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基于氧化應激途徑探討中醫(yī)藥治療糖尿病腎病的機制研究

2022-12-06 20:55何其函左新河
關(guān)鍵詞:腎小球氧化應激腎病

王 歡,華 川,,何其函,趙 勇,左新河,

(1. 湖北中醫(yī)藥大學,湖北 武漢 430061;2. 湖北省中醫(yī)院,湖北 武漢 430074)

糖尿病腎病(diabetic kidney disease,DKD)是糖尿病微血管并發(fā)癥之一,臨床以腎小球濾過率(GFR)的逐漸下降和白蛋白尿的持續(xù)存在為主要癥狀,隨著病情的發(fā)展最終致終末期腎病(ESRD),需要透析或移植治療[1]。目前研究結(jié)果表明氧化應激在糖尿病腎病啟動和進展中起著至關(guān)重要的作用,氧化應激的增強是促氧化劑酶誘導產(chǎn)生過量的活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)以及伴隨著抗氧化途徑不足的情況下發(fā)生的,過多ROS的產(chǎn)生可引發(fā)腎臟纖維化、炎癥和內(nèi)皮功能障礙[2]。目前臨床預防或治療糖尿病腎病的策略主要依賴于控制血糖以及干擾腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system,RAAS)的藥物,盡管這些治療可減緩氧化應激的增強和DKD的進展,但是該疾病的負擔和死亡率仍然很高,并且大多數(shù)糖尿病性腎病的患者依然會發(fā)展為ESRD[3-4],中藥在一定程度上能干預DKD的氧化應激反應,達到延緩DKD進展的效果,具有多靶點、多層次的優(yōu)勢,本文以干預氧化應激增強為研究目標,從單味中藥及中藥成分、中藥復方等方面進行概述,以期為中醫(yī)藥治療糖尿病腎病的深入研究提供參考。

1 氧化應激

活性氧(reactive oxygen species,ROS)是生物體內(nèi)與氧代謝有關(guān)的含氧自由基以及易形成自由基的過氧化物的總稱,包括超氧化物自由基(O22-)、羥自由基(·OH)、一氧化氮自由基(·NO)、單線態(tài)氧(O2)和過氧化氫(H2O2)等,在正常生理狀態(tài)下機體可產(chǎn)生少量ROS,其具有調(diào)節(jié)血管張力、細胞黏附和免疫反應等生理功能[5],過量的ROS會激活許多信號傳導通路,也會誘導許多細胞因子、促炎標記物和生長因子的釋放,間接導致組織和細胞的損傷[6]。而抗氧化劑的活性可防止過量氧化劑物種對機體組織積累的潛在破壞作用,當氧化劑或活性氧(ROS)的產(chǎn)生超過局部抗氧化劑能力或抗氧化劑的活性減少時,就會發(fā)生氧化劑/抗氧化劑平衡失調(diào),引起氧化應激的增強從而導致組織損傷[7-8]。

2 氧化應激與DKD

慢性高血糖是糖尿病的一個特征,葡萄糖毒性是糖尿病微血管病變的主要原因,在糖尿病腎病中有一些細胞群在暴露于高血糖環(huán)境中時會出現(xiàn)葡萄糖攝取增強,包括腎小球上皮細胞、腎小球系膜細胞和近端腎小管上皮細胞[9-10],當腎臟長期處于高血糖狀態(tài)下就會激活組織內(nèi)的環(huán)氧合酶途徑、多元醇途徑、非酶糖基化途徑、蛋白激酶C途徑、己糖胺途徑及煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NAPDH)氧化酶等通路,最終導致氧化應激的增強,從而損傷腎組織,包括腎臟結(jié)構(gòu)和功能的損傷,如腎小球狀肥大、腎小球系膜擴張、基底膜增厚、內(nèi)皮功能障礙、細胞外基質(zhì)(ECM)沉積等[11-12],也會誘導許多細胞因子、促炎標記物和生長因子的釋放介導炎癥,而這些細胞因子的釋放會進一步增加氧化應激水平,形成惡性循環(huán)[13]。

