中医药调控糖尿病肾病相关信号通路研究进展※

吴天强 赵 娜 刘春燕 谢春郁 魏 然 马 建△

(1.黑龙江中医药大学2020级硕士研究生，黑龙江 哈尔滨 150040；2.黑龙江中医药大学附属第一医院内分泌科，黑龙江 哈尔滨 150040；3.黑龙江中医药大学2019级硕士研究生，黑龙江 哈尔滨 150040)

糖尿病肾病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病常见的慢性微血管并发症，调查显示，在我国大约有11.2%的成年人患有糖尿病，且发病率逐年上升，其中DN发生率为20%～40%，是导致终末期肾病的主要原因[1]。DN的发病机制目前尚未完全明确，一般认为主要与糖脂代谢异常、血流动力学改变、基因调节、炎性反应、氧化应激、肾素-血管紧张素系统激活等因素有关，且各因素之间存在交互或协同作用，DN一旦形成，病变发展很难逆转[2]。目前西医对DN主要针对其原发病进行调控，积极预防和控制DN病情进展，但临床疗效并不确定，所以积极探寻有效、安全的治疗方法正受到越来越多地关注。近年来，从靶点—生物信号网络角度开展的中医药防治DN的研究发现，中药单体和复方在DN防治方面效果显著，在纠正糖脂代谢、减少氧化应激、调节炎性反应、降低蛋白尿及保护肾功能方面优势突出[3]，能有效改善DN临床症状，延缓病程发展。现对近年来中医药调控DN相关信号通路的研究进行综述如下。

1 磷酯酰肌醇3-激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信号通路

1.1 PI3K/Akt信号通路与DN PI3K/Akt信号通路是一条经典的参与调节细胞增殖分化、自噬凋亡的信号传导途径[4]。PI3K是位于真核细胞胞质的脂质激酶，作为该通路的起始因子，通过调节亚单位P85和催化亚单位P110将磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸(PIP2)磷酸化生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸(PIP3)。Akt 是一种丝氨酸/苏氨酸特异性蛋白激酶，作为PI3K下游的重要靶点，以PIP3为反应底物，转位于细胞膜，在Thr308和Ser473位点被PIP3与磷酸肌醇依赖激酶-1(PDK1)结合磷酸化而激活[5-6]，进一步调控下游信号因子。PI3K/Akt信号通路与DN发病关系密切，特别是受胰岛素刺激后在葡萄糖摄取和转运过程中起着非常重要的作用[7]，是胰岛素调控血糖水平的关键通路之一。研究表明，采用基因编辑手段使PI3K调节亚单位P85和催化亚单位P110的功能缺陷会导致严重的糖脂代谢障碍，包括肥胖、葡萄糖不耐受，以及脂肪、肌肉、肝脏组织中的胰岛素信号减弱，而糖脂代谢障碍正是DN发病的重要机制[8-9]。调节PI3K/Akt信号通路活性能有效阻止DN的进一步发展，包括缓解DN肾脏损伤的病理过程[10-11]。

