糖尿病肾病的发病机制

糖尿病肾病的发病机制林善锬糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病患者最主要的微血管病变之一。

据美国、日本及许多西欧国家统计资料表明，DN已跃升为终末期肾功能衰竭(ESRF)首位病因，目前在我国DN发病率亦呈上升趋势。

由于DN患者机体存在极其复杂的代谢紊乱，一旦发展到ESRF，往往比其它肾脏疾病治疗更加辣手。

因此进一步探索其发病机制，以便制定更加有效的防治措施，已成为当前糖尿病和肾脏病学界十分热点的课题。

一、肾组织糖代谢紊乱糖尿病状态下存在肾组织局部糖代谢活跃。

高糖可刺激肾组织细胞葡萄糖糖转运主要载体葡萄糖转运子1(glucose transporter 1,GluT1)表达和活性，促进葡萄糖进入细胞内，而细胞内高糖诱导的各种损伤介质如IGF-1、TGF-b1、PDGF、AngⅡ、糖皮质激素及低氧等反过来有可刺激促进GluT1表达和活性，促进更多的葡萄糖进入细胞内，形成恶性循环。

另外，糖尿病状态下尚存在肾组织细胞膜胰岛素受体数目和亲和力增加，导致肾组织糖原储存和葡萄糖利用增加，产生许多中间代谢产物。

高糖与这些中间代谢产物可通过非酶糖化、激活的多元醇通路、DAG-PKC途径损害肾脏。

葡萄糖可以在非酶条件下形成Amadori产物，后者再经过一系列反应，形成晚期糖基化终末产物(AGEs)。

AGEs损害肾脏机制包括：(1)使肾小球基底膜(GBM)成分交联增多，导致GBM增厚及孔径选择性和电荷选择性丧失，而产生蛋白尿；(2)糖化的血管基质可通过AGEs捕获渗出血管外的可溶性血浆蛋白如LDL，致富含胆固醇性LDL在局部堆积，促进动脉硬化；(3)使醛糖还原酶(AR)糖化，其活性增加，参与多元醇途径的活化；LDL糖化后则清除减少，致血浆中LDL浓度升高，渗入血管壁，促进血管并发症发生；(4)通过AGEs与细胞上特异性受体(RAGE)结合激活细胞，尤其是巨噬细胞，随后分泌大量的细胞因子和细胞介质如IL-1、TNF1、TGFb、PDGF等，引起组织损伤。

此外，AGEs与RAGE结合后还会导致细胞氧化增加，产生大量氧自由基，而激活NFkB，后者可诱导ET-1及血管细胞粘附因子-1(VCAM-1)等表达。

此外，在体外培养的系膜上Amadori修饰的白蛋白不仅能诱导TGFb1基因和蛋白表达，亦能上调TGFbⅡ型受体功能，因而促进ECM蛋白表达。

当血糖持续升高超过了糖原合成和葡萄糖氧化能力时，可激活肾小球系膜细胞、近端肾小管上皮细胞及内髓质集合管细胞AR基因中葡萄糖反应元件(GLRES)及渗透压反应元件(ORE)，从而激活AR。

葡萄糖在AR作用下转变为山梨醇，然后在山梨醇脱氢酶作用下转变为果糖。

由于山梨醇不易透过细胞膜而果糖又很少进一步代谢，以致细胞内山梨醇和果糖堆积，过多的山梨醇和果糖引起细胞内高渗状态，以致细胞肿胀破坏。

多元醇通路的激活还可引起细胞内肌醇减少，磷酸肌醇(PI)合成受限，进而Na+-K+-ATP酶活性下降和扩血管前列腺素类物质产生增加，最终引起血流动力学异常。

更重要的是，多元醇通路的激活可产生大量的辅酶NADH，后者可促进葡萄糖从头(de novo)合成二酰甘油(DAG)途径中二羟丙酮磷酸(DHAP)向Sn-葡萄糖-3-磷酸(Sn-GSP)转变，促进DAG产生，参与蛋白激酶C(PKC)途径激活。

