沉默信息調節蛋白4與糖尿病腎病的相關性

張瑜，張耀杰，朱成聰，曹翠平

（中國醫科大學附屬第一醫院老年醫學科，沈陽 110001）

糖尿病腎病是糖尿病最嚴重的并發癥之一，隨著醫療水平的進步，糖尿病患者患病時間延長，并發癥的發生率逐漸上升。嚴格控制血糖及腎素-血管緊張素系統抑制劑的使用被認為是改善糖尿病患者腎臟功能的途徑之一，但效果并未在所有的糖尿病患者身上體現，糖尿病腎病在世界范圍內的發病率仍呈上升趨勢。因此，尋找糖尿病腎病新的治療靶點尤為重要。

沉默信息調節蛋白 （silent information regulator protein，SIRT） 家族是酵母沉默信息調節因子2的同源類似物。SIRT家族在哺乳動物中共有7個成員，分別為SIRT1～SIRT7，它們擁有共同的保守催化結構域。除此以外，每個成員的酶活性均不相同，它們分布于機體各個部位，參與調控機體的生物過程［1］。SIRT4是SIRT家族成員之一，主要定位于線粒體，同時具有去乙酰化酶活性、腺苷二磷酸 （adensine diphosphate，ADP）-核糖基轉移酶活性和脂酰胺酶活性，廣泛參與到細胞凋亡、能量代謝、炎癥反應、氧化應激等生物過程中，在代謝性疾病中起到重要作用。

糖尿病腎病是遺傳及多因素作用的結果，目前已知足細胞凋亡、胰島素抵抗、脂肪酸氧化、氧化應激、炎癥反應、肥胖等均參與糖尿病腎病的發生與發展［2-4］，SIRT4在上述代謝過程中均起到一定作用。本文通過探究SIRT4與糖尿病腎病發病危險因素之間的相互作用，推測SIRT4與糖尿病腎病的可能相關性。

1 糖尿病腎病、SIRT4與足細胞凋亡的關系

1.1 糖尿病腎病與足細胞凋亡

足細胞是腎小球濾過屏障中的重要組成部分。在糖尿病狀態下，足細胞發生凋亡，導致足細胞的形態、密度、數量改變，促進蛋白尿的發生。而蛋白尿加重則會加速腎小管萎縮或腎小球間質纖維化的發生，導致腎小球硬化，最終發展為慢性腎功能衰竭。

1.2 SIRT4與足細胞凋亡

研究［5］發現，SIRT4可以通過線粒體途徑抑制高糖作用下的足細胞凋亡。當葡萄糖以時間及濃度依賴性方式抑制足細胞增殖時，葡萄糖誘導下的足細胞中SIRT4以濃度依賴性顯著降低。相反，當足細胞中SIRT4過表達時，足細胞凋亡減少。SIRT4過表達時，線粒體膜電位增加，活性氧簇 （reactive oxygen species，ROS） 產生減少；因ROS的產生而積累的凋亡相關蛋白NADPH氧化酶1、Bcl-2相關X蛋白和磷酸化p38的表達下調，同時抗凋亡因子Bcl-2在葡萄糖誘導的足細胞中表達升高，打破了高糖刺激時凋亡與抗凋亡之間失衡狀態，抑制了足細胞凋亡。此外，受葡萄糖刺激的足細胞中的炎癥因子腫瘤壞死因子-α、白細胞介素 （interleukin，IL）-1 β、IL-6在SIRT4過表達時表達水平均呈降低趨勢，從而抑制了足細胞凋亡。

2 糖尿病腎病、SIRT4與胰島素抵抗的關系

2.1 糖尿病腎病與胰島素抵抗

胰島素抵抗時，內皮素及胰島素類樣生長因子表達增加，導致系膜細胞及細胞外基質增殖。胰島素抵抗發生時，胰島素對腎素-血管緊張素-醛固酮系統的抑制作用減弱，間接導致腎小球高灌注及高濾過狀態，加重腎臟負擔。此時內皮細胞受損，纖溶系統被抑制，促進腎血管粥樣硬化；同時抑制炎癥反應的相關介質分泌減少，加速腎臟損傷。

