2013内科主治辅导精华：高血糖对糖尿病肾病的影响

　　高血糖是引起DM 微血管并发症的重要危险因素，尤其对肾脏的影响更为严重，在代谢控制效果不佳的患者，其肾脏的病变发展相对更快。因此，探讨高血糖这一重要危险因素对进一步认识DN的发病机制具有重要意义。

　　关键词 高血糖;糖尿病肾病;足细胞

　　糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN) 是糖尿病最常见的并发症，也是糖尿病患者的主要死亡原因之一， 在我国，糖尿病肾病发病率也在逐年升高[1] .DN的基本病理变化为肾小球肥大、细胞外基质(extracellularmatrix，ECM) 产生增多和肾小球硬化，在功能上表现为高滤过、高灌注状态以及肾小球滤过屏障改变。糖尿病肾病的发病是多种因素综合作用的结果，由胰岛素代谢障碍而致长期高血糖是DN发生的最关键原因，高血糖造成肾脏血流动力学改变以及葡萄糖本身代谢异常所致的一系列后果是造成肾脏病变的基础，众多生长因子、细胞因子被激活则是病变形成的直接机制。

　　1 高血糖引起的糖代谢异常与DN

　　1.1 多元醇代谢通路(polyol pathway) 多元醇代谢通路是葡萄糖代谢通路之一 ，通过多元醇代谢通路葡萄糖大量转化为极性很强的山梨醇，在细胞内大量蓄积，造成高渗状态，破坏了细胞结构;而山梨醇蓄积成的渗透压梯度以及D-葡萄糖竞争性与肌醇载体结合，使细胞内肌醇池耗竭，从而使细胞膜Na -K-ATPase 活性降低， 直接影响肾小球及肾小管细胞的滤过和重吸收功能[2].多元醇通路在DN 的病理进程中处于较为上游的位置，有效的醛糖还原酶抑制剂可以阻断多元醇通路代谢，延缓DN 的发生。

　　1.2 蛋白激酶C(PKC) PKC 广泛存在于各种组织细胞中，能被多种信号因子激活，从而构成复杂的细胞信号转导网络，调节机体的生理生化功能。高糖可通过多元醇通路和活性氧类激活PKC而产生一系列生物效应[3-4]，如PKC可增加TGFβ1的表达、启动系膜基质的积累并促使微量尿蛋白的产生，还可介入由血管紧张肽，如内皮素-1(ET-1) 引起的系膜细胞Ⅳ型胶原蛋白的表达及系膜细胞对血管紧张肽的收缩反应丧失[5].因此，研究PKC在DN 中的作用将对DN 的预防和治疗大有裨益。

　　1.3 糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs) 葡萄糖在没有酶激活时，可以通过非酶促糖基化反应形成糖基化终末产物(glylation end products，AGEs)。AGEs 在化学上是可逆的，一经生成则不断积累于组织中，影响组织的结构和功能。研究表明，AGEs 参与了DN 的发生和发展，无论是人类或是动物实验性糖尿病(DM)，均在肾脏组织中发现有AGEs 的积聚。AGEs 在细胞外聚集可广泛影响基底膜胶原 Ⅳ 分子间以及ECM 与细胞之间的相互作用引起结构的重塑，使胶原分子之间不能形成正常的网络结构，内皮细胞连接能力也下降，血管壁通透性增加;同时也促进了单核细胞的移动，并诱导产生生长因子和细胞因子，通过旁分泌、自分泌、内分泌途径参与DN 的病理变化;此外，AGEs 可通过抑制近端肾小管细胞蛋白的再合成、诱导转化生长因子-β过度表达以及激活其经典信号通路中Smads信号分子，参与DM 并发症形成;抑制AGEs 可以阻止肾小管损伤和间质纤维化[6].

　　1.4 葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT) 葡萄糖转运蛋白是一类镶嵌在细胞膜上转运葡萄糖的载体蛋白质，它广泛分布于体内各种组织。根据转运葡萄糖的方式分为两类：一类是钠依赖的葡萄糖转运蛋白(SGLT);另一类为易化扩散的葡萄糖转运蛋白(GLUT)。GLUT1又称为脑型、红细胞型GLUT，其分布最广泛，于许多胚胎及成年组织细胞中表达，主要功能是维持基础状态下组织细胞的葡萄糖摄入。糖尿病并发症发生的原因部分是由于细胞内糖的摄入过多和代谢异常，而高糖是DN 的始动因素;高血糖会增加肾小球细胞葡萄糖的摄入，并且可诱导GLUT1 mRNA 表达GLUT1蛋白[7].最近研究表明糖尿病小鼠肾皮质GLUT1蛋白含量增加，当肾脏去除神经支配后，已升高的GLUT1蛋白趋于正常，但仍高于正常小鼠。GLUT1在介导细胞内糖代谢异常并引起组织损伤的过程中起着很重要的启动作用，而不同个体间系膜细胞GLUT1表达的差异可能是部分患者易出现肾脏损害的因素之一，因此寻找干预GLUT1功能的有效药物可能为DN 防治开辟新的途径。

　　2 高血糖环境足细胞损伤与DN

　　研究证明， 足细胞损害与DN 的形成与发展密切相关。糖尿病患者存在糖、蛋白质、脂肪代谢紊乱，这些代谢因素可以通过不同的途径损害肾脏。最近研究发现高糖刺激足细胞肥大导致足细胞丢失，是认识糖尿病肾病发生机制的新观点。

　　2.1 高糖对足细胞裂孔隔膜的影响 Nephrin 特异地表达于肾小球足细胞， 是细胞粘附分子中的免疫球蛋白超家族成员， 为一跨膜蛋白， 分子量为135kd ，在其C端富含丝氨酸和酪氨酸残基。它与配体结合时，某些酪氨酸残基发生磷酸化而介导细胞间的信号传递[8].Nephrin 是肾小球足细胞足突裂隙膜的关键组成成分， 参与构成肾小球滤过屏障， 它通过介导上皮细胞与基质的相互作用影响肾小球基底膜(GBM)的通透性和基质的沉积。对糖尿病患者和动物模型的研究发现， 高糖环境下肾小球足细胞Nephrin 表达减少， 尿蛋白排泄增加，提示DN发病可能与Nephrin 表达下调而增加GBM通透性和基质沉积有关[9].

