細胞焦亡在糖尿病腎病中的作用機制研究

毛正奇 黃國東

(1 廣西中醫藥大學瑞康臨床醫學院，南寧市 530200，電子郵箱：maozhengqi2017@163.com；2 廣西國際壯醫醫院，南寧市 530000)

【提要】 糖尿病腎病是免疫炎性疾病，其發病機制包括炎性損傷、糖脂代謝紊亂以及遺傳信息等。細胞焦亡是新型的細胞程序性死亡，其經典通路核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1、白細胞介素-1β的激活可影響糖尿病腎病的發生與發展。探討細胞焦亡在糖尿病腎病的作用機制可能是治療該疾病的新方法。本文就細胞焦亡與糖尿病腎病的關系及中西醫結合治療細胞焦亡等方面的研究進展進行綜述。

糖尿病腎病是糖尿病患者常見的微小血管并發癥之一，目前已成為慢性腎衰竭的主要原因[1]。糖尿病腎病的生理病理機制十分復雜，涉及炎癥因子、糖脂代謝紊亂以及遺傳信息等多個方面。現代醫學研究認為，除胰島素抵抗外，炎癥因子在糖尿病腎病的疾病進程及對腎足細胞存活可能存在關鍵作用[2]。細胞焦亡作為程序性死亡的一種新型方式，是近年來生命科學研究的熱點,其具有天然免疫炎癥的特殊性，主要由核苷酸結合寡聚化結構域樣受體蛋白3(nucleotide-binding and oligomerization domain-like receptor pyrin domain-containing 3，NLRP3)、半胱酸-天冬氨酸蛋白酶1(cysteinyl aspartate specific protease 1，Caspase-1)及白細胞介素(interleukin，IL)-1β三種重要炎性分子介導。國外學者證實膽固醇結晶可以通過干預NLRP3的表達激活Caspase-1的成熟分化，從而導致IL-1家族細胞因子的活化和成熟[3]。所以，抑制炎性因子表達和調控細胞焦亡通路可能成為防治糖尿病腎病的新策略，也是當前研究和開發防治糖尿病腎病藥物的熱點之一。本文就細胞焦亡與糖尿病腎病的關系及中西醫結合治療細胞焦亡等方面的研究進展進行綜述。

1 細胞焦亡的作用機制

Lamkanfi等[4]研究表明，當機體受到病毒或微生物感染時會引起程序性細胞死亡，主要包括細胞凋亡、壞死和焦亡3種細胞死亡模式。細胞焦亡系統具備免疫活性物質、存在細胞“自殺”的現象，主要通過Caspase-1依賴性介導完成激活[5]，這類新型程序性死亡方式不等同于細胞凋亡，是宿主細胞對抗致病菌入侵的一種防御機制。細胞焦亡主要表現為胞膜完整性受損所致的細胞破裂，通過流式細胞技術和熒光素標記可檢測DNA片段損傷,光鏡下可見細胞核外氣泡樣環狀囊泡的異常形態學表現[6-7]。細胞焦亡的激活有經典與非經典兩種通路，目前以NLRP3-Caspase-1-IL-1β為經典信號通路的研究較多[8-9]。當感染信號刺激NLRP3炎癥小體產生時[10]，其作為上游因子可選擇性介導Caspase-1高分子復合物的成熟和釋放,而IL-1β及IL-18等相關前體蛋白的活化成熟則依賴于Caspase-1。經典通路細胞焦亡反應可引起染色體DNA裂解，細胞核溶解致細胞破裂，是機體天然性免疫防御反應的組成部分[11]。2型糖尿病、糖尿病腎病、心肌炎、內毒素性休克、缺血性腦病等多種疾病[12-13]均存在細胞焦亡和炎癥反應的病理特性。上述疾病的在發生發展過程中，機體受到各種病原體、病毒、微生物等感染從而誘導多種炎癥關聯因子活化。近期研究證實在NLRP3誘導下，炎癥因子IL-1β大量成熟、釋放，導致炎癥聯級效應，最終形成全身劇烈炎癥反應[14-15]。因此，敲除Caspase-1基因或用靶向治療抑制其活性，可能使這些疾病的細胞焦亡狀態得到抑制[16]。

