維生素D 防治糖尿病腎病研究進展

張曉良 宋志霞

慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)在全球的發病率及死亡率均很高，我國的流行病學調查CKD 患病率達10.8%。該病已經成為嚴重威脅人類健康的公共問題［1］。隨著生活方式及飲食習慣的改變，糖尿病在我國的發病率呈逐年上升趨勢。糖尿病的并發癥糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是導致CKD 和終末期腎病(endstage renal disease，ESRD)的主要原因之一。其發病機制目前并不十分清楚?？赡軝C制包括血流動力學因素、炎癥及氧化應激等［2］。目前對DN 尚缺乏有效的治療手段。維生素D 已經廣泛用于CKD的治療，其主要目的是調節鈣磷代謝及繼發性甲狀旁腺功能亢進等。近年來研究發現，維生素D 還可能存在其他腎臟保護作用。現將維生素D 在DN 這一領域的應用進展進行綜述。

1 維生素D 在腎臟病中的應用

早在上世紀中葉，維生素D 已用于CKD 患者。主要目的是維持體內鈣的動態平衡和調節骨代謝。當時人們認為CKD 患者體內維生素D 缺乏的主要原因是消化道攝入障礙。隨著研究的深入，研究者發現維生素D 在體內發揮生物學作用的是活性維生素D。最早被用于治療CKD 的活性維生素D 是25－羥膽骨化醇或25 羥基維生素D3［25(OH)D3］。腎臟是產生1－α 羥化酶的最重要場所，25(OH)D3在1－α 羥化酶作用下被羥化生成1，25(OH)2D3，它是最具有生物活性的維生素 D。在 CKD 時，1，25(OH)2D3的合成減少，所以骨化三醇或1，25(OH)2D3成為替代性治療藥物。由于1，25(OH)2D3在臨床治療中安全范圍較窄，美國隨后研發了維生素D 類似物度骨化醇(hectorol)和帕立骨化醇(zemplar)，在其他國家研發的阿法骨化醇和22－乙二酸－1，25(OH)2D3也隨即出現。最近日本開發了一個氟衍生物，1，25(OH)226，27－F6—維生素D3，它是一種維生素D 分解代謝的酶。該藥物不影響維生素D本身的作用，但可以延長藥物的半衰期［3］。

多年來，維生素D 在臨床上廣泛應用于治療腎性骨營養不良及繼發性甲狀旁腺功能亢進等疾病。有研究經流行病學調查發現維生素D不僅可以降低甲狀旁腺激素(PTH)，而且可以降低CKD 透析患者整體死亡率［4］。生存率的增加僅用甲狀旁腺激素的降低不能夠完全解釋，推測可能存在除降低甲狀旁腺激素以外的其他機制。

2 DN 的病理及臨床表現

微量白蛋白尿是臨床診斷DN的早期主要線索［5］。腎小球濾過率(eGFR)下降和血壓升高也有助于診斷DN。DN 早期表現為腎小球肥大，隨后出現腎小球基底膜增厚，細胞外基質(ECM)積聚、腎小球硬化、腎功能進行性喪失。系膜細胞增殖導致系膜基質增生及足細胞受損。足細胞是腎小球濾過屏障的最外層，DN 時足細胞的損傷可直接導致蛋白尿和(或)白蛋白尿。而且，足細胞損傷也是DN 腎小球發生進行性硬化和eGFR 下降的原因。DN 時足細胞發生的一系列變化包括數目減少、裂隙膜蛋白丟失、足突廣泛融合等。一旦足細胞損傷加劇，微量白蛋白尿進展至顯性蛋白尿，腎臟持續損害，最后出現腎小球硬化及腎間質纖維化［6］。最近的流行病學調查與上述的結論并非完全一致，提示部分糖尿病患者臨床并沒有表現出蛋白尿和(或)白蛋白尿，但eGFR 已經下降。研究報道在1 型糖尿病患者中發生的微量白蛋白尿可以逆轉，6 年累計緩解率高達58%，說明微量白蛋白尿不能作為發生DN 的預測標志，eGFR 的下降不依賴于微量白蛋白的水平［7］。

