自噬在糖尿病腎小球足細胞損傷中的作用及研究

摘要：近年來糖尿病的發病率呈逐年上升的趨勢，糖尿病腎病則成為了終末期腎病患者的第二大病因，而發生糖尿病腎病的機制目前仍不明確。目前的研究顯示，足細胞損傷是糖尿病腎病發生發展過程中的中心環節。自噬作為維持足細胞內環境穩定的重要途徑，其在足細胞生理病理情況下的變化具有重要意義，可能為揭示糖尿病腎病的發病機制及治療提供新的策略。

關鍵詞：自噬；糖尿病腎病；足細胞；損傷

1糖尿病腎病和足細胞損傷

1.1糖尿病腎病現狀根據2012年3月王海燕教授在《柳葉刀》雜志期上發表的文章[1]，目前我國成年人群中慢性腎臟病的患病率為10.8%，據此估計我國現有成年慢性腎臟病患者1.2億，慢性腎臟病若不經過合理治療最終將發展至終末期腎臟病（ESRD）。目前糖尿病腎病(diabetic nephropathy， DN)已成為我國ESRD患者的第二大病因。2010年在新英格蘭醫學雜志發表的由中華醫學會糖尿病學分會實施的全國糖尿病流行病學調查表明：20歲以上人群糖尿病患病率已達到9.7%，糖尿患者數已到達9240萬人[2]。DN是糖尿病最常見的微血管并發癥，約30%~40%的Ⅰ型糖尿病患者最終會出現DN[3]，我國報道的糖尿病伴有的慢性腎臟病變的不同人群患病率約為25%~60%[1]。

1.2糖尿病腎病臨床分期及表現Mogensen[4]按照DN的病程和病理生理演變過程，可將DN分為五期：Ⅰ期：腎小球高濾過和腎臟肥大期；這種初期改變與高血糖水平一致，血糖控制后可以得到部分緩解。本期沒有病理組織學損傷。Ⅱ期：正常白蛋白尿期；GFR高出正常水平。腎臟病理表現為GBM增厚，系膜區基質增多，運動后尿白蛋白排出率（UAE）升高（>20μg/min），休息后恢復正常。如果在這一期能良好的控制血糖，患者可以長期穩定處于該期。Ⅲ期：早期DN，又稱\"持續微量白蛋白尿期\"；GFR開始下降到正常。腎臟病理腎小球出現結節樣病變和小動脈玻璃樣變。UAE持續升高至20～200μg/min 從而出現微量白蛋白尿。本期患者血壓升高。經ACEI或ARB類藥物治療，可減少尿白蛋白排出，延緩腎臟病進展。Ⅳ期：臨床糖尿病腎病期；病理上出現典型的\"K-W結節\"--腎小球毛細血管中央成團的嗜酸性玻璃樣物質沉積，形成20~200um不等的結節結構，結構均勻，銀染可見層狀結構。持續性大量白蛋白尿（UAE>200μg/min）或蛋白尿大于500mg/d，約30%患者可出現腎病綜合征，GFR持續下降。該期的特點是尿蛋白不隨GFR下降而減少。Ⅴ期：終末期腎衰竭；GFR<10ml/min。尿蛋白量因腎小球硬化而減少。尿毒癥癥狀明顯，需要透析治療。以上分期主要基于Ⅰ型糖尿病腎病，Ⅱ型糖尿病腎病則傾向于分為隱性（早期）、顯性及終末期DN，分別相當于Ⅰ型中的Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ期。

1.3糖尿病腎病腎小球足細胞損傷足細胞是附著在腎小球基底膜外的高度分化的上皮細胞（即腎小球的臟層上皮細胞）是腎小球濾過屏障的重要組成部分。足細胞損傷可導致蛋白尿和腎小球硬化，這正是DN的主要表現。近年來的研究顯示，足細胞損傷在DN的發生發展過程中起重要作用[5]。DN足細胞損傷的表現：疾病早期表現為足細胞足突增寬或消失，足細胞密度和數量減少等。隨著病變的進展逐漸表現為足細胞數量上的減少和亞細胞器的改變[6]。

目前的研究發現，導致DN足細胞損傷的機制可能有：機械應力、氧化應激、高血糖、脂質代謝紊亂、RAAS、炎癥因子等[7]。其中，機械應力、氧化應激、RAAS都能使足細胞中的血管緊張素Ⅱ（ANGⅡ）生成增多，而ANGⅡ增多又進一步加重足細胞損傷。有研究發現，體外足細胞模擬高糖環境和在糖尿病動物模型中，血管緊張素原和ANGⅡ的Ⅰ型受體AT1R的mRNA和蛋白表達量顯著增加，而腎素活性和表達及血管緊張素轉換酶的表達卻沒有變化，暴露在高糖環境下的足細胞ANGⅡ表達增多是因為底物血管緊張素原增多所致，而適應性的AT1R增多又可進一步增強ANGII活性。DN足細胞中血管緊張素Ⅱ1型受體（AT1R）表達上調，AngⅡ通過AT1R介導細胞凋亡，從而使腎小球足細胞數目減少[8]。腎小球足細胞脫落不僅破壞了腎小球基膜正常結構，形成了蛋白尿的基礎；同時裸露的基膜易與腎小球包曼囊壁發生粘連，從而改變腎小球正常結構，導致局部硬化性病變的形成[9]。