　　2.2 高糖影响足细胞与基底膜的附着 整合素(Integrin) 是一类细胞黏附分子，由α、β两条肽链以非共价键连接组成异二聚体，为跨膜糖蛋白，作为细胞上的ECM受体， 介导细胞黏附和基质到细胞的信号转导， 还参与细胞对ECM沉积调控。Adiers等[10] 发现α3β1整合素主要表达足细胞，介导足细胞与ECM这间的黏附： 高糖环境下，足细胞α3β1整合素表达减少，并随着病程的延长，足细胞α3β1整合素减少更加明显。Kitsiou等[11]在培养人的肾小球足细胞研究中，观察到高糖环境下整合素的表达异常和足细胞与Ⅳ型胶原结合程度降低[9].上述结果显示，在DN时足细胞脱落与α3β1整合素减少有关。

　　2.3 高糖对足细胞顶膜区的影响 顶膜区的成熟足细胞标志分子，如podocalyxin 是肾小球主要带电荷的蛋白分子，是组成GBM 电荷屏障的主要物质。Podocalyxin是CD34 相关性唾液粘蛋白，是组成glycocalyxin的主要糖蛋白成份，它对足细胞独特型态结构的形成和维持有非常重要的作用[12].podocalyxin过表达可以抑制细胞间粘连，这是由于电荷的排斥作用所致，因为用唾液酸酶消化可以使这种作用减弱，因此可能是其防止足突融合形成的机制。目前研究发现高糖环境可能影响足细胞pod-ocalyxin的表达，从而影响肾小球滤过屏障[13].

　　3 高糖对一些生长因子和细胞因子的影响

　　3.1 转化生长因子β(TGF-β1) 高糖可通过多种机制发挥其病理生理作用，并通过一系列细胞内信号转导通路调节TGF-β1 的基因表达，引起ECM积聚，导致肾小球硬化[14].在糖尿病病人和实验型糖尿病动物的肾脏、血液和尿中TGF-β1水平增加，暴露于高浓度葡萄糖的肾脏系膜细胞TGF-β1的表达增加;TGF-β1加入培养的肾脏系膜细胞中可产生类似于DN 基质成分的改变; TGF-β1 对基质金属蛋白酶和基质金属蛋白酶阻滞剂表达的影响方式与DN 时的情况十分类似;用抗TGF-β1 抗体或反义寡核苷酸能减少TGF-β1所致肾脏细胞外基质成分的增加。其作用机制可能由于TGF-β启动子中包含有高糖反应元件，故高血糖本身可直接刺激TGF-β基因的转录，促TGF-β表达增加。此外，在高糖环境下TGF-β和1 型葡萄糖受体(GLUT1) 表达均可升高，且相互促进各自的表达，加速葡萄糖的包内转运，使葡萄糖的摄取进一步增加，续而激活蛋白激酶C(PKC) 氨基己糖通路使TGF-β水平升高[15].

　　3.2 结缔组织生长因子(connective tissuegrowth factor，CTGF) 是新发现的一种细胞因子，它具有促进成纤维细胞活化和细胞外基质(ECM) 的产生、积聚等功能。CTGF 被认为是介导TGF-β促纤维化活性的下游效应因子，在刺激细胞增生和细胞外基质(ECM)合成、促进组织器官纤维化方面起重要作用[16].目前研究表明高糖可以刺激体外培养的系膜细胞和足细胞表达CTGF增加，从而促成肾小球硬化、间质纤维化的发生[17].

　　3.3 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，研究发现高血糖可上调VEGF[18].

　　4 高糖激活MAPK信号转导途径参与DN的形成

　　丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)是脊椎动物体内广泛存在的丝氨酸/苏氨酸蛋白调节激酶，是胞内介导胞外刺激的重要信号系统，激活的MAPK将外界信号传导到细胞核内，参与细胞生长、发育、分裂、死亡以及细胞间的功能同步等多种生理反应的过程。 糖尿病状态下，多种因素激活MAPK信号转导通路。MAPK激活后，使肾脏细胞肥大，细胞外基质积聚，最终导致肾小球硬化和肾小管间质纤维化。体外实验证明高糖刺激可以使细胞的P38MAPK活化，并参与系膜细胞分泌纤维黏连蛋白(fibronectin， FN)，还可以通过Elk-1、c-fos和cPLA2 两条途径激活依PKC的ERK通路，诱导FN和Ⅰ型胶原等ECM 生成最终导致肾小球硬化和肾小管间质纤维化。此外高糖可以通过P42 /P44 MAPK通路，使体外培养的大鼠肾小管上皮细胞产生胰岛素抵抗，加重糖尿病肾病的发生[19].总之，DM 患者出现的肾脏改变可能与葡萄糖非酶性活化反应以及随后AGEs 形成的增多或糖代谢增强有关，这些反应均可激活细胞内信号转导通路。因此，进一步明确DN发病机制和高糖肾毒性作用，通过阻断或抑制有关危险因素和发病环节，包括相应信号通路，必将为临床防DN 及DM伴血管并发症提供更广泛的策略和依据。