3 腎臟病時維生素D 合成及代謝障礙的可能機制

在患腎臟病時，維生素D 的信號通路在多個方面受到干擾。目前尚不清楚這是疾病的發病原因還是疾病造成的結果。正常的人體內維生素D 的來源主要有2 種途徑:一是部分食物中人工添加了維生素D;二是由皮膚內的7－脫氫膽固醇在特定波長的紫外線(290 ～315 nm)作用下合成維生素D。由于腎臟病患者限制食用一些富含維生素D 的食物，且尿毒癥患者的皮膚合成維生素D 減少，故導致了體內維生素D 的缺乏。正常情況下，維生素D 在體內的代謝有2 個重要的羥化過程，每一步都增加了生物學活性。一個羥化過程是維生素D3在肝臟25 羥化酶的作用下在第25位側鏈的碳被羥化，生成25(OH)D3。另一個羥化的過程是在腎臟完成的。目前為止，尚無研究表明在腎臟疾病中第一個羥化過程障礙或不足。在腎臟病的早期階段，將25(OH)D3轉化為1，25(OH)2D3的酶CYP27B1 合成減少。隨后出現1，25(OH)2D3的水平降低，其機制可能與成纖維細胞生長因子－23(FGF－23)的增加有關［8］。當eGFR≤40 ml/min 時，循環中1，25(OH)2D3的水平明顯降低，1，25(OH)2D3的降低導致繼發性甲狀旁腺的增生及PTH 水平增高［9］。隨著腎功能的持續下降，甲狀旁腺維生素D 受體(VDR)和鈣敏感受體的數量下降，加重了它們對維生素D 和鈣的抵抗。同時，高磷血癥也直接影響甲狀旁腺的功能和增生。另外，在尿毒癥的動物模型和糖尿病患者的腎臟中CYP24A1 酶合成增加，該酶的主要作用是分解代謝1，25(OH)2D3和25(OH)D3。CYP24A1 的增加不受FGF－23 水平的影響。但PTH 可降低CYP24A1的水平，其機制可能是對抗FGF－23因子［8］。

25(OH)D3和1，25(OH)2D3隨血液循環與維生素D 結合蛋白(DBP)相結合。DBP 是由肝臟合成的一種含唾液酸的單肽鏈糖蛋白，分子量為54 kD。由于1，25(OH)2D3的代謝產物的親和力遠不及25(OH)D3，所以DBP 主要與循環中的25(OH)D3結合。已有報道DBP 可以經尿液丟失，導致維生素D 代謝物的減少。另有報道只有25(OH)D3在尿液中丟失的較多，但是并非持續性的。此外，cubilin 和megalin 是25(OH)D3重吸收的2 種蛋白，但在糖尿病患者的尿液中可檢測到這2 種蛋白質的丟失，進一步加劇了維生素D 的減少［10］。最近研究證實在疾病的發展過程中，1，25(OH)2D3的丟失早于25(OH)D3［9］。低水平的1，25(OH)2D3將導致VDR 介導的核基因活化減少甚至抑制。但臨床上的確觀察到大多數腎臟病患者與正常對照組相比25(OH)D3及1，25(OH)2D3水平均降低，其機制有待進一步研究。

4 在DN 中維生素D 作用的可能分子機制

在糖尿病患者中應用維生素D可能減緩腎功能的惡化，提高生存率。可能機制主要包括:協同控制血糖，減少腎素－血管緊張素系統(RAS)的活化和減輕腎小球及腎間質纖維化。高血糖導致糖化蛋白生成過多，后者已被證實可直接損傷腎臟。另有報道提示糖化血紅蛋白水平與CKD 風險呈線性相關［11］。嚙齒類動物模型研究表明，維生素D 可影響胰島素分泌，維生素D 類似物可減緩胰島B 細胞的破壞［12］。此外，在胰島素受體基因中存在維生素D 受體的一個DNA 反應元件。維生素D 化合物可誘導胰島素受體的增加、減少分泌胰島素細胞的死亡，更好地利用葡萄糖。其主要機制可能是由于對骨鈣素的影響。在骨鈣素基因敲除的鼠模型中，表現出葡萄糖的利用障礙。骨鈣蛋白的基因包含典型的VDR 反應元件。當給予1，25(OH)2D3或它的類似物時，骨鈣蛋白基因的表達增加［13］。

