孫琦 王昭昆 劉元濤
[摘要]目的糖尿病腎?。―N)是糖尿病的常見并發(fā)癥。腎臟足突細(xì)胞損傷、凋亡及自噬均參與了DN的發(fā)生發(fā)展過程。其中自噬作為一種溶酶體降解途徑,可以通過各條途徑被激活從而維持細(xì)胞穩(wěn)態(tài),提示自噬可能成為治療DN的新靶點(diǎn)。本文主要就近年來DN中足突細(xì)胞自噬機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
[關(guān)鍵詞]糖尿病腎病;足細(xì)胞;自噬;綜述
[中圖分類號]R587.24[文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A[文章編號]2096-5532(2019)03-0376-03
隨著糖尿病病人數(shù)量的不斷增加,糖尿病腎?。―N)作為糖尿病的一種嚴(yán)重慢性微血管并發(fā)癥,其發(fā)病率也隨之提高。腎小球足突細(xì)胞損傷和凋亡在DN的進(jìn)展過程中,尤其是蛋白尿和腎小球硬化形成過程中具有關(guān)鍵作用,而足突細(xì)胞自噬則是機(jī)體主要的防御機(jī)制之一,它激活后可發(fā)揮腎臟保護(hù)作用。本文主要就近年來DN中足突細(xì)胞自噬機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。
1足突細(xì)胞自噬
自噬是一個高度保守的細(xì)胞過程,它通過將蛋白質(zhì)和其他受損的細(xì)胞器運(yùn)至溶酶體降解以維持細(xì)胞內(nèi)穩(wěn)態(tài)。根據(jù)底物運(yùn)送至溶酶體途徑的不同,自噬可分為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導(dǎo)自噬,其中巨自噬就是通常所說的自噬。自噬是胞質(zhì)中大分子物質(zhì)和細(xì)胞器在雙膜囊泡中降解的生物學(xué)過程,其過程大致包括4個階段:隔離膜、自噬體、自噬溶酶體的形成和自噬體內(nèi)容物的降解[1]。在饑餓、細(xì)胞器損傷、感染等細(xì)胞應(yīng)激情況下,自噬活性將增強(qiáng),提示自噬在細(xì)胞適應(yīng)環(huán)境過程中扮演重要角色[2]。自噬體起源于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜,其形成包括啟動、成核、延長和關(guān)閉,每個步驟都受到自噬相關(guān)基因(Atg)編碼產(chǎn)物的嚴(yán)格調(diào)控[3]。Atg蛋白分為5類:Atg1激酶復(fù)合物(Atg1/Unc-51樣激酶(ULK)1/2)、Atg9、Ⅲ類磷脂酰肌醇3-激酶(PI3K)復(fù)合物以及Atg12-Atg5和Atg8共軛體系[4]。除Atg調(diào)控外自噬還有其他的調(diào)節(jié)機(jī)制,如mTOR基因信號通路和細(xì)胞應(yīng)激途徑等[5]。
2足突細(xì)胞自噬與DN
研究顯示,敲除哺乳動物mTOR基因、前腎素原受體基因和mVps34基因可導(dǎo)致足突細(xì)胞溶酶體功能障礙,引起嚴(yán)重腎小球硬化,出現(xiàn)大量清蛋白尿[6]。持續(xù)高糖血癥狀態(tài)可以抑制自噬相關(guān)蛋白Beclin-1、Atgl2和LC3的表達(dá),使足突細(xì)胞自噬減弱,從而導(dǎo)致足突細(xì)胞的損傷[7-8]。TAGAWA等[9]首次直接證明了足突細(xì)胞自噬參與了DN的進(jìn)展,高糖血癥狀態(tài)下足突細(xì)胞自噬特異性缺陷小鼠表現(xiàn)為足突細(xì)胞減少并產(chǎn)生大量清蛋白尿。因此,維持足突細(xì)胞內(nèi)環(huán)境穩(wěn)態(tài)可阻止高糖血癥損傷足突細(xì)胞,延緩腎病綜合征的發(fā)生發(fā)展。另一研究小組證實(shí),足突細(xì)胞特異性自噬缺陷的小鼠DN進(jìn)展加速,表現(xiàn)為足突細(xì)胞受損,腎小球?yàn)V過屏障(GFB)通透性增加,大量清蛋白尿產(chǎn)生[8]。
3DN中足突細(xì)胞自噬的機(jī)制
