馬興杰,楊麗霞 綜述,董岸鶯審校

(解放軍第273醫(yī)院心腎呼吸科,新疆庫爾勒 841000)

糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一,是導(dǎo)致終末期腎衰竭的主要病因之一[1]。DN早期為微量清蛋白尿,逐漸發(fā)展到難治性大量蛋白尿,最后出現(xiàn)腎衰竭。蛋白尿是糖尿病腎病的主要臨床表現(xiàn),也是糖尿病腎病進(jìn)展的獨(dú)立危險因素[2]。因此,探討DN蛋白尿發(fā)生機(jī)制具有非常重要的臨床意義。

1 腎小球血流動力學(xué)異常

腎小球血流動力學(xué)異常被認(rèn)為是DN蛋白尿發(fā)生的始動因素。糖代謝紊亂導(dǎo)致一系列血管活性因子反應(yīng)性增強(qiáng),如血管緊張素Ⅱ(angiotensin-Ⅱ,Ang-Ⅱ)、血管緊張素轉(zhuǎn)化酶(angiotensin coverting enzyme,ACE)、內(nèi)皮素(endothelin,ET)、激肽釋放酶-激肽系統(tǒng)(kallikrein-kinin system)、前列腺素(prostaglandin,PG)、血栓素(thromboxane,TX)、心鈉素(atrial natriuretic factor,ANF)和一氧化氮(nitric oxide,NO)等活性改變,這些因素均可使腎小球入球小動脈擴(kuò)張,腎小球毛細(xì)血管的血流量入量增加,而出球小動脈擴(kuò)張不明顯,從而使腎小球?yàn)V過壓增加,出現(xiàn)腎小球內(nèi)高濾過。腎小球內(nèi)高濾過促使血漿清蛋白從毛細(xì)血管壁濾過增加;腎小球內(nèi)高壓對腎小球固有細(xì)胞結(jié)構(gòu)及功能均造成不同程度的影響。腎小球高濾過使腎小球毛細(xì)血管內(nèi)切流壓增加,血管內(nèi)皮細(xì)胞在長期承受這種壓力的情況下,其形態(tài)和功能將隨之發(fā)生一系列變化,包括細(xì)胞內(nèi)pH的變化,內(nèi)皮細(xì)胞血管活性因子異常以及血管反應(yīng)性的改變[3]。腎小球內(nèi)高壓力使腎小球毛細(xì)血管處于一種擴(kuò)張狀態(tài),進(jìn)而對系膜區(qū)造成一種牽張力,系膜細(xì)胞和上皮細(xì)胞在這種牽張力的作用下細(xì)胞基質(zhì)合成增加,造成系膜區(qū)增寬和腎小球基底膜增厚。

2 腎小球?yàn)V過膜

腎小球?yàn)V過膜從內(nèi)到外分為3層結(jié)構(gòu):內(nèi)皮細(xì)胞、基底膜和足細(xì)胞。濾過膜3層結(jié)構(gòu)相互支撐,存在活躍的物質(zhì)交換和相互調(diào)控。糖尿病腎病時,腎小球?yàn)V過膜結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生改變是形成蛋白尿的主要原因。

2.1 腎小球內(nèi)皮細(xì)胞 腎小球內(nèi)皮細(xì)胞(endotheliocyte)是腎小球?yàn)V過屏障的第1層。內(nèi)皮細(xì)胞與血液循環(huán)直接接觸,它不僅直接受腎小球內(nèi)高灌注、高濾過和高壓力等作用的直接損害,還受DN患者血液成分變化的影響。內(nèi)皮細(xì)胞窗孔結(jié)構(gòu)(podocalycin)僅由一層酸性糖蛋白組成的細(xì)胞衣覆蓋,是內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)揮機(jī)械屏障的主要結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),窗孔結(jié)構(gòu)損傷直接影響血管壁的通透性,導(dǎo)致血漿清蛋白漏出。內(nèi)皮細(xì)胞表面被覆帶負(fù)電荷的糖萼(glycocalyx),使內(nèi)皮細(xì)胞具有電荷選擇作用[4]。Deckert等[5]發(fā)現(xiàn)DN患者腎小球內(nèi)皮細(xì)胞合成帶負(fù)電荷的糖蛋白能力下降;King等[6]研究發(fā)現(xiàn)高血糖能促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞死亡,抑止內(nèi)皮細(xì)胞的增殖并使體外培養(yǎng)的內(nèi)皮細(xì)胞達(dá)到完全融合的時間延長。糖尿病腎病時,腎小球內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生壞死或凋亡,從基底膜脫落進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)中,導(dǎo)致腎小球內(nèi)皮數(shù)目減少和內(nèi)皮完整性受損,間隙增寬血液物質(zhì)容易進(jìn)入內(nèi)皮下形成沉積物從而損傷腎小球[7]。

