糖尿病肾病发病机制研究进展

苏　毅

【关键词】 糖尿病肾病；发病机制

糖尿病肾病(DN)是以系膜细胞增生和细胞外基质增多、肾小球基底膜增厚与肾小球硬化为基本病理特征的病变，发生机制复杂，目前未完全阐明，包括肾小球血液动力学改变、生化代谢紊乱、血液流变学变化、氧化应激、细胞因子与遗传易感性等多因素相互作用导致DN的发生。现结合国内外资料，就近年来对糖尿病肾病(DN)的发病机制研究综述如下。

1 糖尿病肾病发病炎症机制研究进展

近年来临床与实验研究表明即使严格控制血糖、应用血管紧张素转换酶抑制剂或血管紧张素II受体拮抗剂阻断肾素-血管紧张素系统(Renin-angiotensin system，RAS)仅对部分DN有一定的延缓作用，晚近研究揭示DN的发病在代谢紊乱与血流动力学机制基础上，炎性反应机制是其持续发展的关键因素。肾脏固有细胞在病理状态下可以产生TNF-α、IL-1、IL-6、NO等多种炎性反应因子，这些因子又通过自分泌和旁分泌的方式使炎性反应效应不断扩大，引起炎症级联反应。最近Katherine^[1]提出把糖尿病肾病看作一种由代谢紊乱引起的炎性反应性疾病。

1.1 高血糖与糖尿病肾病炎性反应的关系 高血糖是糖尿病基本的临床表现，也是参与糖尿病肾病发病的主要代谢紊乱。体外试验证实，糖刺激人系膜细胞单核细胞趋化蛋白(MCP-1)的表达^[2]。提示：体内血糖环境下，肾小球系膜细胞表达MCP-1增加，引起巨噬细胞的积聚和活化，释放各种炎性介和生长因子，促进细胞外基质(ECM)增多，加速肾小球硬化。另外，血糖促进高级糖基化终末产物(AGEs)形成，AGEs和胶原分子结合能直接改变血管结构，引起血管壁增厚、管腔狭窄；AGEs和还能与肾小球系膜细胞表面AGEs受体结合，刺激系膜细胞合成大量血小板衍化生长因子(PDGF)、细胞外基质和MCP-1，产生肾脏慢性炎性反应和纤维化。高血糖、AGEs、蛋白尿可以协同刺激肾脏足细胞和肾小管细胞产生趋化因子，募集巨噬细胞。慢性炎症通过多种途径导致肾脏损伤：IL-6、TNF-α、刺激血管活性物质释放，使肾小球系膜细胞增生，内皮细胞通透性增加；炎性反应可引发机体的氧化应激，使LDL(低密度脂蛋白)氧化为ox LDL，后者可以直接损伤肾小球内皮细胞，增加单核细胞对血管内皮的粘附和浸润；氧化应激还可以产生活性氧簇(ROS)，诱导炎性反应介质和生长因子的生成，使细胞外基质合成增加，加速肾小球硬化。前炎症细胞因子还能抑制脂酯酶的活性，引起高三酰甘油血症。

1.2 巨噬细胞在糖尿病肾病炎性反应中的作用 在动物模型和人糖尿病肾病活检标本中均发现巨噬细胞在肾小球和小管间质的浸润^[3]。糖尿病时肾组织内，各种炎性细胞因子、黏附分子、趋化因子，如TNF-α、IL-6、ICAM-1、VCAM-1、MCP-1等明显增多，可促进单核细胞和中性粒细胞与血管内皮细胞的黏附，并诱导单核细胞趋化和激活单核细胞释放各种细胞因子，加重炎性反应过程和肾脏损伤。巨噬细胞的浸润是糖尿病肾病炎性反应的特征性表现之一，也是糖尿病肾病发生发展的中心环节。DN大鼠模型早期和晚期均有巨噬细胞在肾小球的浸润。巨噬细胞在肾小球的浸润早于肾小球结构损伤，DN晚期巨噬细胞在肾小球的浸润程度与GSI(肾小球硬化指数)相关^[4]。Chow等^[5]发现，在db/db糖尿病小鼠模型中，糖尿病肾病的进展与肾脏巨噬细胞浸润增加有关。肾脏巨噬细胞浸润和活化与血糖、糖化血红蛋白水平、蛋白尿血肌酐升高、小球小管的损伤、肾脏纤维化以及巨噬细胞趋化因子(MCP-1、OPN、MIF、M-CSF)的表达相关，肾小球巨噬细胞的积聚和活化也和肾小球IgG和C3的沉积有关。巨噬细胞活化后能分泌ROS、IL-1、TNF-α、NO、PG、TGF-β等炎性反应介质和生长因子，造成组织损伤和肾脏纤维化。动物和人的糖尿病肾病不仅有肾小球巨噬细胞的浸润，还有小管间质巨噬细胞的浸润。小管间质巨噬细胞的浸润程度和小管间质的损伤程度与肾功能和疾病预后密切相关^[6]。