對DN中足突細(xì)胞自噬機(jī)制的研究表明,激活足突細(xì)胞自噬從而對DN產(chǎn)生影響的途徑包括Atg12-Atg5共軛體系、mTOR信號通路和氧化應(yīng)激以及血管內(nèi)皮生長因子(VEGF)。
3.1足突細(xì)胞自噬的Atg12-Atg5共軛體系
Atg12是參與自噬體形成的泛素樣蛋白。自噬激活需要通過Atg7和Atg10的刺激使Atg12與Atg5結(jié)合,然后促進(jìn)Atg8和脂質(zhì)磷脂酰乙醇胺在細(xì)胞質(zhì)中結(jié)合。 Atg12-Atg5共軛體系的激活促進(jìn)了自噬體的產(chǎn)生,激活了足突細(xì)胞自噬。LIU等[10]研究表明,G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)的胞內(nèi)信號蛋白中的β-抑制蛋白可以通過下調(diào)Atg12-Atg5共軛體系來抑制足突細(xì)胞自噬,從而加劇DN中的足突細(xì)胞損傷。因此,對該途徑的調(diào)節(jié)可能是一種治療DN病人的新型方法。
3.2足突細(xì)胞自噬的mTOR信號通路
mTOR對細(xì)胞生長調(diào)節(jié)和激活mTOR信號通路抑制自噬至關(guān)重要[11-15]。在哺乳動物中,mTOR與其他蛋白結(jié)合形成mTORC1和mTORC2,其中mTORC1對雷帕霉素敏感。雷帕霉素可抑制mTORC1信號通路,具有腎臟保護(hù)作用,敲除足突細(xì)胞特異性mTOR基因上游抑制因子結(jié)節(jié)性硬化癥復(fù)合物1(TSC1)后mTORC1高度活化,使腎小球和足突細(xì)胞受損[16]。另外,mTOR超活化可促使DN腎小球和腎小管肥大,與足突細(xì)胞損傷和腎小球?yàn)V過率急劇下降有關(guān)。細(xì)胞質(zhì)中營養(yǎng)缺乏(例如生長因子或氨基酸缺陷)可通過抑制mTORC1的表達(dá)而激活自噬。受抑制后mTOR不僅可以激活PI3K復(fù)合物和ULK1復(fù)合物的形成,還可以抑制核糖體蛋白亞基6激酶1(S6K1)的活性。在mTOR的上游有兩個分開的蛋白激酶,即PI3K-Ⅰ/蛋白激酶B(Akt/PKB)和腺苷5′-磷酸-活化蛋白激酶(AMPK),它們受不同條件的調(diào)節(jié)[17]。
3.2.1PI3K-Ⅰ/Akt/PKBPI3K由Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類3種亞型構(gòu)成。作為Atg蛋白家族成員,PI3K-Ⅲ由Vps15調(diào)節(jié)亞基和Vps34催化亞基組成,它可以促進(jìn)磷脂酰肌醇轉(zhuǎn)化為磷脂酰肌醇3-磷酸鹽,然后啟動自噬。相反PI3K-Ⅰ調(diào)節(jié)亞基p58是與催化亞基p110結(jié)合后通過促進(jìn)磷脂酰肌醇3,4,5-三磷酸化而激活A(yù)kt/mTOR信號通路。因此可以認(rèn)為,PI3K-Ⅰ抑制自噬,而PI3K-Ⅲ激活自噬。胰島素受體與酪氨酸激酶受體是存在于足突細(xì)胞膜上的跨膜受體,PI3K-Ⅰ的激活就是由胰島素或胰島素生長因子與胰島素受體或酪氨酸激酶受體相互作用觸發(fā)的,然后激活A(yù)kt/PKB。然后,下游的TSC1/2蛋白質(zhì)被PKD1和Akt/PKB激活的產(chǎn)物抑制。最后,足突細(xì)胞自噬因mTOR的激活而被抑制。最近的研究強(qiáng)調(diào)了DN和營養(yǎng)依賴性途徑之間的關(guān)系,其中包括mTOR信號通路。在DN模型中,特別是1型DN,胰島素抵抗阻斷了Akt/PKB磷酸化,然后通過增加腦中富集的Ras同系物(Rheb)的表達(dá)來激活mTOR。因此,胰島素抵抗可以通過增強(qiáng)mTOR的活性抑制足突細(xì)胞自噬。
3.2.2AMPKAMPK是一種重要的能量代謝調(diào)節(jié)酶,它可以通過細(xì)胞質(zhì)中Ca2+濃度的增加和許多激素、脂肪因子及細(xì)胞因子的刺激而被激活[18]。細(xì)胞內(nèi)AMP/ATP比例降低也可以激活A(yù)MPK。此外,營養(yǎng)缺乏亦可誘導(dǎo)AMPK的活化。在ATP缺乏的情況下,下游TSC1/2被AMPK激活,然后抑制Rheb,最終通過抑制mTOR的激活增強(qiáng)自噬。JIN等[19]研究顯示,小檗堿可以通過增強(qiáng)AMPK的活性減少高糖誘導(dǎo)的小鼠足突細(xì)胞凋亡。由腎素-血管緊張素系統(tǒng)引起的機(jī)械應(yīng)激被認(rèn)為是DN中足突細(xì)胞的主要損傷因素。