2.2 SIRT4與胰島素抵抗

SIRT4有調控血糖和胰島素分泌的作用。在沒有SIRT4低表達的情況下，葡萄糖和氨基酸刺激的胰島素分泌增加［6］，并且發展為加速的年齡誘導的胰島素抵抗。

谷氨酸脫氫酶是一種線粒體基質酶，在胰島細胞中把谷氨酸轉換成α酮戊二酸，后者通過三羧酸循環中腺苷三磷酸的產生，促進胰島素分泌［7］。SIRT4可通過發揮ADP-核糖轉移酶活性改變谷氨酸脫氫酶活性，下調三羧酸循環，進而抑制胰島素分泌，改善胰島素抵抗［8］。HAIGIS等［9］的研究證實SIRT4通過上述途徑調節胰島素分泌，在SIRT4缺陷小鼠的胰腺β細胞中觀察到SIRT4缺失激活谷氨酸脫氫酶，氨基酸刺激胰島素分泌上調。

近年來研究［10］發現支鏈氨基酸 （亮氨酸、異亮氨酸、纈氨酸） 與胰島素抵抗密切相關。3種氨基酸在不同組織中發揮不同作用。其中亮氨酸在組織中主要呈現較強的促胰島素分泌及促進糖原合成作用。研究［11］顯示，SIRT4通過從賴氨酸殘基中除去3個酰基部分 （甲基戊二酰基、羥甲基戊二酰基和3-甲基戊二酰基） 來間接影響亮氨酸代謝。由于上述3個堿基是亮氨酸氧化過程中的非酶類中間產物，可負反饋調節亮氨酸代謝過程中的甲基巴豆酰輔酶A羧化酶A和B［12］，SIRT4去除上述3個殘基后，可促進亮氨酸的分解代謝，從而抑制胰島β細胞分泌胰島素。此外，SIRT4 缺失的小鼠表現出亮氨酸代謝失調，基礎和刺激的胰島素分泌增加，并逐漸發展成葡萄糖耐受不良和胰島素抵抗［13］。

3 糖尿病腎病、SIRT4與脂肪酸氧化的關系

3.1 糖尿病腎病與脂肪酸氧化

自1982年“脂質腎毒性”假說的提出，研究［4］表明脂代謝異常可促進糖尿病腎病的進展。游離脂肪酸又稱非脂化脂肪酸，與血清中的清蛋白結合進行運輸。糖尿病狀態下，游離脂肪酸聚集，與清蛋白結合形成脂蛋白。脂蛋白形成后通過與腎小球系膜細胞上的受體結合，可直接對腎臟產生毒性；同時促進血管粥樣硬化，造成腎小球硬化，影響腎小球微循環；并抑制纖溶酶活性，促進血栓形成，影響腎臟血流動力學。脂蛋白本身以及被腎臟上的巨噬細胞攝取后，均可促進炎性介質的釋放及炎癥反應的發生，促進糖尿病腎病的進展。

3.2 SIRT4與脂肪酸氧化

SIRT4可參與調控脂肪酸氧化過程［14］。丙二酰輔酶A是合成脂肪酸的原料，它在丙二酰輔酶A脫羧酶作用下進行轉化，促進脂肪酸氧化過程。SIRT4通過其ADP-核糖轉移酶活性抑制丙二酰輔酶A脫羧酶活性，進而抑制脂肪酸氧化過程［15］。SIRT4有抑制脂肪酸氧化作用，僅認為是丙二酰輔酶A脫羧酶在其中發揮作用。LAUREN等［16］的研究提出了一條SIRT4與脂肪酸氧化之間的新路徑。過氧化物酶體增殖物激活受體-α （peroxisome proliferators-activated receptor α，PPAR α） 是一種促進脂肪酸分解代謝相關基因轉錄的配體激活的轉錄因子。SIRT4缺失時，細胞中NAD+水平升高，隨后激活SIRT1活性，緊接著SIRT1與PPAR α相互作用并激活PPAR α，PPAR α的激活可以增加脂肪酸氧化基因如Ctp1a、Pdk4和Acox1的表達，脂肪酸氧化速率加快，同時研究發現SIRT4過表達時脂肪酸氧化速率下降。

4 糖尿病腎病、SIRT4與氧化應激的關系

4.1 糖尿病腎病與氧化應激

糖尿病腎病患者體內高水平ROS是造成糖尿病腎病進展的主要因素之一。ROS可通過改變足細胞結構促進其凋亡，并可直接作用于腎小球基底膜對其造成傷害，以此破壞腎小球濾過膜的完整性；通過促進細胞外基質的產生及炎性介質的釋放，加速腎臟纖維化。糖尿病腎病的多種病理情況導致ROS大量產生，大量產生的ROS反過來促進糖尿病腎病的進展。