2.2 腎小球基底膜 腎小球基底膜(glomerular basement membrane,GBM)是濾過屏障的第 2層。GBM 厚約300～350 nm,主要由Ⅳ型膠原(Ⅳ-C)、硫酸肝素蛋白聚糖(HSPG)和層黏連蛋白(LN)等組成。正常情況下,基底膜主要成分在可降解基膜的蛋白酶-基質(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinases,MMPs)和組織蛋白酶的作用下,合成、降解處于動態(tài)平衡,形態(tài)、結(jié)構(gòu)和厚度正常。然而DN患者長期處于高糖狀態(tài),腎臟局部腎素高度活化,維持 GBM正常代謝的諸因素失去平衡[8]。體外研究表明,高糖能顯著增加腎小球足細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞Ⅳ型膠原α 1鏈、α 3鏈和α 5鏈mRNA和蛋白質(zhì)的表達(dá),并認(rèn)為這可能是糖尿病腎病GBM增厚、通透性增加的原因[9]。Susanne等[10]亦報道活檢前5年的平均糖化血紅蛋白水平增高是GBM增厚的獨(dú)立危險因素。

2.3 腎小球足細(xì)胞 腎小球足細(xì)胞(podocyte)是濾過屏障的最后一部分。兩相鄰足突之間的裂隙稱為裂孔,表面覆蓋著拉鏈狀結(jié)構(gòu)的裂孔隔膜(slitmembrane),裂孔隔膜是血漿蛋白通過脈管系統(tǒng)的最后屏障,其組成的蛋白主要有nephrin、podocin、CD2AP、ZO-1等,裂孔隔膜的完整性是腎小球?yàn)V過機(jī)械屏障的關(guān)鍵[11-12]。

足細(xì)胞膜表面和裂孔隔膜表面附有一層較厚的帶負(fù)電荷的唾液酸糖蛋白,是腎小球?yàn)V過電荷屏障的重要組成部分。腎小球的3種固有細(xì)胞均可以合成蛋白多糖,但足細(xì)胞是合成帶有負(fù)電荷的蛋白多糖的最重要來源。Podocalyxin是足突頂膜區(qū)主要的帶負(fù)電荷跨膜蛋白。Koop等[13]通過腎組織活檢發(fā)現(xiàn)DN患者該蛋白表達(dá)減少或消失。Economou等[14]在STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠模型中發(fā)現(xiàn),Podocalyxin的表達(dá)較正常對照組下降45%,以高糖刺激體外培養(yǎng)足細(xì)胞發(fā)現(xiàn),Podocalxin的表達(dá)幾乎全部被抑制,故推斷DN時Podocalyxin表達(dá)量下降,腎小球?yàn)V過電荷屏障減弱,促進(jìn)蛋白尿的發(fā)生,加速了DN的進(jìn)展。

