熊煜欣，楊 瑩

（云南大學附屬醫(yī)院內分泌科，云南昆明 650021）

糖尿病腎病（diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病引起的一種嚴重慢性微血管并發(fā)癥，已成為全球范圍內慢性腎?。╟hronic kidney disease，CKD）和終末期腎病（end-stage renal disease，ESRD）的主要原因[1-2]。大約30%的1 型或40%的2 型糖尿病患者在糖尿病多年后會進展為DKD[3]，但在出現明顯臨床表現之前，目前仍無明確有效的方法來預測哪些患者會受到影響。因此，迫切需要更好地了解DKD 的發(fā)病機制及相關的分子途徑，并及早識別有風險的患者，制定針對性的防治方案。傳統(tǒng)的觀念認為，DKD 的病變主要表現為尿蛋白的升高，這與腎小球病變（包括腎小球系膜細胞和足細胞）密切相關，但流行病學顯示，仍有20%～70%的糖尿病患者并不出現尿蛋白異常卻有腎功能不全，即正常白蛋白尿糖尿病腎?。╪ormoalbuminuric diabetic kidney disease，NADKD）；并且在糖尿病患者腎組織活檢中發(fā)現，腎小管間質病變比腎小球結構改變更嚴重，同時常伴有明顯的腎臟肥大[4-6]。早期糖尿病患者的尿液中可以檢測到一些近端腎小管細胞損傷的標志物，而此時腎小球沒有明顯損傷，說明近端腎小管損傷也是一種早期病變，并不完全繼發(fā)于腎小球損傷，其病變甚至可能早于腎臟微血管病變[7]。上述結果提示，腎小管病變在DKD 的發(fā)生和發(fā)展中也起著非常重要的作用[8-9]。本文就血糖、補體、生物標志物和線粒體在糖尿病腎小管病的作用機制研究和相關治療靶點進行綜述。

1 高血糖和DT

葡萄糖進入近端腎小管細胞是不依賴于胰島素的，這使得近端腎小管細胞在糖尿病情況下對高血糖特別敏感。當暴露于高葡萄糖濃度時，近端腎小管細胞無法充分降低葡萄糖轉運率以防止細胞內葡萄糖發(fā)生過度變化。高血糖不僅從基底外側暴露腎小管結構，而且增加腎小球濾過的葡萄糖量，從而增加腎小管葡萄糖負荷、暴露和重吸收，并通過多元醇途徑導致腎近端小管細胞IV型膠原蛋白和纖連蛋白的積累，形成損傷[10-11]。這也解釋了腎臟葡萄糖轉運和處理在糖尿病中的調節(jié)作用的重要性。針對此所開發(fā)的治療策略-SGLT2 受體抑制劑（SGLT2i），可通過抑制近端腎小管對葡萄糖的重吸收、促進尿糖排泄而降低血糖，并在多個大型臨床研究中證實具有不同程度降低腎臟復合終點（eGFR 較基線降低≥50%或血清肌酐倍增、ESRD、因腎臟或心血管病死亡）風險以及減少尿蛋白肌酐比（Urinary albumin-tocreatinine ratio，UACR）[12-14]，從而起到改善和延緩DKD 的作用。此外，高葡萄糖可引發(fā)細胞自噬功能受損，這對DKD 的進展無疑是不利的。最近的研究結果表明，SGLT2i 在改善近端小管的氧合作用的同時，可抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白復合物1（mTORC1）的表達，增強酮分解和自噬[15]。

在高葡萄糖狀態(tài)下，一方面可介導活性氧（Reactive oxygen species，ROS）產生和聚晚期糖基化終末產物（Advanced glycation end products，AGEs）積聚，導致DNA 損傷，進而導致腎小球足細胞和腎小管上皮細胞過早衰老[16-17]。另一方面，AGEs與其受體的結合后，可通過激活核因子-kappaB（NF-κB）、TGF-β 等信號通路，介導氧化應激和炎癥的持續(xù)激活[18-19]。這也是DKD 進展的重要因素之一。高血糖導致的AGEs 積聚還可激活的腎內RAAS 系統(tǒng)，使腎細胞中腎素和血管緊張素的水平增加[20]。血管緊張素II（AngII）的增加可在體外和體內引起腎小管上皮細胞壞死性凋亡，進而升高參與血管緊張素轉換酶誘導的細胞死亡的調節(jié)因子Fas 和FasL 的水平。使用AngII 和FasL 抑制劑進行藥理學抑制可抑制體外和體內由AngII 介導的腎小管上皮細胞過度死亡，進而減輕DT 損傷[21]。