心血管疾病是腎臟疾病患者的主要死亡原因。維生素D 可能降低心血管的并發癥，成為治療的靶向藥物。由于心臟組織不含有VDR 蛋白，它對心臟的保護作用可能是間接地調節RAS 系統。RAS是機體極為重要的調節血壓及維持水電解質平衡的系統。當腎臟受損時，血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)的水平明顯增高，它被認為在腎臟的損害中起著主導地位。Ang Ⅱ可上調TGF－β，后者可以顯著增加細胞外基質聚集，誘導足細胞的凋亡。在幾種不同的腎臟病模型中觀察到維生素 D 可以抑制 TGF－β 的表達［14］。近年研究表明AngⅡ還可以上調單核細胞趨化蛋白1(MCP－1)。MCP－1 是一種趨化因子，它可以趨化巨噬細胞的聚集［15］，而1，25(OH)2D3可以抑制MCP－1 的表達。其機制可能通過抑制NF－κB表達。所以阻斷或降低RAS 的活性成為延緩腎臟疾病進展的極為重要的手段。目前臨床上使用的抗RAS 藥物主要是血管緊張素轉換酶抑制劑(ACEI)和血管緊張素受體拮抗劑(ARB)2 大類。這2 種藥物的使用會降低AngⅡ的水平。但是腎素水平會升高，升高的腎素也會造成類似的損害［16］。過去10 年的動物實驗研究證實 1，25(OH)2D3及其類似物無論是在mRNA 水平還是在蛋白質水平均抑制了腎素。因此，ACEI 和維生素D聯合應用可能更有效。

在腎臟纖維化的過程中，除了RAS 起主導作用外，還有其他一些蛋白質的參與。組織纖維化看似是損傷的結果，但其本質上是修復。一旦損傷發生，如糖化蛋白產生增多，則啟動巨噬細胞的浸潤和TGF－β的生成。TGF－β 是纖維化的關鍵因子，它與SMAD3 相互作用形成蛋白復合物。TGF－β 與SMAD3 結合需要細胞外基因和氧化應激相關基因的參與。維生素D 治療后腎臟中的TGF－β 和SMAD3 蛋白明顯降低［17］。

維生素D 保護腎臟的作用可能還有其他分子的參與，包括肝細胞生長因子(HGF)、血小板反應蛋白－1、纖溶酶原激活物抑制劑、去氧腎上腺素和β－連環蛋白等［3］，這些可能的分子機制有待進一步的研究。

5 維生素D 與DN 的動物體內研究

與人類疾病的進展相似的一些DN 動物模型成功制備，并且廣泛應用于研究。非肥胖型糖尿病鼠模型(nonbebse diabetic，NOD)可以自發成為1 型糖尿病。當鼠的血糖升高7 d 后就可出現蛋白尿。這些模型鼠如未給胰島素治療，它們的壽命大部分＜40 d。腎臟表現為質量的增加，且呈時間依賴性，但組織形態學沒有明顯的變化。這與另外的一篇文獻報道相似，沒有胰島素治療的NOD 模型的小鼠出現腎臟肥大，但病變輕微。因此，未給予胰島素治療的NOD 鼠模型有利于研究DN 的早期變化。幾個實驗室已經報道給予不同劑量的胰島素對NOD 鼠進行干預，可以清晰地觀察到腎臟損害。最近已經完成了在非胰島素治療和胰島素治療的NOD鼠給予維生素D 干預的實驗。在非胰島素治療的NOD 鼠與對照組相比，維生素D 可增加小鼠的生存率，但對蛋白尿沒有顯著影響。但另一項研究并沒有得到以上結果。在NOD 鼠模型上的一項初步研究顯示，在胰島素治療的基礎上給予維生素D 可延長壽命，減少心臟和腎臟的質量，同時可減輕腎損害，迄今尚無最后的結論［3］。

維生素D 在治療腎臟疾病中除了改善骨營養不良及抑制PTH以外，可能存在其他保護機制。Li的研究組探索了在各種小鼠的模型包括DN 鼠的模型維生素D 對RAS的影響。Slatopolsky 等利用5/6 腎切除大鼠模型在這一領域也進行了一些研究。另外幾個實驗室在這個領域也做出了重要貢獻，遺憾的是沒有誘導糖尿病鼠模型［18］。最近許多以蛋白尿、腎素、TGF－β 等分子標記、左心室肥大等作為觀察指標的研究表明維生素D 可以延緩腎臟疾病的進展［19］。

