姜夢迪，張 文

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院腎臟內(nèi)科，上海200025

2019 年國際糖尿病聯(lián)盟［1］的數(shù)據(jù)顯示，我國有1.164 億成年糖尿病患者，位居世界第一。而糖尿病腎病作為嚴(yán)重影響糖尿病患者生活質(zhì)量及壽命的微血管并發(fā)癥，已成為我國終末期腎病的第一大原因。目前，已知的糖尿病腎病致病機(jī)制包括糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end product，AGE）、氧化應(yīng)激、上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、自噬與凋亡相關(guān)通路等10 余種因素?！按x記憶”［2］的發(fā)現(xiàn)，使表觀遺傳作為一種具有延長效應(yīng)的機(jī)制［3］，在糖尿病腎病發(fā)病機(jī)制的研究中受到重視。表觀遺傳是指基于非基因序列改變所引起的基因表達(dá)水平的變化，包括組蛋白修飾、DNA 甲基化、RNA 干擾等［4］。組蛋白修飾作為其中重要的組成部分，廣泛參與了糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展過程。本文就糖尿病腎病發(fā)病過程中被廣泛研究的組蛋白修飾與靶向干預(yù)進(jìn)行綜述。

1 “代謝記憶”、組蛋白修飾與糖尿病腎病

1.1 “代謝記憶”與糖尿病腎病

2003 年，糖尿病控制與并發(fā)癥試驗(yàn)（Diabetes Control and Complications Trial，DCCT）及糖尿病干預(yù)與并發(fā)癥流行病學(xué)（Epidemiology of Diabetes Interventions and Complications，EDIC）研究組［2］為“代謝記憶”提供了強(qiáng)有力的證據(jù)。DCCT發(fā)現(xiàn)，早期強(qiáng)化血糖控制可減少糖尿病腎臟并發(fā)癥的發(fā)生及降低其嚴(yán)重程度；后續(xù)的EDIC 觀察性研究中，將DCCT 中強(qiáng)化治療組患者的治療保持不變，原常規(guī)血糖控制組患者改用強(qiáng)化治療方案，繼續(xù)隨訪10年的結(jié)果顯示：繼續(xù)接受相同的強(qiáng)化治療后，即使2組糖化血紅蛋白水平逐漸趨向于一致，原常規(guī)血糖控制組腎臟并發(fā)癥的發(fā)生率仍高于強(qiáng)化治療組。說明糖尿病患者若不盡早糾正高血糖狀態(tài)，即使后期血糖控制達(dá)標(biāo)，仍不能阻止包括糖尿病腎病在內(nèi)的一系列并發(fā)癥的發(fā)生，這就是“代謝記憶”效應(yīng)。英國前瞻性糖尿病研究（United Kingdom Prospective Diabetes Study，UKPDS）［5］對2 型糖尿病患者的多中心臨床試驗(yàn)也得到了同樣的結(jié)果。由于短暫的環(huán)境暴露對細(xì)胞功能產(chǎn)生持續(xù)的影響，可能作為代謝記憶的某種分子手段［6］，表觀遺傳進(jìn)入研究者的視野，后續(xù)眾多的動物模型實(shí)驗(yàn)都證明了表觀遺傳在糖尿病腎病的病理生理過程中起到關(guān)鍵作用。

1.2 糖尿病腎病與組蛋白修飾

糖尿病腎病突出的臨床表現(xiàn)為大量白蛋白尿和快速進(jìn)展的腎功能損害。組蛋白修飾作為一種靈活的調(diào)控方式，參與多種已知的糖尿病腎病的致病過程。