螺內(nèi)酯是一種常見的利尿劑,通常用于治療心力衰竭、水腫或原發(fā)性醛固酮增多癥。LI等[20]的研究結(jié)果表明,螺內(nèi)酯具有腎保護(hù)作用,它通過阻斷處于機(jī)械應(yīng)激下的足突細(xì)胞mTOR信號通路而激活足突細(xì)胞自噬。因此,螺內(nèi)酯可能成為治療DN的新方法。雷帕霉素是一種新型的大環(huán)內(nèi)酯類免疫抑制劑,它同時具有抗真菌以及抗T細(xì)胞活性作用[21-22]。此外,雷帕霉素也是一種選擇性的mTOR抑制劑[23]。雷帕霉素可以與親免疫因子結(jié)合形成復(fù)合物,如與FKBP12(FK結(jié)合蛋白,分子量12 000)結(jié)合形成FKBP12-雷帕霉素復(fù)合物,F(xiàn)KBP12-雷帕霉素復(fù)合物通過mTOR磷酸化抑制mTOR的表達(dá)激活自噬。但是雷帕霉素在DN中的臨床試驗(yàn)較少,需要進(jìn)一步的研究來闡明其在DN中的腎臟保護(hù)作用。
3.3足突細(xì)胞自噬中的活性氧(ROS)
除了胰島素和營養(yǎng)缺乏,細(xì)胞內(nèi)的代謝變化也與DN的發(fā)病機(jī)制有關(guān),其中涉及到ROS的增加。有研究表明,ROS是激活足突細(xì)胞自噬最常見的因子[24-26]。ROS產(chǎn)物的增加可激活PKR樣激酶(PERK),然后通過eIF2a磷酸化來氧化Atg4蛋白酶,隨后提升LC3蛋白水解水平并防止mTOR激活。MA等[26]的研究表明,在暴露于高葡萄糖環(huán)境24 h后,足突細(xì)胞自噬可通過上調(diào)線粒體ROS的產(chǎn)生而被激活。另外,足突細(xì)胞受血管緊張素Ⅱ(ANGⅡ)刺激后也可增加ROS的產(chǎn)生并促進(jìn)自噬激活[27]。然而,線粒體中ROS的過度產(chǎn)生可以破壞線粒體膜,并且ROS釋放進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)中可能會對其他細(xì)胞器造成損害。因?yàn)樽允砂邢蚝徒到鈸p傷細(xì)胞器的功能是有選擇性的,所以ROS的增加會有限??梢哉J(rèn)為長期暴露于高糖條件下導(dǎo)致自噬不足,從而導(dǎo)致自噬溶酶體功能障礙和足突細(xì)胞凋亡,最后導(dǎo)致DN。所以減少ROS產(chǎn)生是一種潛在的預(yù)防DN進(jìn)展的方法。
3.4足突細(xì)胞自噬中VEGF的表達(dá)
早期階段的DN動物模型或病人腎臟中的VEGF水平增加。有研究表明,VEGF的升高與腎小球的滲透性增加有關(guān)[28]。VEGF被認(rèn)為是血管生成的啟動子并主要由足突細(xì)胞合成。VEGF-A作為VEGF家族中的成員,在早期階段的DN中對腎小球內(nèi)皮細(xì)胞有負(fù)面影響,并且這種效應(yīng)可以被VEGF-A抑制型逆轉(zhuǎn),并最終改善蛋白尿[29]。目前已有研究證實(shí),自噬可以抑制血管生成[30]。WEI等[31]研究表明,高糖可通過自噬激活下調(diào)升高VEGF的水平。YANG等[32]研究也表明,自噬體的增加可以抑制血管生成。
4結(jié)語與展望
DN是導(dǎo)致終末期腎病的主要原因,且多數(shù)DN病人一旦出現(xiàn)腎功能損害,其預(yù)后往往均較差。目前DN主要以嚴(yán)格控制血壓、血脂、血糖等基礎(chǔ)治療為主,尚無有效預(yù)防、延緩發(fā)展甚至逆轉(zhuǎn)DN的治療手段。因此,隨著自噬相關(guān)通路的深入研究,明確自噬在DN中的具體作用及機(jī)制后,通過調(diào)控自噬相關(guān)的信號通路改善腎臟足突細(xì)胞受損情況有可能成為DN新的治療策略。
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(本文編輯 馬偉平)