糖尿病肾病足细胞损伤的病理机制及中药的干预作用

糖尿病肾病足细胞损伤的病理机制及中药的干预作用作者：石格毛志敏万毅刚沈山梅吴薇杨晶晶姚建来源：《中国中药杂志》2016年第13期[摘要] 在糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）进程中，足细胞损伤与蛋白尿密切相关。

足细胞损伤的病理特征主要是指足细胞形态和功能的改变，包括足突融合、足细胞数量和密度减少、足细胞凋亡、足细胞上皮-间充质转分化以及足细胞肥大等。

这些病理性损伤受控于肾组织内多条信号调控途径，如哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mammalian target of rapamycin，mTOR）/自噬通路、转化生长因子（transforming growth factor，TGF）-β1通路以及Notch通路等。

以雷公藤制剂为代表的一些中药提取物，如雷公藤多苷（multiglycoside of Tripterygium wilfordii，GTW）、雷公藤甲素（triptolide，TP）、黄芪多糖（astragalus polysaccharide，APS）、黄芪甲苷（astragaloside IV，AS-IV）以及三七总皂苷（Panax notoginseng saponins，PNS）在体内外对DN模型鼠足细胞病变或高糖诱导的足细胞损伤都具有一定的保护作用。

国内的初步研究表明，GTW很可能通过调控DN模型鼠肾组织mTORC1信号通路活性而改善足细胞损伤。

因此，基于DN足细胞损伤的信号调控途径而探讨中药干预作用的研究是今后的发展方向。

[关键词] 糖尿病肾病；中药；足细胞；病理机制；mTOR/自噬信号通路[Abstract] Podocyte injury is closely related to proteinuria in the progress of diabetic nephropathy（DN）. The pathological characters of podocyte injury mainly refer to the change of podocyte form and function， including foot process effacement， reduction of podocyte number and density， podocyte apoptosis， podocyte epithelial-mesenchymal transdifferentiation（EMT）and podocyte hypertrophy. These pathological damages are controlled by multiple signaling pathways in the kidney， such as mammalian target of rapamycin（mTOR）/autophagy pathway， transforming growth factor（TGF）-β1 pathway and Notch pathway. For podocyte injuries induced by high glucose or in murine models of DN， some Chinese herbal medicine（CHM）extracts， such as multiglycoside of Tripterygium wilfordii（GTW）， triptolide（TP）， astragaloside IV（AS-IV）， astragalus polysaccharide（APS）and Panax notoginseng saponins（PNS）， have the protective effects in vivo or in vitro. The preliminary studies in China showed that GTW improves podocyte injury in the DN model rats probably through regulating the activity of mTORC1 signaling pathway in the kidney. Therefore， it is the developmental direction for the further study to clarify the interventional effects of CHM based on podocyte injury-related signaling pathway in DN.[Key words] diabetic nephropathy；Chinese herbal medicine；podocyte；pathomechanism；mTOR/autophagy signaling pathwaydoi：10.4268/cjcmm20161308在糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）进程中，肾小球及其球内各种固有细胞都会发生形态和功能的改变，其中，足细胞（podocyte）损伤与蛋白尿密切相关。

足细胞损伤包括足突融合、足细胞数量或密度减少、足细胞凋亡、足细胞上皮-间充质转分化以及足细胞肥大等[1-3]。

这些病理改变既是DN进展的重要因素，也是中、西药物治疗的关键靶点。

据报道[4]，在DN早期病变中，“足细胞功能异常”表现得尤为突出，或为足细胞裂隙膜关键结构分子“蛋白表达下调”，或为相邻结构分子“蛋白结合障碍”等。

临床上，一些有益于延缓DN进展的药物，如肾素-血管紧张素-醛固酮系统抑制剂、他汀类药物、活性维生素D以及皮质类固醇、磷酸酶抑制剂等之所以能改善DN足细胞损伤，是因为这些药物可以保护并稳定足细胞的功能和形态[5]。

近年来，大型国际性循证医学试验结果表明，血管紧张素转换酶抑制剂（angiotensin converting enzyme inhibitor，ACEI）和血管紧张素Ⅱ受体拮抗剂（angiotensin Ⅱ receptor blocker，ARB）能减少DN患者的蛋白尿[6-7]，但是，疗效有限，尤其是对于持续蛋白尿的DN患者，一旦蛋白尿得不到有效控制，肾功能就会急剧恶化而迅速进展至终末期肾病。