組蛋白是存在于所有真核生物染色體內(nèi)，與DNA 結(jié)合的堿性蛋白質(zhì)。染色體由核小體組成。每個核小體是由各2 個單位的4 類核心組蛋白H2A、H2B、H3 和H4 組成的八聚體。組蛋白修飾主要發(fā)生在其暴露的氨基末端，修飾類型包括甲基化、乙酰化、泛素化和磷酸化等。這些修飾被各種酶嚴(yán)格調(diào)控，包括：①“書寫者”，如組蛋白乙?；福╤istone acetyltransferase，HAT）和組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶（histone methyltransferase，HMT）。②“擦除劑”，如組蛋白去乙酰化酶（histone deacetylase，HDAC）和組蛋白去甲基化酶（histone demethylase，HDM）。這些酶使各種修飾狀態(tài)處于動態(tài)平衡，從而改變?nèi)旧|(zhì)構(gòu)象（疏松或致密），以調(diào)節(jié)基因轉(zhuǎn)錄。組蛋白乙?；瘜蜣D(zhuǎn)錄起到促進(jìn)作用，而組蛋白甲基化則具有促進(jìn)或抑制作用?；蚪M中不同調(diào)控區(qū)域的組蛋白的異常改變最終可能導(dǎo)致基因轉(zhuǎn)錄的失調(diào)和疾病的發(fā)生［7］。

2 組蛋白修飾與白蛋白尿形成

足細(xì)胞失連接、凋亡以及足突消失所引起的足細(xì)胞病變（表型改變、數(shù)量減少）是糖尿病腎病白蛋白尿形成的主要原因。

2.1 組蛋白甲基化與足細(xì)胞病變

組蛋白甲基化修飾可促進(jìn)或抑制基因轉(zhuǎn)錄，所以發(fā)生在不同基因的組蛋白甲基化起到的作用愈加復(fù)雜。研究最為深入的是發(fā)生在組蛋白H3亞基第27位賴氨酸的甲基化（H3K27me）。該位點(diǎn)的特異性HMT 是zeste 基因增強(qiáng)子同源物2（enhancer of zeste homolog 2，EZH2）［8］，特異性HDM 則是含有JumonjiC結(jié)構(gòu)域的賴氨酸去甲基化酶6A （lysine-specific demethylase 6A， KDM6A） 和KDM6B［9］。

體外實(shí)驗(yàn)［10］證實(shí)，高糖環(huán)境下，足細(xì)胞Notch 信號通路中的關(guān)鍵因子——Jagged-1 基因啟動子處的H3K27me 水平因EZH2 下調(diào)而下降，使轉(zhuǎn)錄水平升高，引起足細(xì)胞去分化；EZH2 下調(diào)還可增加氧化應(yīng)激的蛋白硫氧還蛋白相互作用蛋白（thioredoxin interacting protein，TXNIP）的表達(dá)，加重足細(xì)胞損傷［11-12］。另一實(shí)驗(yàn)［13］結(jié)果則發(fā)現(xiàn)，高糖刺激足細(xì)胞可抑制EZH2 的拮抗因子WT1（Wilms'tumor 1）的表達(dá)，從而活化EZH2，使Wnt信號通路的負(fù)調(diào)節(jié)因子——分泌型卷曲相關(guān)蛋白1（secreted frizzled-related protein 1，SFRP1）基因啟動子處因?yàn)镠3K27me 水平的增加而沉默，激活Wnt 信號通路，引起足細(xì)胞一系列損傷，包括向間質(zhì)細(xì)胞轉(zhuǎn)換，結(jié)構(gòu)完整性被破壞，凋亡和氧化應(yīng)激損傷。

H3K27me 的去甲基化同樣參與足細(xì)胞病變。Kruppel樣因子（Kruppel-like factor，KLF）作為一種轉(zhuǎn)錄因子，可通過正反饋?zhàn)饔脭U(kuò)大KDM6A導(dǎo)致的足細(xì)胞去分化（即足突消失）［14］。使用KDM6A 和KDM6B 的抑制劑可減少糖尿病小鼠的白蛋白尿，改善足細(xì)胞去分化的情況［10］。