1.3 趋化因子在糖尿病肾病炎性反应中的作用 单核细胞趋化蛋白MCP-1介导的肾小球巨噬细胞的浸润是糖尿病肾病的早期事件。体外试验证实系膜细胞扩张能通过IkappaB-NF-kappaB途径刺激MCP-1 mRNA和蛋白表达。动物实验显示，早期糖尿病肾病，尿MCP-1的排泄增多，随着肾损伤的加重而增加。罗格列酮能显著抑制系膜扩张诱导的NF-kappaB活化，降低MCP-1的表达水平和趋化活性^[7]。

骨调素(OPN)是一种可由多种细胞(成骨细胞、淋巴细胞、巨噬细胞、上皮细胞、血管平滑肌细胞等)分泌的细胞外基质蛋白。OPN作为一种生长因子可以刺激血管平滑肌细胞(VSMG)增殖和迁移，刺激肾小球系膜细胞增殖。同时OPN作为一种巨噬细胞趋化因子可以募集巨噬细胞。

MCP-1和OPN同属巨噬细胞趋化因子，但二者在肾小球、肾小管中表达不同：MCP-1主要在肾小球单核/巨噬细胞浸润中起作用，而OPN主要在肾小管间质单核/巨噬细胞浸润中起作用。

1.4 黏附分子在糖尿病肾病炎性反应中的作用 ICAM-1和VCAM-1是促进白细胞浸润，使其牢固附着并通过内皮的主要黏附分子。Sugimoto等^[8]用间接免疫荧光测定糖尿病鼠ICAM-1特异性抗体，发现糖尿病鼠的肾小球，特别是肾小球内皮和系膜上ICAM-1表达增加，其增加水平和肾小球内单核/巨噬细胞浸润程度相平行。体外实验证实，糖通过PKC-NF-kappa、B-依赖途径诱导大鼠系膜细胞ICAM-1表达。早期糖尿病大鼠(血糖升高1周)用抗- ICAM-1抗体治疗可减轻肾小球淋巴细胞和巨噬细胞的浸润^[9]。ICAM-1(-/-)小鼠和ICAM-1(+/+)小鼠用STZ诱导DM6个月后，肾脏病理示，前者巨噬细胞浸润明显抑制，尿白蛋白排泌、小球肥大和系膜基质增生比后者明显减轻，肾小球TGF-β和IV型胶原的表达受抑制^[10]。

2 内皮功能障碍(ETDF)与糖尿病肾病关系

2.1 内皮功能概述以及 ETDF与DN的关系 内皮细胞覆盖于血管内腔表面(简称内皮)，是人体的重要组成部分。从1865年内皮(endothelium)概念的提出到1993年ETDF概念形成，从而有了对内皮的结构到功能、生理到病理认识的飞跃。内皮是一个十分活跃的内分泌代谢器官，其功能众多，如：接受、传递信息与内分泌作用，主要分泌的物质有一氧化氮(NO)、前列腺素、缓激肽、白三烯、血栓素(TXA)、内皮素、组织纤溶酶原激活物(t-PA)与抑制物(PAI)、血管紧张素II(Ang-II)与血管紧张素转换酶(ACE)、凝血因子与抗凝因子、细胞因子与粘附因子等；参与调解细胞的生长、分裂、迁移、死亡与血管的舒缩等；代谢转化灭活某些物质与参与调解脂质代谢或血管效应；屏障功能与抗凝、抗血栓作用；抑制白细胞黏附与炎性反应等；ETDF是上述功能出现异常的表现。常见ETDF危险因子包括：糖尿病、血脂异常、高血压、炎性反应与感染、高半胱氨酸(Hcy)血症、吸烟、衰老与绝经等。糖尿病的ETDF因素及机制目前可能包括通过高血糖的二酯酰甘油(DAG)-蛋白激酶C(PKC)活化通路、非酶促蛋白糖基化与多元醇途径，以及氧化应激、胰岛素抵抗(IR)、血脂异常和炎性反应等环节^[11]。肾小球毛细血管内皮细胞是肾小球的固有细胞之一，与肾小球基底膜和系膜紧密相连，肾小球毛细血管ETDF会导致肾小球基底膜和系膜病变甚至肾小球硬化。ETDF本身以及其继发的代谢紊乱等可导致DN。