由于氧化應激的增強在糖尿病腎病中發(fā)展中有著重要影響,故目前臨床致力于抗氧化劑治療DKD的研究,已顯示RAAS的阻滯劑可獨立于其降壓作用而減慢ESRD的進程,其作用主要通過抑制血管緊張素Ⅱ介導的NADPH氧化酶活化而顯著降低氧化劑種類的產(chǎn)生,但并不能抑制線粒體等其他來源生產(chǎn)的氧化劑,而這些氧化劑可仍在DKD的進程中發(fā)揮作用[14]。另外在一些研究中顯示維生素E和維生素C的抗氧化療法為2型糖尿病患者提供了一定程度的腎保護作用,但其有效性尚不確定[15]。而中醫(yī)藥在治療DKD時具有多靶點、多層次的優(yōu)勢,因此基于大量的實驗研究探討中醫(yī)藥通過減少氧化應激反應來改善ROS對DKD損傷具有重要意義。

3 中醫(yī)藥基于氧化應激途徑防治糖尿病腎病

3.1調(diào)節(jié)抗氧化防御系統(tǒng)的平衡 人體內(nèi)的抗氧化劑主要包括酶促抗氧化劑和非酶促抗氧化劑,酶促抗氧化劑主要包括超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、髓過氧化物酶(MPO)等,非酶促抗氧化劑主要為多種維生素、谷胱甘肽過氧化物酶(GSH-Px)等,這些物質(zhì)都可以減少ROS的過度生產(chǎn),因此它們相互補充、協(xié)作而構(gòu)成一個完善的系統(tǒng)[16]。若ROS的活性超過機體抗氧化防御能力,就會導致氧化應激的增強,因此調(diào)節(jié)抗氧化防御系統(tǒng)的平衡對治療DKD起著重要作用。

3.1.1單味中藥及中藥成分 葛根素的主要活性成分是4,7-二羥基-8-β-D葡萄糖異黃酮,是從豆科植物野葛或粉葛的干燥根中提取的一種有效成分,具有降血糖血脂、抗氧化、改善胰島素抵抗及血流動力學狀態(tài)等作用[17],葛根素通過抑制沉默信息調(diào)節(jié)蛋白(silent mating type information regulation,SIRT1)/叉頭蛋白轉(zhuǎn)錄因子-01(forkhead transcription factor-01,FOX-01) 信號通路減少腎臟ROS和脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛(MDA)的產(chǎn)生,增加SOD和CAT等抗氧化酶的活性,達到減輕DKD中氧化應激反應,改善蛋白尿、腎小球基底膜增厚及線粒體損傷的作用[18]。黃芪的有效成分包括皂苷、多糖及黃酮類,其中黃芪甲苷通過抑制NADP氧化酶/ROS/Akt NF-κB通路,降低糖尿病腎組織中MDA及ROS生成,提高SOD、GSH-Px等抗氧化酶活性,調(diào)節(jié)抗氧化防御體系功能平衡,減少腎臟系膜細胞增殖和改善腎小球收縮功能紊亂減少有關(guān)的腎臟氧化損傷[19]。益智和青錢柳都能夠提高糖尿病腎病小鼠血清SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶水平,從而調(diào)節(jié)體內(nèi)氧自由基的產(chǎn)生與清除之間的平衡,減少氧化應激的產(chǎn)生對腎組織的損傷[20-21],但這兩種中藥的具體作用機制還需進一步研究。目前有研究顯示,早老素相關(guān)菱形樣蛋白(PARL)在線粒體氧化應激中發(fā)揮著重要的作用,DKD大鼠PARL表達下降,益智乙醇提取物能夠使DKD大鼠PARL mRNA表達升高,這可能是益智抗氧化應激作用的機制之一[22]。