足細(xì)胞通過α 3β1整合素與 GBM 相連[15]。Pagtalunan等[16]研究證實(shí)糖尿病大鼠腎病模型中α 3β1整合素 mRNA水平從第2周起明顯減低,并在整個病程進(jìn)展中處于低水平。Roselli等[17]研究認(rèn)為高血糖可抑制糖尿病患者或鼠足細(xì)胞α 3β1整合素的表達(dá),并隨病程的延長抑制作用加強(qiáng)。故推斷高糖可通過對α 3β1整合素的抑制作用導(dǎo)致足細(xì)胞脫落。足細(xì)胞通過有限的增殖來代償缺失的足細(xì)胞。如足細(xì)胞從基底膜上剝脫的速度超過了足細(xì)胞的代償能力,致基底膜部分區(qū)域裸露,腎小球?yàn)V過膜的完整性遭到破壞,大量清蛋白從濾過膜濾出形成蛋白尿。White等[18]證實(shí)蛋白尿與足細(xì)胞數(shù)量及足細(xì)胞密度存在明顯的負(fù)相關(guān)。Dalla等[19]通過對67例白人2型糖尿病患者腎活檢發(fā)現(xiàn)足細(xì)胞密度明顯低于正常對照組。劉志紅等[20]研究表明,DN患者早期足細(xì)胞數(shù)目和密度已開始減少,并隨病變加重而加重。

Blum等[21]認(rèn)為由于腎小球足細(xì)胞足突寬度增加致使單位長度GBM上裂隙孔數(shù)目減少,并導(dǎo)致裂孔膜形狀改變,從而影響了機(jī)械屏障的完整性是形成蛋白尿的原因之一。

3 腎小管

在正常生理狀態(tài)下,超濾的蛋白絕大部分經(jīng)腎小管重吸收,只有少數(shù)蛋白存在于尿中[22]。糖尿病時,高糖狀態(tài)不僅能明顯抑制腎小管上皮細(xì)胞的增殖,還能誘導(dǎo)腎小管上皮細(xì)胞轉(zhuǎn)分化成肌成纖維細(xì)胞[23]。肌成纖維細(xì)胞作為組織纖維化的效應(yīng)細(xì)胞,直接參與腎臟纖維化的過程。Thomson等[24]發(fā)現(xiàn),DN腎小球高濾過導(dǎo)致的蛋白尿加重,可能與腎小管肥大使得鈉離子重吸收增加有關(guān)。Nangatu[25]認(rèn)為腎小管間質(zhì)損傷是DN蛋白尿進(jìn)展的媒介,腎功能惡化的程度主要與腎小管、間質(zhì)纖維化程度密切相關(guān),其最終結(jié)果取決于腎間質(zhì)改變的程度。

4 血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子

血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endotheliar growth factor,VEGF)是一種作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的特異性絲裂原,能通過作用于其靶細(xì)胞,即內(nèi)皮細(xì)胞和系膜細(xì)胞上的受體VEGF而發(fā)揮調(diào)節(jié)血管生成及內(nèi)皮細(xì)胞通透性的作用。VEGF在蛋白尿形成中的作用已被大量研究所證實(shí)[26-28]。高血糖一方面通過直接激活蛋白激酶C途徑增加VEGF基因轉(zhuǎn)錄和蛋白表達(dá),另一方面通過如血管緊張素Ⅱ、轉(zhuǎn)化生長因子β(TGF-β)、血小板源性生長因子(PDGF)成纖維細(xì)胞生長因子(FGF)、晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)、機(jī)械牽拉、氧化應(yīng)激等多種因素刺激VEGF表達(dá)上調(diào)[29]。Kim等[30]體外試驗(yàn)證實(shí)高糖均可上調(diào)腎臟系膜細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、足細(xì)胞和遠(yuǎn)端小管細(xì)胞合成和分泌VEGF。1型糖尿病患者,血清VEGF濃度越高,發(fā)展為持久微量蛋白尿的危險性就越大,且早在出現(xiàn)持久微量蛋白尿之前數(shù)年,即有血清VEGF濃度的持續(xù)性升高。同樣,2型糖尿病患者血漿VEGF濃度顯著升高,是正常對照組的2倍,2型糖尿病腎病患者,血漿和尿VEGF濃度與尿蛋白排泄呈正相關(guān)[31]。劉志紅等[3]對糖尿病腎病不同病程階段的患者進(jìn)行基因芯片研究發(fā)現(xiàn),糖尿病早期VEGF mRNA上調(diào),但隨著病情進(jìn)展而逐漸下調(diào);糖尿病后期VEGF下調(diào)可能與足細(xì)胞丟失有關(guān)。