1.2 中医药调节PI3K/Akt 信号通路防治DN Tu Q等[12]研究表明，与接受链脲霉素(STZ)和高脂高糖饮食诱导的DN模型大鼠相比，给予中药姜黄提取物姜黄素治疗后的DN大鼠肾组织病理改变显著减轻，肾小球无明显萎缩，肾小管扩张和炎症细胞浸润减少，进一步用DN模型大鼠的血清诱导培养小鼠肾足细胞间充质转化，再将其暴露于姜黄素中发现，处理后的足细胞足突部分融合，出现自噬空泡，姜黄素上调了DN大鼠肾组织和足细胞中E-钙黏蛋白(E-cadherin)和微管相关蛋白轻链3(LC3)蛋白的表达，下调了p-Akt、PI3K和磷酸化的哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(p-mTOR)水平，表明姜黄素可通过PI3k/Akt/mTOR途径在体内和体外调节自噬，抑制足细胞间充质转化的机制来治疗DN。Rai U等[13]研究显示，与STZ-烟酰胺(NCT)诱导的DN模型大鼠相比，服用川芎嗪治疗后的大鼠肾小管间质损伤明显减轻，空腹血糖(FPG)、糖化血红蛋白(HbA1c)、总胆固醇(TC)、甘油三酯(TG)、低密度脂蛋白(LDL)、极低密度脂蛋白(VLDL)及肾脏中丙二醛(MDA)水平显著降低，其中HbA1c、VLDL及肾脏中MDA水平呈剂量依赖性下降，研究还发现，模型组大鼠的Akt信号传导减少，表现为p-Akt和抗凋亡因子B淋巴细胞瘤-2(Bcl-2)水平降低，促凋亡因子磷酸化葡萄糖合成激酶3β(p-GSK-3β)、Bcl-2相关X蛋白(Bax)和裂解的半胱氨酸蛋白酶-3(Caspase-3)表达增加，但在治疗组大鼠中，川芎嗪能够抵消并剂量依赖性地逆转这些异常，使p-Akt和Bcl-2的表达恢复到正常水平，说明川芎嗪可通过调控PI3k/Akt信号传导，改善代谢标志物，而保护DN所致的肾功能和形态损伤。Zhang L等[14]研究显示，与DN模型组大鼠相比，固肾解毒胶囊治疗组大鼠24 h尿蛋白定量明显降低，血肌酐(SCr)、尿素氮(BUN)、TG及TC水平明显改善，固肾解毒胶囊部分修复了肾小球病变，使肾小球系膜细胞凋亡率从52%降至20%以下，改善了Bcl-2上游信号通路—Akt通路信号传导，并通过上调DN大鼠肾脏中Bcl-2的表达和抑制Bax信号来调控线粒体凋亡，此外固肾解毒胶囊还可恢复DN大鼠足细胞足突标记蛋白的表达，保护肾小球滤过屏障功能，表明固肾解毒胶囊可通过Akt途径和调节线粒体凋亡的潜在机制，减轻DN大鼠临床症状，阻止病情进一步发展。Meng X L等[15]研究显示，调胃承气汤能显著降低STZ诱导的DN小鼠的摄食量、饮水量、TG水平及尿白蛋白排泄率，改善DN小鼠肾小球襻体积增大、结节性硬化及系膜间质增生，并通过减轻肾脏组织的形态学损害，使小鼠肌酐清除率恢复正常，进一步研究表明调胃承气汤可促进小鼠胰岛素受体底物1(IRS-1)、PI3K及Akt的磷酸化，抑制α-平滑肌肌动蛋白(α-SMA)、核因子κB(NF-κB)及蛋白激酶C-α(PKC-α)的表达，说明调胃承气汤可通过激活PI3K/Akt信号通路调节细胞凋亡，并与NF-κB/α-SMA信号通路产生一定交互作用，从而改善STZ诱导DN小鼠的症状。

2 NF-κB信号通路

2.1 NF-κB信号通路与DN NF-κB是一类广泛存在于机体B淋巴细胞中促进κ轻链基因表达的重要核转录调控因子[16]，包括NF-κB1(p50/p105)、NF-κB2(p52/p100)、RelA(p65)、RelB及c-Rel 5个亚基，其中以p50、p65 2个亚基组成的异源二聚体为主要活性形式，广泛参与细胞的存活、分化、炎症诱发、免疫应答及凋亡等过程[17]。NF-κB抑制蛋白(IκB)激酶被激活是调控NF-κB信号通路的中心环节，当机体受到多种信号刺激时，包括细胞免疫应激、炎症因子、自由基及各种病毒、细菌感染，IκB激酶被激活，再经过磷酸化、泛素化后最终被降解,失去IκB 抑制作用的NF-κB转入细胞核，参与多种基因如肿瘤坏死因子α(TNF-α)、白细胞介素6(IL-6)、粒细胞-巨噬细胞集落刺激因子(GM-CSF)的转录和表达，是炎症过程的关键调节因子[18-19]。DN发生、发展的重要原因之一是高血糖所引发的免疫炎症信号通路激活和相关炎症因子的分泌失调[20]，这些都与NF-κB信号通路密切相关。Ka S M等[21]研究发现，通过对肾脏靶向递送Smad7基因，DN模型小鼠肾小球和肾小管上皮细胞细胞核中NF-κB的水平显著降低,而与NF-κB信号传导关联的促炎症细胞因子IL-1、单核细胞趋化蛋白1(MCP-1)、诱导型一氧化氮合成酶(iNOS) 的mRNA水平也明显下降，表明通过对NF-κB信号通路的抑制，可以减轻炎性反应带来的DN肾脏损伤。