2.2 血管活性物质和细胞因子与DN

2.2.1 AngII 血管内皮为ACE主要合成场所，ACE为AngII生成的限速酶，糖尿病时局部肾素-血管紧张素系统(RAS)活跃是循环RAS的10倍，高血糖激活局部RAS可通过损害内皮的途径升高ACE而增加或直接激活AngII，刺激系膜细胞合成AngII增多，AngII降解酶活性降低，AngII降解速度减慢，局部 AngII水平增高。AngII与高血糖一起刺激转化生长因子-β1(TGF-β1)高表达，由TGF-β1介导刺激肾小球系膜细胞合成细胞外基质，并参与细胞外基质在肾脏局部的积聚^[12]；AngII促进肾小球单核-巨噬细胞浸润，肾脏局部的单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)合成增多，而损伤肾小球^[13]；AngII通过多种途径导致肾小管硬化及其间质纤维化。

2.2.2 内皮素-1(ET-1) ET-1主要由内皮细胞合成与分泌，是迄今为止发现的作用最强、持续最久的缩血管物质，是DN发病机制中最重要的因素。高血糖、高胰岛素血症(HI)、PKC、IR、缺氧、血液切应力改变引起的肾小球高虑过以及一些细胞因子都是ET-1产生的强效刺激因子，其可通过系列复杂机制影响肾功能：诱导TGF-β产生，刺激AngII、ACE的产生，AngII可增加肾内ET-1含量，增强内皮转换酶(ECE)的活性，协同引起血管收缩、系膜增生、细胞外基质堆积及肾肥大^[14]；ET-1与许多生长因子如血小板衍生生长因子、碱性成纤维生长因子和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)等对肾脏的损害有关；ET-1抑制肾脏水的重吸收，使肾小球滤过率下降、肾系膜增生与肾小球动脉硬化，而致肾衰竭。

2.2.3 NO与NO合酶(NOS) 正常水平NO具有^[15]：维持肾血流量而拮抗AngII作用，抗系膜细胞增殖、抑制TGF-β1的生成，降低内皮细胞对蛋白的通透性，抑制血小板聚集及活性氧产生而降低内皮细胞的氧化应激，抑制烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(NADPH)氧化酶活性而降低中性粒细胞氧化应激等机制。DN早期(I、II期)长期高血糖产生大量终末糖化产物(AGEs)使NO灭活增加，而且血管平滑肌对NO反应减弱促使机体发挥代偿机制合成大量NO；促使诱生型NOS(iNOS)表达而使巨噬细胞、肾小球系膜细胞等催化合成NO增加，过多的NO与超氧阴离子反应形成毒性更强的羟自由基、脂质过氧化物，导致ETDF、微血管损伤，肾小球毛细血管微血栓形成及通透性升高。DN后期(III期以后)高血糖、IR、AGEs增多状态及多元醇途径下，内皮功能降低，内皮源性NO产生减少并使NO无法正常发挥作用而加剧肾小球系膜基质增生、肾小球基底膜增厚与肾小球结构功能改变。

2.2.4 血管内皮生长因子(VEGF) VEGF是一种作用于血管内皮细胞的丝裂原，可能通过改变内皮细胞的结构和功能、增加肾小球毛细血管的通透性、促进细胞外基质合成、肾小球基底膜增厚、球管纤维化及肾脏肥大等机理参与DN的进展^[16]。高血糖与PKC、AGEs、AngII、TGF-β1等均可上调VEGF。

2.2.5 胰岛素与IR 血管内皮对于调节胰岛素敏感组织的血流及促进胰岛素向间质组织转运具有重要作用。内皮损伤时，胰岛素经内皮转运至靶组织延迟致胰岛素外周作用降低继发IR；IR状态下胰岛素信号传递通路受阻，内皮细胞中磷脂酰肌醇-3激酶活性降低而致eNOS表达与活性降低，导致ETDF，ETDF与IR形成恶性循环、相互加重，而ETDF使是原因，可能是导致IR的核心机制。IR与ETDF使胰岛β细胞的代偿反应致HI(可能包括胰岛素原、胰岛素代谢产物)，HI使内皮细胞生长过于密集，激活凋亡基因，同时与高血糖协同促进内皮细胞凋亡；刺激内皮细胞产生PAI-1，导致血液高凝同时抑制细胞外基质降解，在DN发病中起重要作用^[17]。

2.2.6 血小板活化因子(PAF) 主要来源于血小板，肾小球内皮细胞等细胞也可合成释放，与其他炎性细胞、炎性因子或细胞因子导致肾小球毛细血管、肾小球基底膜通透性增加，以及系膜细胞持续增生和细胞外基质过量积聚最终导致肾损伤、肾小球硬化^[18]。

2.2.7 基质金属蛋白酶(MMPs) MMPs由内皮细胞、单核巨噬细胞、中性粒细胞等合成与分泌，MMPs是细胞外基质的重要降解酶系，高血糖可通过介导细胞因子、免疫复合物及DAG-PKC途径等降低MMPs活性，导致细胞外基质堆积，肾小球硬化^[19]。