作為一個獨立的危險因素，高血糖本身可直接導致急性腎小管壞死、腎小管細胞凋亡、上皮細胞間質轉化和細胞外基質沉積。與糖尿病腎小球改變平行，腎小管基底膜（Tubular basement membrane，TBM）寬度增加是糖尿病腎臟最早的結構改變之一，即使在正常白蛋白尿的患者中也是如此，TBM 可能比GBM 增厚更能反映DKD 的嚴重程度[22-24]。而腎小球鮑曼囊和近端腎小管之間的關鍵連接處存在異常是導致71%的尿蛋白陽性的1 型糖尿病患者的一個主要病理改變[25]。來自White 等[26]的研究發(fā)現，有26%的2 型糖尿病患者也存在這種病理改變，且這種異常的程度與肌酐清除率呈負相關。隨著DKD 的進展，腎小管萎縮、管周毛細血管疏松和間質纖維化成為了腎小管間質的主要病理改變，最終，在DKD 的晚期，腎小管間質和腎小球的改變形成腎纖維化[27-28]。

2 補體和DT

盡管 DKD 通常不被視為免疫調節(jié)疾病，但越來越多的臨床和實驗研究證據表明，全身和局部腎臟炎癥在 DKD 的發(fā)生和發(fā)展中起著至關重要的作用，激活先天免疫的免疫細胞和常駐腎細胞已被證明是DKD 的關鍵介質[29-30]。因此，補體系統(tǒng)作為先天免疫系統(tǒng)的一部分發(fā)揮作用，補體途徑的不適當激活對腎臟有有害影響。

腎臟是合成大部分補體級聯激活成分的場所[31]。有研究者提出，腎小球更容易受到循環(huán)補體成分的傷害，而腎小管損傷通常是局部補體合成的結果，特別是通過補體C3[32]。C3a 和C5a 是補體級聯反應的主要效應分子，通過結合和激活它們的G 蛋白偶聯受體C3aR 和C5aR1，釋放促炎信號，促進細胞去分化、增殖和遷移[33]。C3aR 在正常人腎臟的腎小球上皮細胞和近端腎小管細胞中表達，但在腎小球系膜或腎小球內皮細胞中不表達[34]。C5aR1 在系膜細胞、足細胞和近端腎小管上皮細胞中表達[35]。C3a 和 C5a 可以通過上調它們各自的受體C3aR 和C5aR1，以及人近端腎小管細胞中的TGF-b/CTGF 通路，誘導腎小管上皮-肌成纖維細胞轉分化[36]。Susztak 及其同事對44 個顯微解剖的人類腎臟樣本進行了微陣列分析，并提供了人類DKD 基因表達變化目錄。他們在DKD 腎小管中鑒定出了1 831 個探針組。腎小管分析將補體系統(tǒng)確定為最顯著調節(jié)的途徑之一[37]。最近的研究發(fā)現，腎小管損傷和間質浸潤細胞浸潤與尿中補體C3a、C5a 和C5b-9 的增加以及2 型糖尿病中晚期DKD 病變相關[38]。這些發(fā)現表明補體系統(tǒng)在DT 的發(fā)展和進展中具有重要作用。

甘露糖結合凝集素（Mannose-binding lectin，MBL）是天然免疫系統(tǒng)中的一種關鍵的模式識別分子，位于凝集素途徑的上游，參與了糖尿病腎病的發(fā)生[39]。Li 等[40]的一項研究顯示，DKD 患者的血清和尿MBL 的水平高于沒有腎損傷的糖尿病患者，并且尿MBL 水平與尿蛋白水平相關。Cai等[41]的隨訪研究發(fā)現，DKD 患者血清MBL 水平升高是DKD 進展為ESRD 的一個獨立危險因素。Huang 等[42]研究發(fā)現，包括MBL 在內的多個補體成分主要在2 型糖尿病大鼠腎病組腎小管部位的表達明顯高于非糖尿病和糖尿病組，且非糖尿病和糖尿病組之間無顯著差異；同時，24 h 尿蛋白排泄量與MBL、MASP-2、B 因子和C5b-9 表達呈正相關，該結果提示與腎小管部位相關的補體系統(tǒng)激活與DKD 的進展有關。