5 晚期糖基化終末產(chǎn)物

晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)是指蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸等大分子在沒有酶參與的條件下,自發(fā)地與葡萄糖或其他還原單糖反應(yīng)所生成的穩(wěn)定共價化合物。高血糖狀態(tài)時,體內(nèi)晚期糖基化終末產(chǎn)物和合成明顯增加,AGEs可使循環(huán)蛋白交聯(lián),交聯(lián)后的清蛋白更易漏出濾過膜,是致使微量清蛋白尿的重要原因之一。漏出的清蛋白堆積在系膜區(qū)能促進(jìn)系膜細(xì)胞增殖和細(xì)胞基質(zhì)增多,導(dǎo)致腎小球硬化。Wendt等[32]發(fā)現(xiàn)在遺傳糖尿病大鼠中足細(xì)胞RAGE激活,導(dǎo)致VEGF表達(dá)增高,增加血管通透性,加重了DN蛋白尿。

總之,DN蛋白尿發(fā)生機(jī)制很復(fù)雜,可能與腎臟血流動力學(xué)異常、腎小球?yàn)V過屏障受損、腎小管重吸收異常及多種生長因子等多個因素綜合所致的結(jié)果。為了更有效地早防早治DN,降低終末期腎病發(fā)生率,進(jìn)一步探索DN蛋白尿的發(fā)生機(jī)制仍是今后一項(xiàng)重要的任務(wù)。

[1]許莉敏,劉必成.糖尿病腎病蛋白尿的發(fā)生機(jī)制[J].腎臟病與透析腎移植雜志,2008,13(5):105-109.

[2]Wiliam F,Keane,Barry M,et al.The risk of developing end stage renal disease in patients with type 2 diabetes and nephropathy:the RENAAL study[J].Kidney Int,2003,63(4):1499-1506.

[3]劉志紅,胡可斌,周虹.2型糖尿病腎病患者腎組織中血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子及其受體的變化[J].腎臟病與透析腎移植雜志,2001,6(5):401-405.

[4]Rostgaard J.Sieve plugs fenestrae of glomerular capillaries-site of filtration barrier[J].Cell Tissuer Organs,2002,52(7):179-184.

[5]Deckert T,Rasmussen B,Johnsen K,et al.Albuminuria reflectswidesp read vascular damage:The Steno hypothesis[J].Diabetologia,1989,32(4):219-225.

[6]King GL,Shiba T,Oliver J,et al.Cellular and molecular abnormalities in the vascular endotheliumof diabetes mellitus[J].Annu Rev Med,1994,179(45):88-94.

[7]李平,謝院生.糖尿病腎病中西醫(yī)結(jié)合研究基礎(chǔ)與臨床[M].上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社,2009:5-76.

[8]Chen S,Lee JS,Cruz MC,et al.AngiotensinⅡstimulates alph3(IV)collagen production in mouse podocytes via TGF-beta and VEGF signalling:implications for diabetic glomerulopathy[J].Nephrol Dial Transplant,2005,20(7):1320-1327.

[9]Zeisberg M,Ericksen M,Hamano Y,et al.Differential ex

pression of typeⅣcollagen isoforms in rat glomerular endothelial and mesangial cells[J].Biochem Biophys Res Commun,2002,295(2):401-409.

[10]Susanne R,Osterby R,Dahlquist G,et al.Predictors of renal morphological changes in the early stage of microalbuminuria in adolescentswith IDDMV[J].Diabetes Care,1997,20(3):265-270.

[11]Lorenzen J,Shah R,Biser A,et al.The role of osteopontin in the development of albuminuria[J].J Am Soc Nephrol,2008,19(5):884-892.

[12]Ziyadeh FN,Wolf G.Pathogenesis of the podocytopathy and proteinuria Pathogenesis of the podocytopathy and proteinuria in diabetic glomerulopathy[J].Curr Diabetes Rev,2008,4(1):39-47.

