Epac-Rap1与糖尿病肾病

任慧雯 王秋月

·肾脏疾病专栏·

Epac-Rap1与糖尿病肾病

任慧雯 王秋月

Epac-Rap1通路是蛋白激酶A经典通路以外cAMP重要的效应通路，它在肾脏中的广泛表达，能够增强肾脏血管内皮细胞的屏障功能，影响细胞的连接、黏附和迁移，对肾脏的生理活动起到不可或缺的作用。近年研究表明，Epac-Rap1信号通路激活下游信号级联系统，通过促进细胞肥大、介导肾间质纤维化、上调炎性反应细胞因子的表达，促进糖尿病肾病的病理生理改变。相关研究为理解糖尿病肾病状态下Epac-Rap1通路的作用拓宽了视野，有助于发现分子水平治疗糖尿病肾病的新靶点。

糖尿病肾病；Epac；Rap1

糖尿病肾病（DN）是终末期肾病的主要原因，也是糖尿病微血管病变的重要并发症之一。cAMP作为细胞的第二信使，对DN的调节具有广泛而重要的生理作用。既往观点认为蛋白激酶A（PKA）是cAMP的唯一效应分子。但近年研究发现，cAMP的另一效应分子（Exchange proteins directlyactivated by cAMP，Epac）可以活化小分子G蛋白酶Rap1，使其与下游效应分子结合，参与调节多种生理过程。加之Epac在肾组织的高表达性，此通路可能对DN的发病机制起到一定的作用。本文将对Epac-Rap1通路与DN的关系进行综述。

1 Epac-Rap1通路简介

Epac是由cAMP直接激活的鸟嘌呤核苷酸交换因子。它的两种形式Epac1和Epac2，在真核细胞中分别由RAPGEF3和RAPGEF4编码，在肾脏均有广泛而高度的表达[1]。Epac能够独立激活cAMP的信号转导通路，发挥生理作用[2]。Ras样小分子GTP酶Rap1具有Rap1a和Rap1b两种亚型，作为Epac的“分子开关”，在Epac和GTP酶激活蛋白分别催化下，Rap1循环于活性状态Rap1-GTP和非活性状态Rap1-GDP两种形式，激活下游效应分子，介导细胞各种生理反应[1，3]。Epac-Rap1 信号通路是 cAMP-PKA经典途径以外的新级联信号途径，cAMP的区室化作用使其能够参与多种细胞反应，如细胞增殖、细胞分化、整合素介导的细胞黏附、细胞连接形成、细胞分泌、钙离子流入与流出、心肌肥大和细胞凋亡等[4-8]。

2 Epac-Rap1在肾脏中的生理作用

2.1 增强血管内皮细胞的屏障功能 肾小球内皮细胞具有维持肾小球毛细血管功能完整，调节肾小球滤过系统的血流动力学平衡的功能。研究表明，Epac是cAMP增强血管内皮细胞屏障功能的关键媒介[9]。干扰素-β可激活Rap1，显著增强体外培养的肾小球内皮细胞的屏障功能，而Rap1抑制剂显著降低干扰素-β介导的这种效果[10]。由此推测，Epac-Rap1通路在肾小球内皮细胞中的调节机制可能参与多种肾脏疾病的蛋白尿形成，但Epac与肾小球内皮细胞屏障功能的关系仍有待研究[11]。

2.2 影响细胞的连接、黏附和迁移 研究发现，Rap1在鸟嘌呤核苷酸释放蛋白C3G和PDZ结构域的鸟嘌呤核苷酸交换因子的介导下，对血管细胞-细胞的连接有重要作用，并参与整合素介导的细胞黏附[5]。在大鼠肾小球系膜细胞中，鸟嘌呤交换因子C3G的过表达可以增加Rap1的活化，刺激内皮素-1和应力纤维形成，影响系膜细胞的迁移，表明C3G-Rap1可能与缓解系膜增生有关[12]。C3G在抗基底膜型肾小球肾炎模型中过表达，并调节肾小球上皮细胞的形态和行为[13]。胰岛素样生长因子-1可以通过C3G-Rap1-Fascin蛋白-肌动蛋白轴促进细胞运动，由此发现基础水平的Rap1维持细胞的黏附，而胰岛素样生长因子-1受体对C3G和GTP酶激活蛋白的调节可将Rap1的功能从维持黏附转到促进迁移，但此机制是否与新月体的形成有关仍有待研究[5]。

3 Epac-Rap1在DN中的作用

3.1 细胞肥大 细胞肥大是DN间质纤维化早期的重要步骤，是DN前期的主要表现[14]。研究表明在心肌细胞中，Epac可激活Ras介导β肾上腺素能受体，导致细胞肥大，该作用独立于PKA经典效应[15]。另有研究发现，Epac1的表达主要局限于糖尿病小鼠HK-2细胞、肾小管上皮细胞和肾髓质mIMDCD3细胞系。Sun等[16]观察到高糖环境下的HK-2细胞G0/G1期比例增加，而转染Epac1-siRNA或Epac1突变的细胞G0/G1的比例降低，接近于基础水平，此高糖作用的效果与低糖情况下转染cAMP类似物8-pCPT-2或Epac1cDNA的效果类似，从而表明肥大反应和G0/G1期细胞周期阻滞可能是相通的。他们还发现高糖环境导致磷酸化蛋白激酶B表达增加，其中可检测到p21基因和p27基因表达增加、细胞周期依赖性激酶-4的活性在低糖状态下也可以被cAMP类似物8-pCPT-2或Epac1cDNA转染模仿，表明高糖环境诱导的信号通路可能与cAMP刺激的心肌肥大的信号通路相似。由此可见高糖可以增加Epac1转录，导致细胞周期停滞和细胞肥大。