2.2 中医药调节NF-κB信号通路防治DN 白宇等[22]研究显示，当归多糖能有效降低STZ诱导DN大鼠的血糖、24 h尿蛋白定量，抑制NF-κB(p-p65)蛋白及炎症因子IL-1、MCP-1、TNF-α mRNA表达，改善模型大鼠细胞外基质沉积和肾小球基底膜的通透性，减少纤维细胞增殖，说明当归多糖可通过对NF-κB信号通路的下调，抑制IL-1、MCP-1及TNF-α的释放，减轻肾脏组织中的炎性反应，延缓DN进展。郭杨志等[23]建立高脂饮食结合腹腔注射STZ诱导的DN大鼠模型，并给予全成分提取的黄连配方颗粒进行干预，结果显示黄连能减少大鼠肾小球内NF-κB介导的炎性反应，抑制炎症细胞向肾小球聚集，同时增加肾脏皮质中对NF-κB具有抑制作用的过氧化物酶体增殖物激活受体γ(PPARγ) mRNA含量，且经黄连干预治疗后，DN大鼠肾小球病变明显改善，毛细血管球结构无明显破坏，毛细血管腔狭窄缓解，系膜基质部分增生减轻，表明中药黄连单体可通过增强PPARγ mRNA表达，抑制DN大鼠肾小球内NF-κB信号传导，减轻肾小球损伤。白璐等[24]研究显示，化瘀通络中药(药物组成：丹参、川芎、水蛭、地龙及全蝎)干预DN模型大鼠可一定程度上改善“三多一少”症状,减少大鼠24 h 尿蛋白定量，抑制大鼠肾皮质中NF-κB p65 mRNA及蛋白的表达，减轻大鼠肾小球肥大、肾小囊囊腔裂隙状改变及部分节段出现的球囊粘连，改善肾脏微炎症状态，说明抑制肾皮质 NF-κB p65的高表达是化瘀通络中药发挥对DN大鼠肾脏保护作用的重要靶点，并且化瘀通络中药还能改善大鼠肾脏局部微血管血液循环，减轻肾脏病理损伤及蛋白尿漏出。陶鹏宇等[25]以六味地黄丸灌胃干预DN模型大鼠，结果显示中药组大鼠的FPG、BUN、SCr及24 h尿蛋白定量均明显降低，大鼠肾小球纤维化程度、炎症细胞浸润和管腔狭窄情况均得到改善，肾组织中NF-κB、MCP-1、转化生长因子β(TGF-β)、α-SMA、信号转导分子2(Smad2)及Smad3蛋白表达均明显下调，说明抑制NF-κB和TGF-β/Smad信号通路是六味地黄丸减轻DN大鼠肾脏纤维化及炎症损伤的可能机制。

3 TGF-β/Smad信号通路

3.1 TGF-β/Smad信号通路与DN TGF-β是一种多功能细胞因子，在人体中有3种结构亚型，分别为TGF-β1、TGF-β2及TGF-β3，参与了多种组织细胞的增殖、凋亡、伤口修复及纤维化的调控[26],其中TGF-β1是人体内含量最多的亚型，在肾小球、肾小管及肾间质中都有广泛分布，是公认的慢性肾脏病纤维化的关键介质[27]。Smad是TGF-β下游的主要信号传导蛋白，至今共发现8种，分别为Smad1～Smad8，其中Smad1、Smad2、Smad3、Smad5及Smad8是TGF-β受体激酶直接底物，主动参与特异性信号传导，Smad4是TGF-β家族下游共同蛋白因子，Smad6及Smad7能够竞争性结合TGF-β受体，发挥抑制TGF-β信号传导的作用[28-29]。TGF-β1的生物学效应是在细胞膜上与TGF-βⅡ型受体相结合，招募Ⅰ型受体，然后磷酸化激活Smad2及Smad3，激活的Smad2、Smad3再与Smad4形成异三聚体复合物Smad2/3/4，转运到细胞核，完成信号的跨膜转导，最终调控靶基因的mRNA转录。研究表明，DN的许多特征，如系膜扩张、SCr升高、BUN升高、蛋白尿增加、肌酐清除率降低等，都会随着TGF-β1表达的降低而逐渐改善，也会随着TGF-β1表达的增加而逐渐恶化[30]，通过抑制TGF-β1/Smad信号通路，如基因敲除TGF-βⅡ型受体或使用TGF-β1中和抗体和Smad3特异性抑制剂，都可以减少肾小管、肾小球上皮细胞、系膜细胞向肌成纤维细胞转变，改善DN肾脏血管生成和纤维化反应，延缓DN进展[31-33]。