3 生物標志物與DT

β2 微球蛋白是腎小管受損的常用生物標志物，但其水平往往在腎小球發(fā)生實質性損傷后才明顯[43]。而腎損傷分子-1（kidney injury molecule-1，KIM-1）在腎臟急性損傷后，主要由損傷后再生的去分化近端小管上皮細胞過表達，可對腎臟特別是腎小管的急性損傷提供重要的預測[44]，但對于慢性病程的DKD 來說，并不是最好的選擇。

有研究發(fā)現，C 型凝集素同源蛋白Laylin，在腎小球腎炎的腎小管上皮細胞中高表達，并參與了腫瘤壞死因子-α 誘導的小鼠腎小管上皮細胞間充質轉化（Epithelial-mesenchymal transition，EMT）[45]。另一項研究發(fā)現，尿組織蛋白酶D 與糖尿病患者腎小管間質損傷有關，同時，在小鼠近端腎小管上皮細胞中，AGEs 可增加組織蛋白酶D 活性及炎癥和腎小管損傷標志物[46]。Clara細胞16-kDa 蛋白（CC16）是一種由支氣管細胞分泌的蛋白，其經腎小球濾過，然后在近端腎小管細胞中分解代謝，CC16/肌酐比值的異?？珊芎玫念A測腎小管功能，并且與年齡相關[47-48]。尿-肝型脂肪酸結合蛋白（urinary liver-type fatty acidbinding protein，u-LFABP）則是一個15 kDa 的蛋白質，主要負責調節(jié)包括近端小管以及肝臟的脂肪酸轉移。一項橫斷面研究發(fā)現[49]，在1 型糖尿病患者中，u-LFABP 的升高先于微量白蛋白尿的發(fā)展，因此，u-LFABP 濃度升高被認為是糖尿病腎病進展的預測標志。進一步對165 名無白蛋白尿的1 型糖尿病患者的隨訪研究證實，高水平的u-LFABP 能夠獨立于尿白蛋白排泄率，預測1 型糖尿病患者腎病和全因死亡率的發(fā)生和發(fā)展[50]。來自日本的針對2 型糖尿病腎病患者12 a 的隨訪研究發(fā)現，u-LFABP 的升高亦可成為預測無明顯蛋白尿的2 型糖尿病患者的心腎終點的指標[51]。N-乙酰-β-D 氨基葡萄糖苷酶（N-acetyl-beta-Dglucosaminidase，NAG）也被認為是與DKD 相關的小管損傷標志物。這種生物標志物以其高分子量而聞名，不能被腎小球過濾；因此，作為近端腎小管損傷的結果，NAG 在腎小管腔中被釋放[52]。隊列研究發(fā)現，尿NAG 排泄增加均先于蛋白尿，是蛋白漏出前DKD 的良好預測因子，且不論在1型糖尿病還是2 型糖尿病患者中，尿NAG 的增加與動脈粥樣硬化病變相關[53-55]。此外，Yang 等[56]的研究發(fā)現，在Ⅱ-Ⅲ期的DKD2 型糖尿病患者以及db/db 小鼠腎臟近端腎小管腔內可發(fā)現脂質沉積，且尿中脂肪分化相關蛋白表達與尿NAG 呈正相關，這從另一方面提示，改善異位脂質積聚可能成為DT 治療的新靶點。中性粒細胞明膠酶相關脂質運載蛋白（neutrophil gelatinaseassociated lipocalin，NGAL）被認為是一種非常有潛力的急性腎損傷標志物，對于2 型糖尿病患者而言，尿NGAL 可能是一個監(jiān)測短期腎功能損害特別是腎小管損傷的早期標志物，并且其水平升高與血脂異常和糖尿病控制不良相關[57-58]。近期的研究發(fā)現，與非DKD 的2 型糖尿病患者相比，DKD 患者的尿NGAL/肌酐比值明顯增高，提示該指標可作為2 型糖尿病患者發(fā)生DKD 的獨立危險因素[59]。