2.2 組蛋白乙酰化與足細(xì)胞病變

組蛋白乙?；揎椧脖蛔C實(shí)參與足細(xì)胞病變。沉默信息調(diào)節(jié)因子6（silent information regulator 6，SIRT6）是組蛋白H3 亞基第9 位賴氨酸乙?；℉3K9ac）的特異性HDAC。在糖尿病腎病患者的腎組織和糖尿病小鼠的模型中，SIRT6 均下調(diào)，Notch 信號通路激活，引起下游的炎癥反應(yīng)、凋亡和自噬反應(yīng)，從而導(dǎo)致足細(xì)胞損傷、足突消失［15］。含SH2 結(jié)構(gòu)域的酪氨酸磷酸酶-1（SH2-domaincontaining protein-tyrosine phosphatase-1，SHP-1）是一種胞質(zhì)酪氨酸磷酸酶，已被證明能使參與酪氨酸激酶家族受體細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)的多種磷酸化蛋白脫磷酸。在高糖環(huán)境下，小鼠和人類足細(xì)胞SHP-1啟動子區(qū)域富含H3K9/14ac，使SHP-1表達(dá)水平升高，促進(jìn)足細(xì)胞凋亡［16］。

3 組蛋白修飾與腎功能損害

系膜細(xì)胞肥大、腎小管上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化等，引起系膜基質(zhì)累積過多，使得腎小球?yàn)V過率下降，進(jìn)而引起腎小球硬化和腎臟纖維化，最終導(dǎo)致快速進(jìn)展的腎功能損害。

3.1 組蛋白乙酰化與腎功能損害

在糖尿病腎病系膜細(xì)胞及基質(zhì)的病變中，組蛋白乙?；芯枯^多的是p300/環(huán)磷腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP） 效應(yīng)元件結(jié)合蛋白（cAMPresponse element binding protein， CREB） 結(jié) 合 蛋 白（CREB-binding protein，CBP） 和p300/CBP 相 關(guān) 因 子（p300/CBP-associated factor，PCAF），這兩者可增加組蛋白乙?；?7］。一項對國內(nèi)2 型糖尿病患者的病例對照研究發(fā)現(xiàn)，p300 基因變異、大于65 歲和女性是糖尿病腎病發(fā)生發(fā)展的危險因素［18］。

該類HAT可通過上調(diào)組蛋白H3亞基的乙?；絹砑訌?qiáng)多個炎癥因子的基因轉(zhuǎn)錄，從而參與糖尿病腎臟的炎癥反應(yīng)過程［19］。糖尿病小鼠腎小球系膜細(xì)胞中，葡萄糖流入使細(xì)胞產(chǎn)生cAMP，顯著地增加了蛋白激酶A（protein kinase A，PKA）的活性?；罨腜KA 增加轉(zhuǎn)化生長因子β1（transforming growth factor-β1，Tgf-β1）和結(jié)締組織生長因子（connective tissue growth factor，Ctgf）等主要促纖維化因子基因啟動子處的p65和CREB 的磷酸化，繼而募集CBP，發(fā)揮其乙?；傅淖饔?，上調(diào)以上促纖維化因子基因的轉(zhuǎn)錄，引起腎臟纖維化。同時高糖可導(dǎo)致生成過多的檸檬酸，提供了更多乙?；璧囊阴；?0］。

高糖誘導(dǎo)增加的TGF-β1，可通過蛋白激酶B（protein kinase B，PKB）募集Smad蛋白（Sma-and Madrelated protein）及p300，發(fā)揮HAT 的作用，增加E26 轉(zhuǎn)錄因子-1（E26 transformation specific-1，Ets-1）的乙酰化，使染色體結(jié)構(gòu)疏松，而引起微RNA（microRNA，miRNA）的聯(lián)級反應(yīng)，使Ⅰ型膠原蛋白α2 鏈（collagen type Ⅰα 2 chain，COL1A2）和纖溶酶原激活物抑制劑-1（plasminogen activator inhibitor 1，PAI-1）產(chǎn)生增多，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）累積增加和系膜細(xì)胞肥大［21–23］。