6 維生素D 和DN 的臨床研究

在治療DN 患者時，除控制血糖及抑制RAS 外，維生素D 作為一種新的干預藥物應用于臨床。這主要依據2 個臨床試驗。VITAL 研究是第一個將活性維生素D 用于DN患者的多中心安慰劑對照雙盲研究［20］。納入的281 例患者均患有2型糖尿病，予以穩定劑量的ACEI或ARB，隨機分為3 組。第1 組為安慰劑組，第2 組帕立骨化醇1 μg/d，第3 組帕立骨化醇2 μg/d。治療4 月后，帕立骨化醇2 μg/d 組與安慰劑組相比，24 h 尿蛋白顯著降低。另一項研究是Kim 等進行的一個開放性單中心的研究。依據DN 患者維生素D 的基礎水平，給予每周或每月4000 IU 的膽骨化醇治療。4 月后，患者循環中的25(OH)D3和1，25(OH)2D3水平比基礎值明顯增高，且與白蛋白比、肌酐比、TGF－β 成負相關［21］。

近年來，帕立骨化醇在CKD 人群中對蛋白尿的影響得到了廣泛的研究。帕立骨化醇可持續降低尿蛋白。CKD 患者易發生維生素D 的缺乏。合并糖尿病的CKD 患者比非糖尿病CKD 患者循環中25(OH)D3和1，25(OH)2D3的水平更低。循環中低水平的維生素D可能是影響蛋白尿的一個獨立危險因素。CKD 患者中25(OH)D3水平與ESRD、心血管事件和死亡呈負相關［22］。許多維生素D 治療腎臟病患者的臨床試驗并沒有排除糖尿病患者，故更有力地說明維生素D 在DN 患者治療中的作用。綜上所述，DN 患者予以活性維生素D治療維持循環中正常的維生素D水平是有益的。

當前的維生素D 治療DN 的臨床研究仍存在一些不足。首先，大部分試驗將尿白蛋白作為維生素D可能延緩DN 惡化的一個衡量標準。蛋白尿與CKD 的進展、心血管疾病和死亡相關。在2008 年FDA/NKF 會議將白蛋白尿作為DN 治療有效的標志。但當時就提出了如何定義正常的白蛋白尿，在什么水平應該進行干預等一系列的問題。會議最后結論是白蛋白尿的變化作為長期評估DN 的指標沒有充足的證據。2012 年KDOQI 指南中指出，以往認為一旦出現微量白蛋白尿，則進展至大量蛋白尿是不可避免的。但是，現在越來越多的證據表明，1 型糖尿病微量白蛋白尿患者隨訪5 ～10 年自發緩解率高達40%，30% ～40%患者仍維持微量白蛋白尿，并未進展至大量白蛋白尿。故血肌酐倍增、eGFR 下降、發展至ESRD 更能說明腎臟嚴重受損的程度，這些應在研究中給予高度關注。在臨床實踐中，應該同時監測eGFR 及白蛋白尿變化以判斷腎臟的狀態［5］。其次，維生素D 缺乏的患者應該首先提高循環中25(OH)D3的水平，而不是給予活性維生素D 或其類似物的治療。在VITAL 研究中，大多數的病人循環中25 (OH)D3的水平(40 ～42 nmol/L)不足。第三，由于1 型DN和2 型DN 的病理生理機制不同，對維生素D 治療的反應也可能不同，需進一步在1 型糖尿病患者進行像在2 型糖尿病患者類似的研究。最后，VITAL 的研究中，帕立骨化醇2 μg/d 組36%的患者因過度抑制PTH 的水平而減少劑量［23］。

7 展望

動物實驗和部分臨床研究均發現維生素D 對DN 的治療作用，部分研究也對其機制進行了初步的探討，但是仍然有很多機制尚未闡明。未來的研究需要在進一步探明DN的發病機制的基礎上，深入研究維生素D 作用的信號通路，進而推動新型維生素D 制劑的研發，使之能更有效地治療DN。

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