4 線粒體損傷與DT

腎臟近曲小管細胞中的線粒體是調節(jié)糖尿病狀態(tài)下氧化應激和缺氧損傷的關鍵細胞器，其功能失調可能加速早期糖尿病腎小管病變的發(fā)生[60]。在DKD 中，腎臟耗氧量的增加導致皮質和髓質缺氧，而低氧的病理生理狀態(tài)對幾乎需要完全依賴氧化來完成代謝活動的近端腎小管來說無疑是災難性的，這會導致三羧酸循環(huán)和ATP 產生減少[61-62]。這當中，負責有氧能量產生的線粒體結構和功能的異常在糖尿病腎小管損傷中起到了關鍵作用。例如，Coughlan 等[63]在先前針對糖尿病大鼠的研究中發(fā)現，在糖尿病大鼠成模后4 周，近端小管上皮細胞線粒體發(fā)生斷裂且ATP 生成受損，但此時尿蛋白排泄率或腎小球形態(tài)沒有明顯變化，提示近端腎小管線粒體功能異?？赡苁悄I臟疾病更早期的表現。此外，來自Jiang 等[64]的代謝組學研究結果表明，與非DKD 患者相比，DKD 患者的線粒體DNA（mtDNA）拷貝數減少，損傷增加；且線粒體斷裂特別的存在于腎小管中，并非存在于足細胞中；受損的mtDNA 和片段化線粒體的累積導致ROS 生成增加、細胞凋亡激活以及小管中線粒體膜電位的喪失。也有研究顯示[65]，在db/db 小鼠模型中mtDNA 的表達是上調的，提示糖尿病腎臟中線粒體生物合成是增加而不是減少。這種生物合成的增加可能是對糖尿病狀態(tài)下缺氧和氧化應激誘導的線粒體損傷的一種代償反應，類似于2 型糖尿病相關的高胰島素血癥。

另外，在糖尿病狀態(tài)下，氧化應激增加，ROS 生成增多，ROS 與DKD 的發(fā)生和發(fā)展關系密切[66]。線粒體作為糖尿病中ROS 的主要來源之一，參與了糖尿病微血管并發(fā)癥的發(fā)生[67]。研究發(fā)現[68]，糖尿病大鼠腎臟近曲小管細胞中Sirt3介導的線粒體抗氧化酶活性降低與NAD+/NADH比值下降和CD38 過表達相關，而敲低CD38 后，可改善高糖條件下HK-2 細胞中Sirt3 活性和NAD+/NADH 比值，從而改善線粒體抗氧化機能。此外，通過改善糖尿病狀態(tài)下腎臟營養(yǎng)傳感器PGC-1α 的表達，可以減少糖尿病腎臟小管線粒體的斷裂、ROS 生成增加和細胞凋亡，并可恢復線粒體質量，有助于減少STZ 誘導的糖尿病小鼠腎小管的氧化應激[69]。在最近的研究中發(fā)現，低氧狀態(tài)增加糖尿病患者循環(huán)血中的ROS 水平，而這種情況在非糖尿病患者中并未出現；同時，在糖尿病腎病小鼠腎臟中，高葡萄糖通過HIF 脯氨酸-羥化酶依賴機制抑制缺氧誘導因子-1，進而導致腎臟線粒體ROS 產生增加，造成腎臟損傷[70]。因此，維持腎小管線粒體氧化水平的正?？勺鳛榉乐蜠KD 病理變化的另一治療思路。除了抑制氧化應激外，減少線粒體分裂也是改善DT 的另一治療思路。DKD 患者的線粒體分裂過度，而通過使用SGLT2i 恩格列凈，可以逆轉糖尿病小鼠腎臟及高糖狀態(tài)下HK-2 細胞中磷酸甘油酸變位酶-5（PGAM5）的表達增加以及動力蛋白相關蛋白1的活性降低，從而減輕線粒體分裂，改善DT 的損傷，延緩DKD 發(fā)展[71]。

5 小結

DT 作為DKD 的早期重要啟動因素，越來越備受關注。延緩DKD 的發(fā)生及進展是治療糖尿病的主要目標之一，而以腎小管上皮細胞SGLT2i為代表的降糖藥物，在降低腎臟疾病終點事件上所取得的顯著療效，也間接的證明了DT 在DKD病程中所起到的重要作用。進一步了解高血糖如何影響腎小管的形態(tài)、功能、相關分子機制和信號通路，以發(fā)現早期病變，充分而全面的揭示DT 對DKD 進展的作用，對DKD 預防有著巨大的理論和實踐意義。當然，這需要對糖尿病腎臟近端小管進行更為深入和特異的研究及測量，并通過在不同實驗室使用不同的動物模型進行腎小管病變的研究來不斷實現。