3.1.2中藥復方 真武湯出自《傷寒論》,方藥組成為茯苓、芍藥、生姜、附子、白術(shù),全方具有健脾補腎、溫陽利水等功效。有研究發(fā)現(xiàn),真武湯具有抑制ROS生成的作用,減輕腎小球系膜細胞(HMCs)的氧化應激水平,HMCs是腎小球內(nèi)最為活躍的細胞,其過度增殖是導致腎小球硬化、腎臟纖維化的重要因素之一,同時真武湯還能提高SOD和GSH-PX活力,增強HMCs抗氧化能力,通過降低氧化應激水平達到保護腎功能、延緩DKD進展的作用[23]。溫膽湯出自《三因級一病證方論》,方藥組成有半夏、枳實、竹茹、陳皮、甘草、茯苓,具有理氣和胃、健脾滲濕的功效。研究發(fā)現(xiàn)溫膽湯可以減少TNF-α、IL-6等促炎因子及氧化產(chǎn)物MDA,增加抗氧化酶SOD、GSH-Px的含量,促進抗氧化系統(tǒng)的平衡,減少氧化應激反應對腎臟的損傷[24]。自擬芪楂降糖湯[25]、益腎顆粒[26]等臨床經(jīng)驗復方,可以通過提高血清中SOD、CAT、GSH-Px等抗氧化酶水平,減少MAD的產(chǎn)生,從而達到清除體內(nèi)多余的氧自由基,減少對腎小球脂質(zhì)過氧化的損害,發(fā)揮治療DKD的作用。

3.2抑制AGEs-RAGE受體系統(tǒng)表達 AGE是由一些蛋白質(zhì)、氨基酸、脂質(zhì)等大分子物質(zhì)的自由氨基與葡萄糖或其他還原糖在無酶情況下經(jīng)過一系列反應后,形成較為穩(wěn)定的Amadori產(chǎn)物,氧化分解的Amadori產(chǎn)物與其他蛋白質(zhì)的游離氨基發(fā)生反應,就會形成終末產(chǎn)物AGEs[27]。正常情況下, AGEs在體內(nèi)的形成相當緩慢,但研究發(fā)現(xiàn)當機體處于高血糖狀態(tài)時,會加速AGEs的生產(chǎn),導致體內(nèi)大量AGEs積累,AGEs與細胞膜上的RAGE結(jié)合激活AGEs-RAGE受體系統(tǒng),從而進一步激活NADPH氧化酶引起氧化應激反應,產(chǎn)生ROS造成對腎臟的損傷[28]。

3.2.1單味中藥及中藥成分 藥理研究表明牡丹皮具有抗氧化、抗菌抗炎、抗腫瘤等作用[29],其主要成分包括單萜及其苷類、酚及其苷類、多糖等[30],張萌等[31]研究發(fā)現(xiàn)牡丹多糖可以抑制腎組織纖連蛋白(FN)抗體和Ⅳ型膠原蛋白(Col Ⅳ)抗體的表達,減少細胞外基質(zhì)沉積,抑制腎小球基底膜的增厚。另外,牡丹多糖還能降低血清中AGEs和RAGE的含量,減輕氧化應激反應的增強及對腎臟組織的損傷,延緩DKD的進展。黃連中的有效成分槲皮素具有保護血管內(nèi)皮、抗氧化、抗炎等藥理作用,其主要通過抑制AGEs-RAGE受體系統(tǒng)表達,減少細胞內(nèi)氧化應激的發(fā)生,達到保護腎臟足細胞、系膜細胞和近曲小管等細胞的作用[32]。山茱萸環(huán)烯醚萜苷類成分中的特征成分馬錢苷、莫諾苷對腎小球內(nèi)皮細胞有保護作用,并下調(diào)RAGE蛋白表達,抑制RAGE受體,阻斷AGEs-RAGE信號通路,減少氧化應激的反應對腎臟的損傷[33]。丹參酮ⅡA作為丹參重要活性成分之一,能減少AGEs誘導人腎小球系膜細胞 (HMCs) 的RAGE受體的表達,降低氧化應激水平[34]。

3.2.2中藥復方 糖腎方的中藥組成為黃芪、葛根、靈芝、女貞子、制大黃、丹參。具有益氣養(yǎng)陰、活血通絡的功效。杜月光等[35]研究發(fā)現(xiàn)糖腎方可明顯降低糖尿病腎病大鼠的AGEs含量和RAGE表達, 并且可以減少尿白蛋白排泄率和升高內(nèi)生肌酐清除率。