組蛋白的去乙?；鸬揭种苹蜣D(zhuǎn)錄的作用。糖尿病小鼠腎臟組織中HDAC3 水平增加，下調(diào)了miR-10a 的表達(dá)，從而使下游CREB1的核內(nèi)含量增加，引起ECM的累積［24］。在高糖環(huán)境下，SIRT1 抑制活性氧（reactive oxygen species，ROS）相關(guān)基因的保護(hù)作用被EZH2 下調(diào)［25］， 人 內(nèi) 皮 素-1、 TGF- β1 及 下 游 纖 連 蛋 白（fibronectin，F(xiàn)N）的表達(dá)增加［26］，從而產(chǎn)生腎臟損傷。

3.2 組蛋白甲基化與腎功能損害

組蛋白甲基化在系膜及間質(zhì)病變引起的腎功能損害中的作用多樣。在大鼠系膜細(xì)胞中，高糖環(huán)境使得TGF-β1 的水平上調(diào)，并通過miR-101b 上調(diào)KDM6A 和KDM6B，以及抑制EZH2 的水平，降低Ctgf、Pai-1 等基因啟動子處組蛋白的甲基化，從而激活炎癥反應(yīng)［27］；而敲除Kdm6b 基因則可緩解高糖狀態(tài)誘發(fā)的炎癥反應(yīng)［28］。

SUV39H1 是組蛋白H3 亞基第9 位賴氨酸的特異性HMT。在人近端腎小管上皮細(xì)胞中，高糖環(huán)境可使SUV39H1 的表達(dá)呈現(xiàn)動態(tài)變化，最終使白介素-6（interleukin-6，IL-6）、核因子κB（nuclear factor κB，NFκB）、 單 核 細(xì) 胞 趨 化 蛋 白-1 （monocyte chemotactic protein-1，MCP-1） 等促炎性細(xì)胞因子基因的表達(dá)增加［29］。而KUMP-1 是一種基于黃嘌呤的合成衍生物（可增加一氧化氮合成酶的水平），其通過上調(diào)SUV39H1 的水平，減輕糖尿病性腎小球硬化［30］。細(xì)胞周期相關(guān)蛋白p21則通過甲基轉(zhuǎn)移酶Set7/9的甲基化和p300的乙?；揎棿傧的ぜ?xì)胞肥大［31］。

糖尿病患者血液中的脂質(zhì)異常同樣可通過組蛋白甲基化導(dǎo)致腎臟損傷。脂質(zhì)產(chǎn)物的氧化可通過增加Set7 水平和促進(jìn)核易位，使促纖維化因子基因處的H3K4me 富集［32-33］；高脂肪酸血癥可通過減少叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O1（forkhead box O1，F(xiàn)oxO1）啟動子的組蛋白甲基化水平，增加其轉(zhuǎn)錄活性，從而參與胰島素抵抗引起的腎臟損傷［34］。

3.3 組蛋白泛素化與腎功能損害

泛素化通常與蛋白質(zhì)的降解有關(guān)，但組蛋白的泛素化多位于其他組蛋白修飾如甲基化、乙酰化的上游。如高血糖狀態(tài)下，大鼠系膜細(xì)胞中AGE 的產(chǎn)生使H2A/H2B的泛素特異性蛋白酶22（ubiquitin-specific protease 22，USP22）減少，導(dǎo)致SIRT1 降解增加，使下游的FN 和TGF-β1 表達(dá)增加［35］。另有研究［36-37］報道，高糖狀態(tài)使得H2A 去 泛 素 化 酶MYSM1 （Myb-like，SWIRM and MPN domains 1） 的 表 達(dá) 增 加， 繼 而 增 加Set7 和SUV39H1 的表達(dá)，使ECM 的標(biāo)志——COL1A1、PAI-1 和CTGF 等基因轉(zhuǎn)錄增加。阿司匹林則被發(fā)現(xiàn)可降低MYSM1，從而起到保護(hù)腎臟的作用［38］。

4 糖尿病腎病的組蛋白修飾干預(yù)

