自噬與糖尿病腎病關系的研究進展

孔祥鳳(綜述)，韋金英，段惠軍(審校)

(河北醫科大學基礎醫學院病理學教研室，河北 石家莊 050017)

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自噬與糖尿病腎病關系的研究進展

孔祥鳳(綜述)，韋金英，段惠軍*(審校)

(河北醫科大學基礎醫學院病理學教研室，河北 石家莊 050017)

糖尿病腎病；自噬；綜述文獻

糖尿病腎病(diabetic nephropathy, DN)作為糖尿病最常見并發癥之一，發病機制復雜，嚴重危及糖尿病患者的生命健康。研究發現自噬與DN的發生存在一定的關聯性；然而，相關基礎研究僅處于認識階段，仍需進一步深入探討。因此，對DN發病機制及有效治療方法的研究已經成為代謝性疾病領域的重要研究課題。近年來，隨著糖尿病發病率在全球范圍內呈逐漸增長趨勢，糖尿病已經成為威脅人類生命健康的主要問題。2013年全世界糖尿病患者已達3.82億，以這樣的增長速度，到2035年總人數將達到5.92億[1]。DN是由糖尿病而引發的十分常見的嚴重并發癥，作為終末期腎病的主要元兇之一，其發病機制錯綜復雜，因此探索DN的有效治療方法成為一個備受關注的問題。現就DN中自噬主要營養信號通路，自噬與細胞內新陳代謝和細胞內活動變化關系，包括氧化應激、糖基化終末產物、缺氧、內質網應激等綜述如下。

1 自噬及其分子機制

自噬是由Ashford等[2]在1962年發現細胞內有“自己吃自己”的現象后提出的，是指從粗面內質網的無核糖體附著區脫落的雙層膜包裹部分胞質和細胞內需降解的細胞器、蛋白質等成分形成自噬體，并與溶酶體融合形成自噬溶酶體，降解其所包裹的內容物，以實現細胞本身的代謝需要和某些細胞器的更新過程,從而維持細胞內的穩態及細胞的完整性，在動物疾病的發生發展中起著重要的作用[3]。細胞在饑餓、能量不足等應激狀態下，通過自噬降解長壽命蛋白為三磷酸腺苷(association of tennis professionals,ATP)合成提供必要氨基酸，保證細胞內基本物質和能量需求，對于溶酶體降解并維持細胞內平衡和細胞完整性具有重要的作用。

自噬是最初在酵母菌中發現的一個協調自噬相關基因(autophagyassociatedgene,Atg)的多步驟過程。自噬誘導階段涉及Ulk1/2復合體，由Ulk1/2、Atg13和黏著斑激酶家族相互作用蛋白200(focal adhesion kinase family interacting protein of 200,FIP200)組成。自噬起始階段通過激活Ulk1/2，磷酸化Atg13和FIP200，啟動自噬[4]。繼而自噬相關基因Beclin-1從Beclin-Bcl2解離出來，與人空泡分選蛋白34蛋白(human vacuolar protein sorting 34 protein，hVps34)、hVps15和Atg14組成Ⅲ類磷脂酰肌醇-3激酶復合體，促進囊泡成核與自噬泡形成[5]。自噬延伸階段涉及2個獨立泛素結合系統：第一系統是Atg12與Atg5、自噬相關16樣蛋白1(Atg16L1)在Atg7和Atg10連接酶作用下形成復合體；第2個系統是Atg 4與Atg16L1在Atg 7和Atg 3連接酶作用下形成復合體，然后與微管相關蛋白1輕鏈3(microtubule-associated protein1 lightchain3，LC3)發生泛素化結合反應[6-7]。LC3分為LC3-Ⅰ和LC3-Ⅱ，泛素化LC3-Ⅰ與磷脂酰乙醇結合形成LC3-Ⅱ，LC3-Ⅱ存在于自噬體膜上。因此，自噬體膜上LC3-Ⅱ標志著自噬體形成。自噬的成熟階段是紫外輻射抗性相關基因蛋白與C類分選空泡蛋白復合體作用，Ras相關蛋白7激活并促進自噬體和溶酶體的融合形成自噬溶酶體，溶酶體內相關水解酶降解內容物，通透酶運輸產物到細胞質再循環利用。

