吳 進 鄭艷輝 吳雪楠

1 南京中醫(yī)藥大學，江蘇省南京市 210000； 2 南京中醫(yī)藥大學附屬南京中醫(yī)院腎病科

糖尿病腎病是糖尿病最常見、最嚴重的慢性并發(fā)癥之一,也是導致糖尿病患者死亡的主要原因。截至2017年,全世界有4.51億糖尿病患者,成人糖尿病患病率為8.4%,預計到2045年,患者人數(shù)將增加到6.93億,患病率將升至9.9%[1]。在我國,18歲及以上人群糖尿病患病率為10.4%,有20%～40%的糖尿病患者合并糖尿病腎病[2]，由糖尿病腎病導致的終末期腎病(ESRD)在我國占16.4%[3], 并呈現(xiàn)逐年增長趨勢。糖尿病腎病的主要表現(xiàn)是持續(xù)性白蛋白尿、高血壓、進行性腎功能受損，如病情無法及時獲得有效控制，隨著病情進一步惡化，患者會出現(xiàn)高血壓、蛋白尿、水腫等癥狀，甚至可引起尿毒癥、腎功能不全等，威脅患者生命[4]。目前糖尿病腎病已經成為全球慢性腎臟病(Chronic kidney disease, CKD)和終末期腎病的主要原因[5]。目前糖尿病腎病的發(fā)病機制并未闡明,現(xiàn)有研究數(shù)據(jù)表明,血液動力學因素、糖代謝紊亂、遺傳因素、組織缺氧及炎性細胞浸潤等均能引起糖尿病腎病[6]?，F(xiàn)目前對于糖尿病腎病的治療主要是降糖類藥物、選擇性內皮素(ETA)受體拮抗劑、鹽皮質激素受體拮抗劑、磷酸二酯酶抑制劑、抗炎類藥物、抗血小板藥物、單克隆抗體治療[7]。Calpain 10通過在腎組織的異常表達參與糖尿病腎病的發(fā)病機制，為糖尿病腎病發(fā)病機制的研究提供了新靶點。

1 Calpain 10的分子特點、生物學特性及蛋白表達

1.1 Calpain 10的分子特點和生物學特性 Calpain 10是Calpains(鈣蛋白酶)家族的一員，是一種廣泛表達的線粒體和胞漿Ca2+調節(jié)的半胱氨酸蛋白酶[8]，Calpains是Ca2+激活的非溶酶體半胱氨酸蛋白酶[9]，定位于胞漿和線粒體，可以調節(jié)細胞凋亡和壞死[10],參與了疾病的發(fā)展，如2型糖尿病、阿爾茨海默病、心肌梗死、急性腎損傷和調節(jié)細胞凋亡[11-14]。2006年，Arrington DD等[8]首次發(fā)現(xiàn)線粒體內存在Calpain 10，利用兔線粒體，Calpain 10在所有的線粒體室中都被發(fā)現(xiàn)，大部分活性在線粒體基。進一步分析發(fā)現(xiàn)，N端的前15個氨基酸作為線粒體靶向序列。Calpain 10有8個剪接變異體，大小15～75kDA不等，并且用酶譜顯示75、56和50kDA大小的Calpain 10的變異體在線粒體中。Calpain 10底物中含有大量脯氨酸、谷氨酸、絲氨酸的蛋白質，并且蘇氨酸殘留體被鈣蛋白酶快速降解[15-17]。

1.2 Calpain 10的蛋白表達 Calpain 10的蛋白表達在多個領域都有研究，可能參與多種疾病狀態(tài),有廣泛意義。迄今為止，Calpain 10與線粒體功能障礙、細胞凋亡、GLUT4囊泡移位、胰島素β細胞胞吐、白內障、高甘油三酯血癥有關,并且與2型糖尿病有遺傳關系[18]，Calpain 10對糖尿病易感基因的全基因組連鎖掃描顯示Calpain 10與2型糖尿病的風險增加有關[19]。近年來，有研究表明Calpain 10在腎臟組織也有變表達，Calpain 10 蛋白在衰老或疾病期間的表達減少會導致腎細胞死亡、動態(tài)功能和/或增加腎臟對損傷的易感性。Marisa D等人[18]實驗中利用腎功能不全的腎組織樣本來檢測老年雄性大鼠中Calpain 10的表達，發(fā)現(xiàn)大鼠腎臟Calpain 10的蛋白表達在開始19個月時下降，在24個月時進一步下降，表明Calpain 10隨著時間的增加而下降，同時檢測腎SGLT1(腎小管上皮標志物)和podocin(腎小球標志物)的蛋白表達，結果顯示SGLT1和podocin也隨時間的增加不斷下降。為了研究Calpain 10在人腎臟中的表達，Marisa D等人[18]檢測了不同年齡段人腎臟樣本Calpain 10水平，21～77歲人類女性腎臟樣本中Calpain 10蛋白表達呈線性下降；在38～77歲男性腎臟腎組織中，Calpain 10表達也有類似下降，這種人類男性和女性腎臟Calpain10蛋白表達丟失，是Calpain 10表達的特異性缺失造成的，表明Calpain10是腎功能所必需的，是腎衰老的標志物。Calpain10電子傳遞鏈蛋白，Calpain10的過度表達或敲除導致線粒體功能障礙和腎細胞受損和凋亡[10],雖然Calpain 10在腎臟老化中發(fā)揮了重要作用，腎臟的大小和功能隨著老化而退化，但是其具體機制目前尚未有人報道，尚不清楚[20]。