3.3干預各種細胞因子 在DKD的發(fā)病機制中,氧化應激和炎癥都起到關(guān)鍵作用,而氧化應激可以通過激活轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(NF-κB)和激活蛋白-1(AP-1),誘導細胞因子及生長因子的分泌,如結(jié)締組織生長因子(CTGF)、白細胞介素(ILs)、腫瘤壞死因子-α(TNF-α),從而進一步刺激ROS的產(chǎn)生[36]。目前研究發(fā)現(xiàn),糖尿病腎病的實驗動物中NF-κB的表達增加,并且在高糖環(huán)境下AP-1會介導腎小球膜細胞誘導轉(zhuǎn)化生長因子-β(TGF-β)產(chǎn)生[37]。除此之外,細胞因子的產(chǎn)生也會進一步刺激ROS的產(chǎn)生,加重氧化應激反應,從而形成惡性循環(huán),造成對DKD的雙重損傷。

3.3.1單味中藥及中藥成分 黃芪的有效成分包括皂苷、多糖及黃酮類,其中黃芪多糖可以降低TNF-α和白細胞介素-6(IL-6)水平,減輕炎癥反應誘導的氧化應激反應[19]?;⒄瓤傒祯珵榛⒄鹊挠行镔|(zhì)成分,研究表明虎杖總蒽醌可以降低2型糖尿病腎病大鼠中TGF-β1、CTGF、VEGF等細胞因子的表達,抑制腎小球硬化、足細胞及內(nèi)皮細胞損傷,減少抗氧化應激對腎臟的損傷,延緩DKD進展[38]。三七總皂苷通過干預TGF-β1、Caspase-3等細胞因子的生成,減少足細胞凋亡的發(fā)生從而調(diào)節(jié)細胞外基質(zhì)的生成與降解的平衡,減輕腎小球進行性的硬化和腎小管間質(zhì)的纖維化[39],另外,三七總皂苷降低NF-κB P65蛋白乙酰化水平,進而抑制炎癥及氧化應激反應保護腎小球系膜細胞[40]。金櫻子在腎臟疾病的治療中應用較為廣泛,研究表明金櫻子總黃酮具有抗炎、抗氧化和降血脂作用[41],核轉(zhuǎn)錄因子(nuclear factor kappa-B,NF-κB)為介導炎癥反應的啟動因子,會誘導炎性細胞因子的釋放,促進氧化應激反應,金櫻子可通過抑制NF-κB及單核細胞趨化因子(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1)蛋白的表達減少氧化應激反應,從而改善糖尿病大鼠的腎功能[42]。

3.3.2中藥復方 參芪地黃湯出自《雜病犀燭》,具有益氣養(yǎng)陰、滋腎健脾的功效,方藥組成為人參、黃芪、熟地、山藥、茯苓、丹皮、山茱萸,多用來治療氣陰兩虛的早期DKD。研究表明,參芪地黃湯能抑制IL-6、IL-8、TNF-α及超敏C反應蛋白(hsCRP)等血清炎癥因子,減少通過炎癥反應引起機體氧化應激的發(fā)生,從而減少對腎小球內(nèi)皮細胞的損傷[43]。益腎解毒湯的中藥組成有枸杞子、人參、生地黃、土茯苓、黃芪、丹參、大黃、甘草,該方基于“氣陰兩虛、脾腎虧虛、腎絡瘀阻”的病機所組。朱靜[44]研究發(fā)現(xiàn)該方可以減少血清中IL-6、超敏C反應蛋白(hsCRP)等炎癥因子、晚期氧化蛋白產(chǎn)物(AOPP)及AGEs,增強SOD活性,提高自由基清除酶的活性,抑制腎組織過氧化物的生成,減少炎癥因子釋放,清除氧化應激病理產(chǎn)物,減少其病理產(chǎn)物對腎臟的損傷。金匱腎氣丸記載于由東漢醫(yī)圣張仲景所創(chuàng)的《金匱要略》, 是治腎氣不足諸證的第一方,其方組成為干地黃、山藥、山茱萸、澤瀉、茯苓、丹皮、附子、桂枝。在DKD中,TGF-β1可以通過各種途徑導致腎小球細胞外間質(zhì)的合成和降解失調(diào),促進腎小球硬化,CTGF是TGF-β1的關(guān)鍵性下游介質(zhì), 能加劇腎組織纖維化過程的持續(xù)進展,金匱腎氣丸能減少由氧化應激反應誘導的TGF-β1、CTGF等細胞因子,減少對腎組織的損傷,延緩DKD的進展[45]。當歸補血湯始載于《內(nèi)外傷辨惑論》,由黃芪30 g和當歸6 g組成,有實驗證實當歸補血湯原方配比效果最顯著[46]。核因子相關(guān)因子2(Nrf2)是細胞氧化應激反應中的關(guān)鍵因子,對維持細胞內(nèi)氧化還原平衡有著重要作用的轉(zhuǎn)錄因子,當歸補血湯能上調(diào)高糖條件下系膜細胞Nrf2的表達,提高T-SOD的活性,抑制MDA的過多生成,減少高糖環(huán)境下誘導的氧化應激反應,保護系膜細胞[47]。