3.2 间质纤维化 肾间质纤维化是引起进行性肾损害的主要病理特征，也是导致终末期肾病的根本病理改变之一[14]。已证实在大鼠心肌成纤维细胞的核周和核区域，磷酸二酯酶1A介导调控cAMP-Epac-Rap1信号，参与胶原蛋白的合成[17]。在小鼠肾小球系膜细胞MES-13中，血管紧张素Ⅱ可以抑制胶原蛋白合成，这种机制可分别被血管紧张素Ⅱ1型受体抑制剂、磷脂酰肌醇3激酶抑制剂、蛋白激酶B抑制剂或蛋白激酶B负显性突变抑制。Epac类似物8-pHPT-2'-O-Me-cAMP显著升高磷脂酰肌醇3激酶活性，而PKA类似物则无此现象。其机制是通过血管紧张素Ⅱ/血管紧张素Ⅱ1型受体-表皮生长因子受体-磷脂酰肌醇3激酶通路介导系膜基质中胶原蛋白的合成，这种转录是依赖于cAMP/Epac而非PKA的[18]。研究发现，在糖尿病小鼠的肾组织中Rap1b的表达上调，且上调的Rap1b mRNA表达程度与血糖水平成正比，表明其可能与DN有关[19]。糖尿病大鼠肾小球系膜基质中Rap1b的表达呈血糖剂量依赖性，这种效果可由蛋白激酶C和B-Raf介导，但不依赖血小板衍生生长因子，并且可刺激纤连蛋白的合成，表明了高糖通过一种新的蛋白激酶C-Rap1b-B-Raf途径增加系膜基质的合成，而系膜基质合成则是DN的一个标志，但Epac是否参与其中尚有待研究[20]。

3.3 炎性反应细胞因子 DN是一种慢性进展性炎性疾病，炎性反应是DN持续发展的关键因素[14]。研究发现在肾小管细胞系的LLC-PK1细胞中，血管紧张素Ⅱ通过鸟嘌呤交换因子（Epac1-Rap1a-NHE3）参与肾小管细胞炎性细胞因子（如白细胞介素-1β、白细胞介素-6、白细胞介素-8和肿瘤坏死因子-α）的上调。此Epac1-Rap1a-NHE3途径的划分突出了血管紧张素Ⅱ对炎性细胞因子的诱导，可能与各种肾脏疾病相关的肾小管间质病理学有一定的关系[21]。该信息可为DN等肾小管间质炎性疾病制定早期诊疗策略，但该途径如何调节转录、翻译以及转录后的下游分子将是未来研究的课题。

4 结语

Epac-Rap1通路作为被cAMP激活的新途径，在介导肾小球滤过的屏障功能和影响细胞的连接、黏附和迁移等方面，对调节肾脏的生理功能具有重要作用。Epac-Rap1通路介导不同的信号转导通路，使细胞周期停滞进而肥大，介导系膜基质增多引起肾间质纤维化，使炎性反应因子表达上调引起炎性反应，从而参与DN的病理生理过程。虽然Epac-Rap1通路的具体分子机制仍有待进一步研究和扩展，但相信随着对Epac-Rap1通路与DN相关性的不断研究，它可能成为DN药物治疗的一个新靶点。

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Epac-Rap1 and diabetic nephropathy

Ren Huiwen，Wang Qiuyue.Department of Endocrinology，The First Affiliated Hospital，Chinese Medical University，Shenyang 110001，China

Wang Qiuyue，Email：wqycmu@163.com

Epac-Rap1 pathway is a vital signal pathway of cAMP apart from classic protein kinase A pathway，and itswidelyexpression in kidneyenhancesthebarrierfunction ofrenalvascular endothelial cells and affects cell connection，adhesion and migration，which plays a vital role in the physiological activity of the kidney.Recent studies have found that Epac-Rap1 signaling pathway，which activates downstream signaling cascade systems，plays a significant role in the pathophysiologyofdiabetic nephropathybypromotingcell hypertrophy，mediating renal interstitial fibrosis and up-regulating the expression of inflammatory cytokines.Related studies have broadened our understanding of Epac-Rap1 pathway and its function in diabetic nephropathy，which is helpful tofind out a newtarget in the molecular level for the treatment of diabetic nephropathy.

Diabetic nephropathy；Epac；Rap1

（Int J Endocrinol Metab，2015，35：170-172）

10.3760/cma.j.issn.1673-4157.2015.03.007

辽宁省科技攻关计划项目（2011225017）；沈阳市科技攻关计划项目（F11-262-9-06）

110001 沈阳，中国医科大学附属第一医院内分泌科

王秋月，Email：wqycmu@163.com

2015-01-08）