自噬可以通過調控營養物質敏感信號通路來改善腎臟的自噬功能，在DN的發病機制中發揮著重要的作用,有望成為DN治療新的藥理靶點。目前發現的自噬主要有3種類型：巨自噬、微自噬和分子伴侶介導的自噬。本研究主要討論的是巨自噬，巨自噬就是通常所指的自噬[8]。巨自噬是由內質網、線粒體等脫落的單層膜凹陷形成雙層膜樣的隔離膜，包裹細胞質成分形成自噬體，再與溶酶體融合形成自噬溶酶體，繼而將其內容物降解的過程。微自噬是溶酶體膜直接內陷將底物包裹并快速降解的過程。分子伴侶介導的自噬是溶酶體膜上溶酶體相關膜蛋白2A受體有選擇性地降解含有五肽氨基酸序列KFERQ的蛋白質，熱休克蛋白70識別并將其轉入溶酶體降解的過程[9]。

2 DN中自噬主要信號通路

2.1 哺乳動物的雷帕霉素靶(mammalian target of rapamycin,mTOR)信號通路 mTOR是一種非典型絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，可整合細胞外信號，磷酸化下游靶蛋白核糖體，影響基因轉錄與蛋白質翻譯，從而參與調控細胞生長、增殖等過程。mTOR的生物學功能的多樣性，使其成為當今生物學研究的焦點之一。mTOR與蛋白質合成、免疫、細胞運動及代謝、細胞凋亡及自噬等均有聯系[10]。

mTOR信號通路上游途徑主要通過反饋饑餓、生長因子不足、缺氧和內質網應激等信號，從而抑制mTORC1誘導自噬，維持細胞體內的穩定狀態；mTOR的下游途徑主要是通過mTORC1和mTORC2兩個亞型的蛋白復合體調節自噬。mTOR包含mTORC1和mTORC2兩種不同復合體，復合體之間可以通過相互作用發出一定的自噬信號[6]。mTORC1主要由FRB、MTOR調節相關蛋白(regulatory-associated protein of mTOR，RAPTOR)、G蛋白β樣蛋白(G-protein β-subunit like protein，GβL)、DEP域與DEPDC6和富脯氨酸Akt底物40組成。FRB可以與雷帕霉素受體FKBP12結合抑制mTORC1活性，誘導自噬[11]。RAPTOR與真核細胞始動因子4E結合蛋白1(4E binding protein,4EBP1)、核糖體S6蛋白激酶(S6 kinase,S6K)和Ulk1結合后可以激活4EBP1和S6K促進蛋白和核糖體合成，抑制Ulk1活性，從而抑制自噬形成；mTORC2復合體由mTOR、mTOR的雷帕霉素不敏感組分、應激激活蛋白激酶相互作用蛋白1、mTOR的雷帕霉素不敏感蛋白、GβL和DEPDC6組成，mTORC2可通過激活Akt(也稱蛋白激酶B)抑制轉錄因子FOXO，激活PKC調節肌動蛋白骨架，激活血清和糖皮質激素誘導的激酶1增加細胞抗壓性[12]。通過STZ誘導的糖尿病小鼠模型實驗證實，雷帕霉素可抑制mTORC1活性誘導自噬，降低腎細胞增殖核抗原mRNA、轉化生長因子β、血管內皮生長因子和單核細胞化學引誘物蛋白1表達，同時減少腎小球α-平滑肌肌動蛋白表達和腎小球系膜基質積累，從而阻止腎臟肥大保護DN進一步發生。

2.2 腺苷酸活化蛋白激酶(adenosine monophosphate-activated kinase,AMPK)信號通路 AMPK是一種絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶，也是一種重要的代謝應急蛋白激酶。AMPK是由α，β，γ 3個亞基構成的異源三聚體蛋白，AMPK的活性根據AMP/ATP比值反饋信息進行相應的調節；AMPK信號通路是自噬正調節信號通路，在細胞能量不足條件下被激活。絲氨酸/蘇氨酸激酶11、鈣離子/鈣調素依賴性蛋白激酶激酶β和轉化因子β激活蛋白激酶1(transforming growth factor-β-activated kinase 1，TAK1)[13]。在進行相應調節的過程中，CaMKKβ和TAK1結合可以有效細胞內鈣的濃度，與腫瘤壞死因子相關凋亡誘導配體相互作用，激活AMPK信號通路誘導自噬[14]。AMPK也可通過TSC1/2-Rheb信號通路或Raptor相關調節蛋白磷酸化作用，抑制mTORC1活性，誘導自噬[15]。與此同時，腺苷酸活化蛋白激酶還可直接磷酸化Ulk1/2誘導自噬[16]。

STZ誘導的糖尿病大鼠模型實驗發現，二甲雙胍和5-氨基-4-甲酰胺咪唑核糖核苷酸相互作用之后可以增強AMPK磷酸化作用，抑制mTOR活化行為的發生，進而誘導自噬發生阻止腎臟肥大。此外，二甲雙胍和白藜蘆醇還可直接激活AMPK活性機制，誘導自噬，減少蛋白尿，進一步調節腎功能。與此同時，當腎臟細胞AMPK活性受到抑制之后，AMPK激活劑能夠恢復AMPK的活性，從而進一步誘導自噬，主動發揮保護腎臟的作用。