2 Calpain 10與糖尿病腎病

糖尿病腎病發(fā)病機制復雜多樣，至今仍不明確，隨著糖尿病腎病腎臟組織特異性蛋白分子的發(fā)現(xiàn)，為糖尿病腎病發(fā)病機制的研究提供了新方向。Calpain 10作為Calpains家族中一個亞型，被發(fā)現(xiàn)在糖尿病腎病腎臟組織中有異常表達。但目前關于Calpain 10在糖尿病腎病腎臟中異常表達以及異常表達加劇糖尿病腎病腎損傷機制的研究和報道甚少，有研究發(fā)現(xiàn)Calpain 10在糖尿病腎病腎組織的表達與年齡有關，Marisa D等[18]研究表明隨著熱量限制Calpain 10減弱的老年人、小鼠、大鼠，Calpain 10蛋白和RNA表達降低，并與腎功能的下降有關。Covington MD等[21]研究表明慢性高糖降低了糖尿病腎病腎組織中的Calpain 10，使Calpain 10蛋白和mRNA在體內外均隨慢性葡萄糖升高而降低，從而導致腎細胞死亡和糖尿病腎病腎損傷。通過建立腎小管細胞(RPTC)體外模型和Calpain 10基因敲除后大鼠體內腎臟模型，來確定Calpain 10在糖尿病腎病腎功能障礙作用，結果：(1)慢性高糖降低了RPTC中Calpain 10的mRNA表達，慢性高糖暴露的RPTC線粒體功能下降，從而引起RPTC的凋亡；(2)大鼠腎Calpain 10基因敲除后肌酐、Caspase 3裂解增加，導致大鼠腎功能不全。結果證明Calpain 10是腎功能所必需的，腎Calpain 10的丟失是引起腎細胞損傷的關鍵。

然而在最新研究中，Wang Tao等人[23]發(fā)現(xiàn)Calpain 10在糖尿病腎病大鼠腎臟和永生的小鼠足細胞中表達上調，高水平的Calpain 10導致大鼠、小鼠腎功能不全、腎組織破壞、足細胞凋亡，Calpain 10表達增加降低了腎小球足細胞內nephrin蛋白的表達，通過敲除大鼠、小鼠腎臟中Calpain 10基因可以上調nephrin保護足細胞。足細胞位于腎臟的腎小球毛細血管壁中形成最后一層，它們與腎小球基底膜和腎小球內皮細胞一起構成了腎小球濾過屏障，可以使水和小分子通過，并且在健康個體中，可以阻止白蛋白和其他關鍵蛋白質通過，對于維持健康腎臟中的腎小球功能和完整性至關重要。足細胞是腎小球濾過膜的主要細胞，其破壞是糖尿病腎病早期尿蛋白的主要原因[23]。為了進一步證實Calpain 10在足細胞損傷中的作用，Wang Tao等人用小siRNA抑制其在足細胞中的表達，并用CCK-8法分析其活性，敲除Calpain 10后，結果顯示足細胞的活力顯著高于健康狀態(tài)下的足細胞活力。實驗研究發(fā)現(xiàn)糖尿病腎病大鼠Calpain 10水平與腎功能呈負相關，然而糖尿病腎病大鼠腎功能不全出現(xiàn)的時間比Calpain 10上調晚，Wang Tao等猜測可能是由于腎臟代償機制引起的[22]。

也有研究表明Calpain 10與細胞分化有關，隨著年齡的增長，這種分化會逐漸減少。研究發(fā)現(xiàn)[24]Calpain 10在成熟大鼠中表達很高，這可能與分化是的細胞重塑有關，然而大多數(shù)腎細胞(包括足細胞)屬于終末分化的細胞，由此猜測這也可能是導致Calpain 10在腎組織中過表達的原因之一。Matthew A等[10]研究發(fā)現(xiàn)大鼠糖尿病腎病模型，10周后大鼠腎臟Calpain 10蛋白和mRNA均下降，對腎Calpain 1和2無影響，Calpain 10 siRNA的敲除導致大鼠腎Calpain 10凋亡，數(shù)據(jù)表明，糖尿病導致腎Calpain 10 mRNA和蛋白質減少，細胞凋亡，腎功能下降。

綜上所述，Calpain 10表達增加，降低腎小球足細胞內的nephrin蛋白表達，提示Calpain 10參與了足細胞損傷，體內和體外足細胞內的nephrin水平顯著降低，表明足細胞損傷、功能障礙和腎功能不全是由Calpain 10上調引起的。

3 小結

Calpain 10在糖尿病腎病腎損傷的具體機制尚不清楚，需要進一步研究。目前研究認為Calpain 10作為糖尿病腎病腎損傷的標志物之一，在糖尿病腎病的發(fā)病機制、評價藥物療效和判斷預后方面可能發(fā)揮重要的作用。鑒于上述研究表明，Calpain 10在糖尿病腎病、特別是足細胞中的表達，無論是Calpain 10蛋白的過表達還是缺失，均表明Calpain 10參與糖尿病腎病的發(fā)病，提示Calpain 10有可能成為糖尿病腎病治療的靶目標。但Calpain 10除了通過上調nephrin蛋白導致足細胞損傷，是否通過其他特異性分子蛋白、炎癥因子損傷腎小球其他細胞參與糖尿病腎病腎損傷尚未報道，因此Calpain 10的價值有待進一步研究。