高血糖代谢过程中许多中间代谢产物可以从头合成DAG，后者是体内PKC唯一激活剂，此外，高糖环境尚可直接增加PKC基因表达。

PKC激活可通过以下四个方面促进DN发生、发展：(1)参与早期高滤过:主要与高糖引起肾组织前列腺素系统代谢异常，抑制肾小球入球小动脉平滑肌细胞膜Na+-K+-ATP酶活性，使细胞内Ca2+水平下降有关； (2)促进ECM进行性积聚和肾小球毛细血管基底膜增厚，高糖可以通过Ⅳ型胶原和FN基因启动子上TPA反应元件和cAMP反应元件(CRE)直接刺激Ⅳ型胶原和FN转录，且更重要的是高糖等激活PKCβ1、α、ε，可使raf-1磷酸化激活，从而通过MEK-MAPK通路刺激c-fos和c-jun的表达，再在AP-1样转录因子的介导下，促进TGFb1基因转录；(3) PKC激活导致肾小球基底膜局部粘附分子分离和压力纤维发生断裂，而增加肾小球毛细血管通透性；(4) 促进细胞增殖，此与 PKC激活诱导VEGF和PDGF 表达增加有关。

二、脂代谢紊乱在实验性糖尿病模型中，可发现大量脂质在肾小球沉积，并与肾小球损害程度相一致，特异性降脂治疗如HMGCoA还原酶抑制剂或低脂饮食防止或逆转DN进展，提示脂代谢紊乱是DN一种独立的损伤因素。

脂代谢紊乱促进肾小球硬化的机制包括：(1)肾内脂肪酸结构改变，致肾内缩血管活性物质释放，升高肾小球毛细血管内压；(2)高脂血症增加血浆粘度和红细胞刚性，改变肾小球血液流变学等；(3)经氧化和糖化的LDL，其代谢途径发生改变，清除降解减少，经单核细胞和巨噬细胞等清道夫途径清除增加，促进单核-巨噬细胞释放多种细胞因子和生长因子如PDGF-B、IL-1及TGFβ，进一步促进肾小球硬化；(4)胆固醇合成过程中的甲羟戊酸的代谢产物可直接激活NFkB、PKC等，诱导ET-1、TGFβ1等表达，动物实验给予HMGCoA还原酶抑制剂即使在没有降低胆固醇情况下，亦可延缓DN发展，其机制之一就是可降低这些中间代谢产物的产生。

三、高血压严格来讲，高血压并不是DN的直接原因，因为，在DN早期尽管肾脏已有损害，患者血压往往并不高，但糖尿病过程发生高血压常常加速DN的发生和进展，DN发生后血压会进一步升高，形成恶性循环。

流行病学研究发现有高血压的糖尿病患者肾脏病变的发生率及发展速度远较无高血压者为快，临床上严格控制高血压常会明显延缓DN进展，因此，高血压亦是DN一个独立的危险因素。

高血压促进DN发生、发展的机制主要是影响肾小球血流动力学。

四、血管活性物质无论是DN早期高滤过状态，还是随后的肾脏肥大及肾纤维化过程中都有一系列血管活性物质参与，他们既包括缩血管物质如AngⅡ、ET-1、TXA2及PGF2α，又包括扩血管物质如NO、PGE2、激肽及心钠素(ANP)，这些物质可单独起作用，又处于整个内分泌、旁分泌网络之中，相互作用、相互制约，共同促进DN发生、发展。

糖尿病状态下肾内RAS异常活跃，引起肾小球血流动力学紊乱、加重蛋白尿等。

AngII还作为一种促生长因子与高糖协同作用促进DN发生、发展。

其中AngII与高糖协同刺激TGFβ和PDGF产生已为众多的体内外实验所证实。

晚近，研究还表明肾素与TGFb共定位于肾小球近球旁器(JGA)，高糖与AngII诱导TGFb表达，反过来TGFb又可促进JGA肾素分泌，产生更多的AngII，形成AngII-TGFb之间恶性循环。

在DN发病过程中无论是早期还是晚期均已证实肾组织ET特别是ET-1 基因与蛋白表达增加有关，受体亦有所上调，但作用随着不同的病期有所不同。

在DN早期，研究发现ET-1表达增加主要是对抗NO的扩血管作用，是机体一种代偿现象。

但随着病程的进展ET-1又是DN一种重要的损伤介质。

主要包括：(1)ET 使球后毛细血管收缩，引起肾小管-间质血供不足，导致低氧损害；(2)ET可强烈刺激系膜细胞增殖，刺激系膜细胞合成胶原及糖蛋白;(3)ET尚可刺激系膜细胞合成和释放TNFa、PDGF、TGFb等以及肾髓质产生超氧阴离子和过氧化氢等。