[13]Koop K,Eikmans M,Baelde HJ,et al.Expression of podocyte associated molecules in acquired human kidney diseases[J].J Am Soc Nephrol,2003,14(8):2063-2074.

[14]Economou CG,Kitsiou PV,Tzina AK,et al.Enhanced podocalyxin expresing alters the structure of podocyte basal surface[J].J Cell Sei,2004,117(15):3281-3286.

[15]呂偉,齊棟,張燕.足細(xì)胞凋亡在糖尿病腎病發(fā)病中的作用[J].醫(yī)學(xué)綜述,2010,21(2):142-145.

[16]Pagtalunan M E,Miller PL,Eagle S,et al.Podocyte loss and progressive glomerular injury in type 2 diabetes[J].J Clin Invest,1997,99(2):342-347.

[17]Roselli S,Heidet L,Sich M,et al.Early glomerular filtration defect and severe renal disease in podocin-deficient mice[J].Mol Cell Biol,2004,24(2):550-561.

[18]White KE,Bilous RW,Marshall SM,et al.Podocyte number in normotensive type 1 diabetic patients with albuminuria[J].Diabetes,2002,51(10):308-314.

[19]Dalla Vestra M,Masiero A,Roiter AM,et al.Is podocyte injury relevant in diabetic nephropathy?Studies in patients with type 2 diabetes[J].Diabetes,2003,52(4):1031-1040.

[20]劉志紅,李世軍,陳朝紅,等.糖尿病腎病患者足細(xì)胞病變的臨床病理特征[J].腎臟病與透析腎移植雜志,2003,8(2):144-147.

[21]Blum S,Nakhoul F,Khankin E,et al.Renal slit diaphragm the open zipper and the failing heart[J].Isr Med Assoc J,2007,9(2):107-112.

[22]Russo LM,Sandoval RM,McKee M,et al.The normal kidney filters nephrotic levels of albumin retrieved by proximal tubule cells:retrieval is disrupted in nephrotic states[J].Kidney Int,2007,71:504-510.

[23]Thomas MC,Burns WC,Cooper ME.Tubular changes in early diabetic nephropathy[J].Adv Chronic Kidney Dis,2005,12(2):177-182.

[24]Thomson SC,Vallon V,Blantz RC.Kidney function in early diabetes:the tubular hypothesis of glomerular filtration[J].Am J Physiol Renal Physiol,2004,286(1):8-14.

[25]Nangatu M.Mechanisms of tubulointerstitial injury in the kidney:final common pathways to end stage renal failure[J].Intern Med,2004,43(1):9-14.

[26]Doi K,Noiri E,Fujita T.Role of vascular endothelial growth factor in kidney disease[J].Curr Vasc Pharma-col,2010,8(1):122-129.

[27]Chen S,Ziyadeh FN.Vascular endothelial growth factor and diabetic nephropathy[J].Curr Diab Rep,2008,8(6):470-478.

[28]Ziyadeh FN,Wolf G.Pathogenesis of the podocytopathy and proteinuria in diabetic glomerulopathy[J].Curr Diabetes Rev,2008,4(1):39-46.

[29]Chen S,Kasama Y,Lee JS,et al.Podocyte-derived vascular endothelial growth factor mediates the stimulation of 3(Ⅳ)collagen production by transforming growth factor-1 in mouse podocytes[J].Diabetes,2004,53(11):2939-2945.

[30]Kim NH,Jung HH,Cha DR,et al.Expression of vascular endothelial growth factor in response to high glucose in rat mesangial cells[J].J Endocrinol,2000,165(3):617-624.

[31]Cha DR,Kim NH,Yoon JW,et al.Role of vascular endothelial growth factor in diabetic nephropathy[J].Kidney Int,2000,77(Suppl):104-109.

[32]Wendt TM,Tan J,Gu J,et al.Rage drives the development of glomerulosclerosis and implicates podocyte activation in the pathogensis of diabetic nephropathy[J].Am J Pathol,2003,162(4):1123-1131.