3.2 中医药调节TGF-β/Smad信号通路防治DN Mao Q等[34]研究显示，蒙古豆科黄芪提取物黄芪甲苷Ⅳ(ASI)可以通过增加STZ诱导DN模型大鼠的Smad7 mRNA和蛋白表达，降低TGF-β1、Smad3、α-SMA的mRNA和蛋白表达，抑制DN引起的肾小球系膜细胞过度增殖和肾脏纤维化，改善大鼠肾小球萎缩、基底膜变薄及近曲小管损伤，促进细胞修复，说明ASI对DN的治疗作用是通过抑制TGF-β1/Smad信号传导，减轻肾间质纤维化而实现的。Li Z等[35]研究表明，紫草主要成分乙酰紫草素可明显抑制STZ诱导DN小鼠肾脏中TGF-β1的表达，降低Smad2/3磷酸化水平，增加Smad7水平，降低肾脏中IL-1、IL-6、MCP-1等促炎因子水平，减少巨噬细胞浸润，抑制纤溶酶原激活物抑制物1(PAI-1)、结缔组织生长因子(CTGF)、Ⅲ型胶原蛋白及Ⅳ型胶原蛋白表达，且采用体外培养的人近端肾小管上皮细胞在经过乙酰紫草素处理后也可出现同样上述表现，说明乙酰紫草素对TGF-β1/ Smad信号通路的抑制作用可应用于DN肾脏纤维化病变的治疗。Yoon J J等[36]研究显示，经五苓散干预8周后，DN模型小鼠的TG、LDL、BUN、肌酐清除率及胰岛素抵抗稳态评估指数(HOMA-IR)均明显降低，系膜和肾小球基底膜增厚、近端肾小管空泡形成增多及上皮细胞管腔间隙收缩等DN的特征性病理改变减少，进一步研究显示小鼠肾脏中TGF-β1/p-Smad2的蛋白和mRNA表达减少，p-Smad2的核易位降低，MCP-1和Ⅳ型胶原蛋白的表达也同样受到抑制，推测TGF-β1/Smad信号通路中相关基因、蛋白及细胞因子可能是五苓散治疗DN的靶点。沈金峰等[37]临床观察加味参芪地黄汤(药物组成：生黄芪、党参、生地黄、山茱萸、淮山药、丹参、泽泻、茯苓、芡实、金樱子、玉米须、薏苡仁、大黄及积雪草)治疗DN的结果显示，DN患者肾脏损害与TGF-β1、血管内皮细胞生长因子(VEGF)水平呈正相关关系，加味参芪地黄汤能显著抑制患者血中TGF-β1、VEGF水平，改善患者尿白蛋白排泄率(UAER)、24 h尿蛋定量、SCr及BUN水平，表明加味参芪地黄汤可能是通过调节TGF-β/Smad信号通路，降低TGF-β1和VEGF水平，保护肾功能，进而延缓DN进展。

4 细胞外因子(Wnt)/β-连环蛋白(β-catenin)信号通路

4.1 Wnt/β-catenin信号通路与DN Wnt/β-catenin信号通路是糖蛋白Wnt信号传导的一条经典路径，具有进化保守性，通过调控细胞的增殖、分化、黏附、凋亡来参与人体的生理病理过程[38]。Wnt作为一种富含半胱氨酸的糖蛋白，在高糖环境下被激活，与跨膜受体卷曲蛋白(FZD)及低密度脂蛋白受体相关蛋白5/6(LRP5/6)结合形成复合物，将能够降解β-catenin的复合物中轴蛋白-糖原合成激酶-3β(Axin-GSK3β)解离，导致β-catenin蛋白在细胞中稳定累积，在达到一定浓度后，β-catenin易位至细胞核，与转录因子T细胞因子(TCF)/淋巴增强因子(LEF)等结合，生成纤维化因子和炎症介质诱导疾病的发生[39]。DN患者肾脏及动物模型的研究表明，Wnt/β-catenin信号通路参与了DN肾间质纤维化和肾小球硬化的发生发展，尤其是在系膜细胞、足细胞及肾小管上皮细胞的损伤中起着关键作用，高糖刺激下Wnt/β-catenin信号传导过度激活，纤维粘连蛋白(FN)、α-SMA、PAI-1及VEGF表达增加，E-cadherin、足突蛋白(Podocin)及肾病蛋白(Nephrin)表达下降，肾脏固有细胞向肌成纤维细胞转化，进而引起肾脏不可逆的病理损伤，造成尿蛋白进行性增多[40]，而内源性拮抗剂Dickkopf相关蛋白1(DKK-1)的使用，可以抑制Wnt信号，减少足细胞损伤和蛋白尿产生[41]。因此，调控DN中Wnt/β-catenin信号通路可以降低肾脏损害和减轻肾脏纤维化程度，是治疗DN一种可行的干预策略。