因此，针对DN患者蛋白尿，寻找具有明确“抗蛋白尿”效果的药物，尤其是不同于ACEI或ARB 的中药制剂，这是中医肾病学界的重要课题之一。

目前，雷公藤、黄芪、三七等单味中药的提取物在改善DN足细胞损伤，减少蛋白尿等方面的作用受到越来越多的关注。

因此，笔者基于对DN足细胞损伤病理机制的认识，综述相关中药的干预作用。

1 糖尿病肾病足细胞损伤的形态特征及病理机制足突融合（foot process effacement）是早期DN患者出现的足细胞损伤特征，表现为足突增宽、回缩、变短、融合，甚至消失[2]。

足细胞是胰岛素敏感细胞，足突融合通常可由多种因素引起，如裂隙膜（slit diaphragm，SD）结构分子蛋白表达异常、细胞骨架蛋白表达异常、足突-基底膜黏附分子蛋白表达异常以及电荷屏障破坏等[8]。

Barisoni等在DN患者中观察到nephrin，podocin及podocalyxin蛋白表达水平显著降低；足突增宽、广泛融合[9]。

此外，Akimoto等发现，在DN大鼠模型中，被免疫标记的α-actinin-4排列紊乱、表达水平增加；作者推测，这与大鼠足突融合的发生密切相关[10]。

Economou等在DN大鼠及高糖刺激的足细胞中发现podocalyxin表达量明显下降，SD完整性受到破坏，肾小球电荷屏障滤过作用减弱，足突融合，最终，出现蛋白尿[11]。

足细胞数量和密度减少是早期DN患者足细胞损伤的另一特征，主要表现为足细胞脱落、凋亡，其中，足细胞脱落与黏附分子的表达密切相关。

研究表明，高血糖可以抑制糖尿病鼠足细胞α3β1整合素（integrin）的表达水平，并且，影响其与IV型胶原结合的程度，继而，削弱足细胞对GBM的附着，最终，导致足细胞的脱落[12]。

Toyoda等报道[13]，在1型糖尿病患者的尿液中可检测出脱落的足细胞，其程度与高血糖、蛋白尿以及肾功能损害密切相关。

足细胞凋亡（podocyte apoptosis）又称足细胞的程序性死亡，是指足细胞在高糖等病理因素影响下出现胞膜空泡，胞核固缩、碎裂以及细胞皱缩等特征性现象[14]。

足细胞凋亡是足细胞数量和密度减少的主要原因之一。

研究表明，CD2相关蛋白（CD2-associated protein，CD2AP）和nephrin可以使Bcl-2家族的促凋亡蛋白Bad磷酸化而丧失其促凋亡的作用，也就是阻止细胞凋亡[15]；但是，在高糖情况下，足细胞内nephrin和CD2AP蛋白表达下调，不能干预Bad磷酸化过程，就会诱导足细胞凋亡[16]。

足细胞上皮-间充质转分化（epithelial-mesenchymal transition，EMT）是指足细胞经过间充质-上皮细胞转分化的表型转变过程，它是足细胞减少的另一重要原因。

足细胞在诸如高糖等各种有害因素的刺激下，失去上皮细胞的标志型分子——E-钙黏连蛋白（E-cadherin）而表达间质细胞的标志性分子，如desmin或I型胶原，此时，足细胞就会发生形态的变化，包括足突分叉减少、足突融合增加、与 GBM 的黏附能力降低、细胞极性改变以及肌动蛋白细胞骨架重排等，最终，导致足细胞减少。

但是，有的学者认为，与肾小管上皮细胞发生EMT后转变为成纤维细胞不同，足细胞发生EMT，可使自身获得活动性而从GBM上脱落[17]。

在DN发病过程中，高血糖可以诱导转化生长因子-β、整合素连接激酶（integrin-linked kinase，ILK）以及Wnt等信号通路活化，促使足细胞发生EMT。

然而，EMT又是一个可逆的过程，若在DN 早期祛除高血糖等损伤性因素就可以干预EMT [18]。

足细胞肥大（podocyte hypertrophy）是足细胞损伤的适应性改变。

随着足细胞数量和密度减少，残留的足细胞为了覆盖面积增大的GBM而代偿性肥大。

这是DN或其他相关肾小球疾病早期肾脏体积增大、肾小球肥大的原因之一。

但是，随着病程进展，足细胞肥大的代偿作用逐渐减弱，就会进一步诱导肾小球硬化乃至肾脏体积萎缩[19]。

对于体外培养的足细胞，高糖可以诱导足细胞肥大、变性，其机制可能与高糖诱导的肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）的活性相关[20]。