4.2 SIRT4與氧化應激

線粒體是產生ROS的主要部位，SIRT4作為SIRT家族中的線粒體酶之一，具有誘導ROS產生的作用，同時具有抗氧化作用。SIRT家族中SIRT3、SIRT4、SIRT5主要定位于線粒體內，3個成員共同參與氧化應激過程的調控。SIRT3在受到刺激時去乙酰化錳-超氧化物歧化酶的122位賴氨酸基團使其活性提高，抑制線粒體內ROS的產生，而SIRT4可與錳-超氧化物歧化酶競爭性的結合SIRT3，抑制錳-超氧化物歧化酶的去乙酰化，進而下調其活性［17］，促進ROS的產生。

線粒體分裂和融合的動態平衡對維持線粒體功能至關重要。SIRT4具有誘導ROS產生的作用，ROS作用下線粒體分裂增加，融合減少。但一項研究［18］發現SIRT4作用下線粒體的數量反而增加，這是由于SIRT4在促進ROS產生的同時，與視神經萎縮相關蛋白1相互作用，增加了線粒體的融合。線粒體是產生ROS的主要細胞器，其損傷后可激活多種ROS產生途徑，促進腎小管上皮細胞和足細胞的凋亡，在糖尿病小鼠模型中也發現高糖作用下足細胞內SIRT4表達減少［4］，同時細胞內氧化應激較未受刺激組重，加速了足細胞凋亡，相反在SIRT4過表達時足細胞的凋亡減少。因此有理由推測，SIRT4可以通過調控線粒體內的氧化應激減輕腎臟損傷。

5 糖尿病腎病、SIRT4與炎癥的關系

5.1 糖尿病腎病與炎癥

糖尿病狀態下炎性介質表達增加，從而激發炎癥信號通路，促進腎小球肥大、基底膜增厚、系膜細胞增生、細胞外基質積聚，導致腎小球纖維化，損傷腎臟。

5.2 SIRT4與炎癥

SHI等［10］的研究發現，高糖作用下足細胞中腫瘤壞死因子-α、IL-1 β和IL-6等炎性細胞因子表達增加，同時足細胞內SIRT4處于低表達狀態，相反在SIRT4過表達的狀態下上述炎性細胞因子表達減少，其具體機制尚不明確。此項研究結果與TAO等［19］的研究結果一致，SIRT4的缺失促進了促炎性細胞因子 （IL-1 β、IL-6和IL-8） 的表達，當SIRT4過表達時上述促炎性細胞因子表達減少，認為SIRT4通過抑制了核因子-κ B的活性，從而產生抗炎作用。另一項研究［20］發現，SIRT4通過調節代謝可以抑制炎癥反應。炎癥發生時需要能量支持，不同的能量需要驅動不同的免疫細胞功能：葡萄糖及氨基酸代謝主要支持合成代謝，為抵抗外界刺激的免疫細胞提供能量；而脂肪酸氧化支持分解代謝，當分解代謝超過合成代謝，機體抵抗感染需要的物質則缺少。該研究發現SIRT4可通過將脂肪酸氧化轉變為葡萄糖代謝，抑制炎癥反應。

6 糖尿病腎病、SIRT4與肥胖的關系

6.1 糖尿病腎病與肥胖

肥胖時脂肪細胞增加，胰島素受體于腎臟分布相對減少，導致胰島素作用減弱。同時，由于肥胖患者體內游離脂肪酸水平增加，抑制外周組織對葡萄糖的攝取和利用，兩者作用相加，加重胰島素抵抗，促進腎臟損傷。

6.2 SIRT4與肥胖

既往研究［21］發現，過度營養條件下線粒體功能改變，ROS產生增多，促進糖尿病發展，近端腎小管細胞含有大量線粒體，糖尿病時腎小管損傷可能與肥胖導致的線粒體功能改變及隨后產生的ROS有關。其他研究［22］也發現，腹型肥胖患者白蛋白尿的發生增加。而肥胖患者體內SIRT4呈低表達。SIRT4作為一種線粒體酶，具有抑制脂肪酸氧化及調控線粒體活性的作用，有理由推測SIRT4通過影響肥胖間接影響腎臟功能。

綜上所述，SIRT4與糖尿病的發生發展密切相關。SIRT4擁有多種酶活性，在參與生物過程中的每種酶活性強弱仍不清楚，關于SIRT4與糖尿病腎病關系的動物和臨床研究較少。根據目前的研究結果，有理由推測SIRT4通過參與糖尿病腎病進展的生物過程間接調控糖尿病腎病，延緩腎臟疾病的進展。未來可以進一步深入探究SIRT4與糖尿病腎病之間的關系，為明確SIRT4能否成為糖尿病腎病的新的治療靶點提供更多的科學證據。