2.3 氧化应激与糖化

2.3.1 多元醇途径、DAG-PKC通路与非酶促蛋白糖基化 对于微血管并发症而言，高血糖是主要的初始启动因素，由于胰岛素缺乏以致细胞内葡萄糖及其代谢产物持续升高，抑制内皮细胞DNA合成，损伤内皮细胞，并使其死亡加速。还可通过如下途径对内皮细胞的损害造成肾脏病变：①多元醇途径氧化还原势能失衡：高糖、AGEs激活内皮细胞内醛糖还原酶(AR)并使AR mRNA表达增高，使多元醇途径活化亢进而增大氧化应激、增强DAG-PKC通路与扩大内皮损伤，导致MVC^[20]；NADPH的消耗增加以及磷酸戊糖途径通路障碍而导致NADPH缺乏，使还原型谷胱甘肽生成减少，抗氧化能力降低，自由基清除减少，引起内皮细胞损伤；②DAG-PKC通路：高血糖致肾小球内皮细胞与系膜细胞DAG增多，DAG是PKC的激活剂，改变内皮细胞对白蛋白的通透性，促进系膜细胞内基质蛋白合成，从而改变肾小球的结构与功能^[21]。PKC通过促进TGF-β₁、VEGF的表达与减少NO、PGI2而继发一系列肾脏病理过程，PKG尚可与AngII相互作用，可导致肾小球的损伤；③非酶促蛋白糖基化长期高血糖促使体内AGEs形成，内皮细胞的膜蛋白糖化，从而使内皮细胞更易受损，AGEs与内皮细胞 AGEs受体(RAGE)结合后，使内皮细胞功能发生改变而释放细胞因子如TNF-α、TGF-β₁、白介素等而加剧一系列肾脏病理过程^[22]。

2.3.2 脂质过氧化 各种血脂异常均可导致血管内皮损伤，包括高胆固醇血症、脂蛋白的异常增高等，其中重要的是：①糖尿病时脂肪组织分解代谢亢进，FFA升高，FFA可以抑制eNOS活性，NO生成减少，引起内皮细胞损伤；FFA转化为酮体亦可造成内皮损伤；②纯化或结合在HDL颗粒的对氧磷脂酶-1均能够在体外水解ox-LDL，抑制LDL的氧化，防止氧化产物在LDL颗粒上堆积。AGEs以及一些引起血管损害的因素均可使对氧磷脂酶-1的活性降低，使ox-LDL浓度升高，导致DN23；糖化的血管(微动脉)胶原在血管壁形成网状结构捕获LDL，使LDL易被氧化。高水平的ox-LDL具有细胞毒作用，诱发胞浆钙离子浓度升高，引起内皮细胞通透性增高；减少NO及PGI2的合成与分泌，促使表达ET、TXA2、及相关生物因子，使肾保护的血管舒张机制减弱；使肾小球基底膜过氧化通透性发生改变；损害肾小球小动脉血管内皮细胞以及平滑肌导致蛋白尿；还可通过巨噬细胞的吞噬、激活PKC以及TGF-β1表达增加而破坏肾小球滤过膜的电荷屏障与分子屏障导致蛋白尿。

2.3.3 各种活性氧 糖尿病患者，葡萄糖、FFA的氧化过程中伴有大量氧自由基、活性氧产生，脱藕联蛋白参与线粒体能量代谢过程，其中脱藕联蛋白进入细胞内使活性氧还原，当脱藕联蛋白2功能异常或表达减少会致活性氧产生增加24，可致血管内皮损伤。长期高血糖形成糖化血红蛋白使红细胞携氧能力下降，造成组织缺氧，氧自由基、脂质过氧化、过氧化氢、超氧离子、与钙离子增多，硫化氢氧化与谷胱甘肽减少，致内皮细胞DNA损伤与调节凋亡的基因表达。以上均导致微血管病变的产生。

4 结语

近年来，随着世界各国社会经济的发展和居民生活水平的提高，糖尿病的发病率及患病率逐年升高，已经成为威胁人民健康的重大社会问题。据国际糖尿病研究所(IDI)2003年报告，全世界现有糖尿病约1.94亿，到2025年将突破3.33亿，我国约有4000多万糖尿病患者，而糖尿病肾病也在不断增加，糖尿病肾病是糖尿病的严重并发症，其病理变化呈慢性进行性进展，最终导致终末期肾衰竭，是糖尿病患者主要的死亡原因。因此探讨糖尿病肾病发病机制，为有效控制糖尿病肾病的发病及进展，无疑有着深远而重大的意义。

参 考 文 献

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