi)YAP和TEAD的結(jié)合，促進(jìn)下游靶基因(細(xì)胞周期蛋白E)的表達(dá)，促進(jìn)MC增殖[21]。低氧誘導(dǎo)因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一種由α亞基和β亞基組成的異源蛋白二聚體轉(zhuǎn)錄因子，除低氧之外，高糖可能是調(diào)控HIF表達(dá)的另一重要因素。高糖培養(yǎng)可增加MC中HIF-1α與HIF-1β的結(jié)合，該復(fù)合體可進(jìn)入細(xì)胞核調(diào)控靶基因轉(zhuǎn)錄，引起細(xì)胞周期依賴蛋白cyclinD1和CDK2上調(diào)，細(xì)胞周期抑制蛋白p21下調(diào)，促進(jìn)MC的增殖[22]。高糖引起MC增殖的相關(guān)機(jī)制還有很多，MC的異常激活是一個(gè)多因素的復(fù)雜過(guò)程。

3 問(wèn)題與展望

DN是開(kāi)始進(jìn)行腎臟替代治療患者腎臟病的主要原因，影響了約40%的1型和2型糖尿病患者[23]。然而臨床觀察發(fā)現(xiàn)，DN發(fā)展至終末期時(shí)，無(wú)論是給予透析治療還是腎移植，其預(yù)后均比其他腎臟疾病患者差。所以，糖尿病患者體檢時(shí)應(yīng)重視尿常規(guī)的檢查，避免發(fā)展到終末期腎病才被發(fā)現(xiàn)。高血糖、高血壓和遺傳易感性是DN發(fā)生的主要危險(xiǎn)因素，高血脂、吸煙和飲食也影響DN的發(fā)生。降糖、降壓、降脂、戒煙和健康的生活習(xí)慣是治療DN的主要手段。S-丙炔-半胱氨酸(又稱ZYZ-802)是一種新型H2S釋放物，已被證實(shí)可以抑制高糖引起的MC過(guò)度增殖和肥大，減輕糖尿病腎臟的炎性反應(yīng)，降低TGF-β1信號(hào)傳導(dǎo)，這表明恢復(fù)腎組織的H2S信號(hào)可能具有治療DN的巨大潛力[8]。這些新型化合物的臨床應(yīng)用效果有待進(jìn)一步證實(shí)。