糖尿病状态下引起ET-1表达增加的因素除高糖外，局部AngII亦可促进ET-1表达。

应用ACEI和AngII受体拮抗剂等可降低糖尿病大鼠肾小球组织ET-1mRNA水平及其引起的肾组织损伤。

在糖尿病早期激肽增加主要参与肾小球高滤过。

前列腺素的产生来源于细胞膜花生四烯酸的释放。

在糖尿病情况下，肾组织可能通过以下途径使花生四烯酸释放增加:(1)高血糖从头途径合成DAG，后者可使PKC大量激活，激活的PKC进一步激活磷脂酶A2，使花生四烯酸释放增加; (2)高血糖本身可直接使膜结合的花生四烯酸释放出来;(3)糖尿病时，肾组织局部AngⅡ活性增强，AngⅡ通过其AT1受体结合激活PKC；(4)其他如缓激肽、血小板活化因子等亦可增强磷脂酶C活性。

PG系统在糖尿病肾病中作用亦主要是参与早期高滤过。

在STZ诱导的糖尿病早期，发现NO与高滤过有关，肾皮、髓质iNOS表达的增加致肾间质压力升高而抑制管-球反馈是其中的可能机制。

在糖尿病后期，多数研究证实NO主要起保护作用。

NO对肾脏保护作用机制包括：(1)增加肾小球血流量并拮抗AngⅡ作用;(2)抑制血小板积聚；(3)抑制系膜细胞增生；(4)抑制内皮细胞对白蛋白通透性；(5)降低内皮细胞氧化力；(5)抑制中性粒细胞NADPH氧化酶活性，进而抑制氧化力；(7)直接抑制Ca2+催化的LDL氧化；(8)抑制PDGFβmRNA表达；(9)抑制培养的系膜细胞TGFβ和胶原表达。

糖尿病后期氧自由基、氧化LDL和AGE增多，可淬灭NO，导致NO保护作用下降。

抗氧化剂维生素E、维生素C及还原性谷胱甘肽均对糖尿病肾病产生有益的效应，其机制之一就是提高糖尿病后期肾内NO水平。

在糖尿病时由于长期高血糖致慢性血容量扩张，刺激ANP释放增加，当使用胰岛素使血糖下降后可防止ANP增高。

同NO一样，在糖尿病后期，ANP可改善肾血流量，促进水、钠排泄。

在STZ诱导的糖尿病模型中已证实糖尿病后期肾组织ANP-AR和ANP-BR功能下降，和ANP-CR功能增加，致ANP清除增加，这与糖尿病后期水、钠潴留有一定的关系。

五、生长因子与化学趋化因子生长因子主要通过自分泌、旁分泌及内分泌作用参与DN发生、发展。

在1型和2型糖尿病大鼠和小鼠肾组织中已证实有多种生长因子mRNA表达。

糖尿病状态下，诱导生长因子表达的因素包括高糖及糖基化产物、肾小球高压、血管活性物质、氧化脂蛋白及浸润的单核-巨噬细胞。

在糖尿病早期，肾组织中IGF-I已有明显变化，这种变化与肾小球血流动力学紊乱及肾脏肥大相一致。

免疫组化研究证实IGF-I主要定位于皮质集合管和髓袢升支厚壁段，提示IGF-I主要介导小管功能及形态改变。

在人类和动物实验中，静脉内直接注射IGF-I可获得与糖尿病早期类似的改变。

另外，在STZ诱导的糖尿病模型中，给予生长介素类似物奥曲肽(Octreotide)可抑制早期肾脏肥大，长期应用则可减轻糖尿病性长期肾脏和肾小球肥大程度和尿蛋白排泄率。

糖尿病状态肾组织中IGF-I水平增加的机制可能与循环中IGF-BP特别是IGF-BP1水平增加使循环中IGF-1在肾组织中积聚有关。

另外，激肽释放酶-激肽系统亦可能介导IGF-1的血流动力学效应。

近年来研究表明无论是DN早期还是晚期肾组织内TGFb基因与蛋白水平均明显增加。