4.1 HDAC的抑制劑

曲古菌素A（trichostatin，TSA）作為一種廣譜的HDAC 抑制劑，于2003 年首次被發(fā)現(xiàn)可減少蛋白尿［39］。在高糖環(huán)境中，TSA 可通過干預(yù)TGF-β1 參與的氧化應(yīng)激過程，來下調(diào)HDAC2 介導(dǎo)的ECM 表達(dá)及上皮細(xì)胞-間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，從而改善腎臟纖維化并減少尿蛋白［40］。另一種HDAC 抑制劑伏立諾他（vorinostat），被發(fā)現(xiàn)通過阻斷內(nèi)皮型一氧化氮合成酶相關(guān)的氧化應(yīng)激改善糖尿病腎臟損傷［41］，并可通過下調(diào)表皮生長因子減緩糖尿病導(dǎo)致的腎臟體積增大及腎小球肥大［42］。除藥物外，針對HDAC 的RNA 干擾也可減少因高糖環(huán)境導(dǎo)致的腎臟細(xì)胞損傷［43-44］。

4.2 具有HDAC抑制作用的藥物

2015年，丙戊酸首次被報告可通過增加H3、H4的乙?；?，下調(diào)NF-κB/誘導(dǎo)型一氧化氮合酶通路、增強(qiáng)自噬來抑制腎小球肥大與足細(xì)胞損傷［45］；還可通過調(diào)節(jié)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激相關(guān)蛋白的乙?；?，減少腎細(xì)胞凋亡［46］。丁酸鈉則通過抑制HDAC 的活性，激活抗氧化應(yīng)激的核因子NF-E2 相關(guān)因子（nuclear factor erythroid-2 related factor 2，Nrf2）以減少腎臟纖維化［47］。血管緊張素Ⅱ受體1（angiotensin Ⅱreceptor 1，AT1R）拮抗劑，可部分逆轉(zhuǎn)系膜細(xì)胞中AGE 受體和MCP-1 等促炎性細(xì)胞因子基因啟動子處的高糖導(dǎo)致的H3K9/14ac 水平升高，從而降低AGE 導(dǎo)致的腎臟損傷［48］。阿托伐他汀的腎臟保護(hù)作用，獨(dú)立于其降脂功能，可能通過改變細(xì)胞的代謝狀態(tài)，抑制HDAC活性［49］。

4.3 其他干預(yù)靶點(diǎn)

替米沙坦可恢復(fù)抑制性的H2 蛋白的泛素化標(biāo)記，從而減少M(fèi)CP-1 和TGF-β1 的基因轉(zhuǎn)錄［50］；AT2R 的激動劑復(fù)合物21（compound 21，C21），與替米沙坦聯(lián)用，可增強(qiáng)后者對PCAF的抑制作用，減輕腎臟細(xì)胞凋亡，改善腎臟的形態(tài)和功能［51-52］。阿曲生坦，作為選擇性內(nèi)皮素受體拮抗劑，通過改善miR-199b-5p 啟動子的H3 修飾，上調(diào)具有腎臟保護(hù)作用的靶蛋白Klotho［53］。

5 結(jié)語與展望

糖尿病腎病的發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，防治方法少。以上研究提示，表觀遺傳，尤其是組蛋白修飾，廣泛參與了糖尿病腎病的發(fā)病過程。因此，組蛋白修飾有望成為糖尿病腎病治療的關(guān)鍵靶點(diǎn)。相關(guān)靶向干預(yù)，如HDAC 抑制劑，已在血液惡性腫瘤患者中進(jìn)行了臨床應(yīng)用，并在糖尿病腎病動物模型中取得了明顯的治療效果。但因其影響復(fù)雜，目前尚無糖尿病腎病相關(guān)的組蛋白修飾靶向干預(yù)的臨床研究。因此，為達(dá)到更好的治療效果和保證治療的安全性、穩(wěn)定性，仍需要對糖尿病腎病的組蛋白修飾進(jìn)行深入研究。