4 小結(jié)與展望

DKD屬祖國醫(yī)學“消渴腎病”范疇,其病機以腎臟虧虛為本,痰濕、瘀血、濁毒為標[48],消渴燥熱內(nèi)生,損傷腎陰,陰虧津傷;腎氣虧虛,水液氣化失司,聚為痰濕;氣不攝血,血不循經(jīng),發(fā)為瘀血;痰濕、瘀血損傷腎絡,生成濁毒;各種病理產(chǎn)物聚集導致消渴腎病的產(chǎn)生?,F(xiàn)代醫(yī)學中,DKD的發(fā)病機制與機體代謝紊亂、血流動力學異常、細胞外基質(zhì)沉積及炎癥反應等多種機制有關(guān), 而氧化應激反應在諸種機制中發(fā)揮著重要作用。本文就前人關(guān)于中藥單體、有效成分和中藥復方對DKD中氧化應激反應的干預作用的研究進行總結(jié)和分析后發(fā)現(xiàn),中藥單體及中藥有效成分如黃酮、苷類、多糖等,對減少氧化應激反應的發(fā)生有著顯著作用;中藥復方干預DKD中氧化應激反應主要以補腎、化瘀、利水、益氣、養(yǎng)陰等治法為主,與祖國醫(yī)學中糖尿病腎病氣陰兩虛、痰瘀阻絡的發(fā)病機制相符。中醫(yī)藥從辨證論治和整體觀的思想出發(fā),著眼于DKD的關(guān)鍵病機,有助于人們能更好地認識中醫(yī)藥干預DKD中氧化應激反應的作用機制。

隨著對DKD研究的不斷深入,以氧化應激及其相關(guān)信號通路為靶標的藥物,以及對抗氧化防御系統(tǒng)的調(diào)節(jié),將為DKD提供更多的臨床治療方法。研究發(fā)現(xiàn),中醫(yī)藥干預DKD氧化應激反應主要通過以下三個方面發(fā)揮作用:一是調(diào)節(jié)抗氧化防御系統(tǒng)的平衡,提高抗氧化劑的形成,減少ROS對腎臟的損傷;二是干預氧化應激相關(guān)通路——非酶糖基化途徑即AGEs-RAGE受體系統(tǒng),減少氧化應激的發(fā)生;三是干預相關(guān)炎癥細胞因子,抑制炎癥因子誘導ROS的生成,從而減少氧化應激及炎癥對腎臟的損傷。但由于目前中醫(yī)藥作用靶點龐雜,目前尚未能有對于中醫(yī)藥干預氧化應激治療DKD的具體作用機制的明確解釋,所以本研究就目前的中醫(yī)藥成果進行總結(jié),以便為進一步研究提供參考。然而中醫(yī)藥防治DKD的研究仍存在一定局限,例如中醫(yī)藥對DKD干預氧化應激相關(guān)通路的研究不夠全面,并且缺乏與相關(guān)細胞通路之間關(guān)系的探討,還需對其作用機制進行體內(nèi)外實驗的進一步的、全面的挖掘,以便基礎科研成果更好地應用于臨床實踐。

利益沖突:所有作者均聲明不存在利益沖突。

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