2.3 沉默信息調節因子1(silent information regulator 1,SIRT1)信號通路 SIRT1是NAD+依賴的組蛋白去乙酰化酶，NAD+/NADH比值的增加能激活SIRT1。SIRT1是細胞能量傳感器，通過依賴NAD+濃度調節細胞能量變化和氧化還原反應。SIRT1直接脫掉人叉頭框蛋白O3,增強BCL2/BNIP3蛋白過表達,或者SIRT1導致自噬必需因子Atg5、Atg7、LC3脫乙酰基，從而誘導自噬。其誘導自噬的機制尚未清楚。主要作用機制是涉及減少活性氧(reactive oxygen species,ROS)，增強自噬，穩定線粒體功能，從而維持細胞生存狀態[17]。

在糖尿病動物模型中，SIRT1腎臟表達明顯減少。白藜蘆醇作為SIRT1激動劑，能通過增加SIRT1活性，誘導自噬而改善腎功能不全[18]。白藜蘆醇還能減少Ⅳ型膠原和纖黏連蛋白表達，減少高糖誘導的氧化應激和系膜細胞的衰老與凋亡[19-20]，從而改善STZ誘導的糖尿病大鼠腎損傷。表明SIRT1具有腎臟保護作用。

3 自噬與細胞內新陳代謝和活動的變化

3.1 氧化應激 氧化應激是細胞內氧自由基的產生與清除失衡，導致ROS在細胞內蓄積而引起氧化損傷的過程。DN中ROS產生主要來源于晚期加糖作用、多元醇代謝反應和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)活化作用等。線粒體的呼吸鏈功能不足也會引起產成ROS[21]。ROS介導自噬的作用機制是高糖誘導細胞產成ROS，激活PERK誘導自噬，自噬可清除受損的線粒體，降低ROS對細胞的毒性，恢復細胞穩態[22]。

3.2 晚期糖基化終末產物 高糖誘導的腎損傷引起細胞內一些列新陳代謝變化，自噬受到抑制，晚期糖基化終末產物(advanced glycationend products,AGEs)在細胞內積聚，細胞內AGE與RAGE相互作用[23]，激活PKC，引起產生ROS，誘發氧化應激，使細胞內環境紊亂，DN進一步發展。自噬能夠清除AGEs,改善糖尿病腎功能不全等血管并發癥，如肝細胞生長因子重組糖尿病小鼠，其肝細胞生長因子激活自噬溶酶體，增強自噬清除AGEs，改善腎功能不全。

3.3 缺氧 缺氧引起的腎損傷是導致DN發展的另一種機制。在DN發病機制的研究中發現，缺氧也可誘導自噬并在DN發生發展中扮演重要角色。缺氧誘導自噬主要通過激活缺氧誘導因子1α(hypoxia-inducible factor-1α，HIF-1α)來完成的。HIF-1α誘導Bnip3、Bnip3L過表達，將Beclin1從與Bcl-2結合中釋放出來，解離的Beclin1參與自噬的形成[8]。缺氧也可通過引起線粒體受損，ROS積累，誘導自噬，自噬清除受損線粒體，減少ROS發揮保護細胞作用。

3.4 內質網應激(endoplasmic reticulum stress，ERS) ERS是大量未折疊蛋白和錯誤折疊蛋白在內質網中積累而引起內質網損傷，通過內質網主要信號通路發生未折疊蛋白反應。未折疊蛋白反應主要由內質網膜上3種應激傳感蛋白控制：蛋白激酶R樣內質網激酶、轉錄因子6和肌醇依賴酶1[24]。內質網為自噬體形成提供自噬體膜的主要來源。ERS可以誘導自噬體形成，與DN發病機制密切相關[25]。PERK可通過上調轉錄因子4，促進LC3和Atg5轉錄，誘導自噬。

4 總 結

總之，在DN發病機制的研究中自噬的作用不容忽視，自噬受到抑制可導致ROS、AGEs等毒性物質積累，隨后缺氧和內質網應激均會造成腎臟細胞的進一步損傷。增強自噬，可清除受損細胞器，維持細胞穩態。自噬對腎臟細胞可能起保護作用，具體機制目前還不是很明確。自噬成為DN治療的新靶點還有待于進一步研究。

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2015-11-08；

2015-12-25

孔祥鳳(1989-)，女，河北保定人，河北醫科大學基礎醫學院醫學碩士研究生，從事腎臟病理學和腫瘤病理學研究。

*通訊作者

10.3969/j.issn.1007-3205.2016.04.031

R587.24

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1007-3205(2016)04-0477-04

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