2自噬在糖尿病腎病腎小球足細胞損傷中的作用

2.1自噬的定義自噬（autophagy）是細胞\"自我吞噬\"的過程，即細胞利用溶酶體降解自身受損的細胞器和大分子物質，對細胞內的蛋白質和細胞器進行管理和質量控制，屬于細胞程序性死亡的一種（Ⅱ型細胞程序性死亡）。自噬和凋亡是兩種不同的清除受損及老化細胞或細胞器的過程。同樣的刺激既可以觸發自噬也可以觸發凋亡，但這取決于刺激的閾值。然而，自噬作為細胞的一種應激適應模式，一般會抑制凋亡途徑。

真核細胞有兩種蛋白降解途徑--泛素蛋白酶體系統（ubiquitin-proteasome system， UPS）和自噬途徑。這兩種途徑都是細胞內降解和循環蛋白質的有效途徑，區別在于UPS降解小分子蛋白質，而自噬途徑降解大分子蛋白質。如果UPS和自噬途徑都不能發揮作用則導致疾病，但如果上調這些途徑的相關基因則可改善特定疾病的表現。

2.2自噬途徑在糖尿病腎病腎小球足細胞損傷中的變化正常情況下，足細胞中基礎自噬活性高。在綠色熒光蛋白標記LC3(greenfluorescent protein marked LC3，GFP-LC3)轉基因小鼠模型中發現基礎狀態下，腎小球足細胞顯著表達自噬基因。Hartleben等研究發現足細胞特異性缺失Atg5導致衰老小鼠出現腎小球病變。病理表現為足細胞消失和腎小球硬化等。證明了自噬在維持足細胞穩定中的重要作用。

在營養過度狀態下，如糖尿病中，為保持細胞內豐富的營養，自噬減量調節。雖然這在短時間內是有益的，但機體最終會因為損傷和老化細胞的蓄積而出現功能障礙。糖尿病腎病中，自噬的能力減弱，但是由于細胞過度暴露于應激刺激中，細胞對尋求自噬的保護作用反而增加。糖尿病腎病小鼠足細胞中的自噬作用不足。用免疫熒光和WB方法檢測DN小鼠模型腎小球中的自噬相關基因Beclin-1、Atg12-Atg5和LC3的表達顯著減少。持續的高糖狀態抑制足細胞中高水平的基礎自噬，使足細胞損傷。

2.3自噬途徑在腎臟病中的生理及病理意義正常狀況下，足細胞通過自噬可以降解受損蛋白質和衰老損傷的細胞器等結構。自噬的發生可能是腎臟為了適應生理狀況的改變，利用自我消化機制，來清除抑制RNA 和蛋白合成的游離核糖體和脂滴，以防止足細胞損傷。

除此之外，自噬對順鉑引起的急性腎損傷模型、腎臟缺血再灌注模型及低氧的老年腎臟模型等多種腎臟病理條件下的腎小管細胞也展示出了一定的保護作用。

然而Sato 等對100 例腎臟病理切片超微結構進行研究發現足細胞中存在2 種類型自噬，即Ⅰ型和Ⅱ型。Ⅰ型自噬體較小，直徑為1μm；Ⅱ型自噬體直徑為3~8μm，可以轉化為自噬空泡，從而更好地清除蛋白質和脂質。隨后又對16 例IgA 腎病患兒做腎組織活檢，發現8 例發生Ⅰ型自噬的患兒，在疾病的嚴重程度和預后方面都要劣于另外8 例發生Ⅱ型自噬的患兒。推測Ⅰ型自噬對足細胞功能造成嚴重損害，因此，自噬除了具有一定的細胞保護作用外，不同類型的自噬對細胞有著不同的病理生理意義，不能一概而論。

3展望

目前的研究越來越重視足細胞損傷在DN發生發展中的作用。已發現多種因素可引起足細胞損傷，導致DN的發生及進展。其中，ANGⅡ是導致DN足細胞損傷發生發展的關鍵環節，對這項機制的研為臨床治療DN提供了新思路--抗氧化劑、ACEI類等藥物可嘗試應用于DN的治療。而自噬，作為維持足細胞內環境穩定的重要途徑，也引起了研究人員越來越多的關注，隨著研究的深入，有望成為治療DN足細胞損傷的一個新靶點。

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編輯/申磊