4.2 中医药调节Wnt/β-catenin信号通路防治DN Xie L等[42]研究证实，三七颗粒灌胃治疗DN大鼠后尿蛋白水平显著降低，肾小球系膜扩张和足细胞足突脱落情况明显改善，肾组织中Wnt-1、β-catenin、Snail、结蛋白(Desmin)及α-SMA表达下降，Nephrin蛋白表达上调，表明中药三七治疗DN的可能机制与抑制Wnt/β-catenin信号通路和保护足细胞有关。Xiang X等[43]研究发现，丹参提取物可呈浓度依赖性抑制体外高糖诱导的肾小球系膜细胞增殖及肾小球系膜细胞肥大，同时Wnt-4、β-catenin和TGF-β信号在肾小球系膜细胞中的表达也同样受到抑制，进一步用DN模型大鼠进行实验发现，丹参提取物治疗后，大鼠肾组织中Wnt-4、β-catenin和TGF-β信号表达也同样下调，HDL、LDL、TG、TC、糖化血清蛋白(GSP)、胱抑素C(Cys-C)及β2微球蛋白(β2-MG)恢复到正常水平，说明丹参提取物可通过抑制Wnt/β-catenin和TGF-β信号通路，改善DN糖脂代谢异常引起的肾脏损伤。Zou X R等[44]研究显示，肾安颗粒可显著降低DN模型小鼠肾皮质中Wnt-1、β-catenin的信号表达和mRNA转录，减少肾小球滤过屏障结构破坏，降低小鼠尿白蛋白排泄量、BUN及SCr水平，治疗效果与氯沙坦相当，说明肾安颗粒可通过抑制Wnt/β-catenin信号通路的异常激活，减少尿蛋白，改善肾功能，延缓DN进展。Zhang Q等[45]研究表明，DN模型大鼠经芪参益气滴丸治疗后，肾小球系膜和基底膜胶原纤维沉积明显减少，肾小球肥大和肾小管间质纤维化改变减轻，肾小球、肾小管及肾间质中Wnt-1、β-catenin、TGF-β、Smad2表达明显降低，说明芪参益气滴丸可通过抑制Wnt/β-catenin和TGF-β/Smad信号通路，改善DN大鼠的肾脏纤维化和保护肾功能。

5 小结

尽管DN的发病机制目前尚未完全明确，但中医药多成分、多效应的作用优势使其在DN的临床治疗中获效显著，能对DN发生、发展过程中的多条信号通路进行有效调控，主要包括PI3K/Akt、NF-κB、TGF-β/Smad及Wnt/β-catenin信号通路。基于这些信号通路展开的相关研究也使我们对中医药治疗DN的作用机制、治疗靶点有了更深了解，在临床应用时有了更多选择范围和理论依据。同时我们也要认识到中医药调控DN相关信号通路的研究存在一定局限性：①中医药成分复杂，缺乏精准分析，未来应从分子学、细胞学、基因学等层面探讨中医药作用于信号通路的具体机制；②有关中医药的长期疗效和毒理学研究数据不足，迫切需要进行更全面、更深入的实验研究；③目前研究方向大多是近年来单个热点信号通路的实验研究，多靶点间相互作用和临床疗效观察相对缺乏，现有的临床证据也需上升至循证级别；④中医临床治疗更注重辨证论治，如何将中医药治疗节点的信号通路与中医基础理论相统一，也是日后系统研究的重要课题。综上所述，中医药调控DN相关信号通路具有多途径、多靶点、多效应的优势，在纠正糖脂代谢、减少氧化应激、调节炎性反应、改善DN所致的肾功能和形态损伤方面获效显著，但仍需进一步拓展和深入研究。