2 細胞焦亡與糖尿病腎病相關性

Fernández-Real等[17]指出先天性免疫與炎性細胞產生、肥胖、胰島素抵抗等糖尿病并發癥相關。微炎癥和細胞外基質擴增是糖尿病腎病進展的常見途徑，與糖尿病腎病中炎癥途徑相關的各種分子包括轉錄因子、促炎細胞因子、趨化因子、黏附分子、Toll樣受體、脂肪因子和核受體。而細胞焦亡作為機體中重要的天然免疫反應，其激活通路內的各種促炎因子與糖尿病腎病進展緊密。國外學者在肥胖糖尿病大鼠模型中發現NLRP3炎癥小體與肥胖誘導的胰島素抵抗和β細胞衰竭有關[18-19]。在2型糖尿病慢性炎癥進展中，炎性因子IL-1β可以介導胰島β細胞焦亡發生，在免疫性疾病及相關系統的炎癥中起著主要作用[20]。邵峰等[21]研究證實細胞焦亡的效應蛋白Gasdermin-D具有膜打孔和誘導焦亡的特性，可破壞細胞結構完整性，介導程序性細胞壞死，表明Gasdermin-D作為底物被Caspase炎癥因子切割從而釋放其物質活性執行細胞焦亡。而國內外研究進一步證實Gasdermin-D與NLRP3炎癥因子的相關性，間接證實了Gasdermin-D作為共通蛋白與Caspase-1、NLRP3、IL-1β3種炎性分子的關聯[22-23]。Chuang等[24]指出尿酸和脂質是NLRP3炎性體激活的危險信號，通過檢測鏈脲佐菌素誘導的糖尿病腎病大鼠模型NLRP3、Caspase-1、IL-1β蛋白的表達，發現3者均呈現高水平表達，由此揭示了NLRP3炎性分子介導的炎癥損傷在糖尿病腎病的中的作用。Fu等[25]通過觀察高糖條件下人腎小球系膜細胞和不同年齡糖尿病腎病大鼠中NLRP3相關蛋白的表達，得出NLRP3和高糖激活可能通過介導炎癥反應參與糖尿病腎病的發生、發展的結論。李嶸等[26]用miR-497干預高糖損傷下的腎小球系膜細胞，檢測到細胞焦亡通路關鍵基因IL-1β、Caspase-1表達水平下降。結合上述文獻，筆者推測調節NLRP3-Caspase-1-IL-1β信號傳導通路及其對應蛋白可能為治療糖尿病腎病的新手段。

3 中醫在糖尿病腎病中的應用

中醫經典古籍中多以關格、消渴、尿濁、水腫、腎消等分述記載糖尿病腎病。隨著時代發展，國內學者對糖尿病腎病的辨證論治已有共通的認識，認為該病虛實夾雜，究其源頭為標實本虛，標實以熱毒、濕濁、瘀血為主，本虛以氣陰兩虛為主，病程纏綿損及陽氣，而致陰陽兩虛[27]。糖尿病腎病的中醫辨證分型可分為脾腎氣虛型、肺腎陰虛型、肝腎陰虛型、陰陽氣虛型等。臨床上以脾腎氣虛型多見，因此健脾益腎、清熱活血、利濕解毒是早期糖尿病腎病的主要治療原則之一。而從中醫宏觀角度論述細胞焦亡當屬“血瘀、濕濁、熱毒”之范疇，目前以中藥方劑干預細胞焦亡NLRP3-Caspase-1-IL-1β通路治療糖尿病腎病的研究仍較少。Wang等[28]運用紅景天苷干預高糖誘導的糖尿病腎病大鼠腎小球系膜細胞，發現NLRP3、Caspase-1表達水平降低，推測紅景天苷通過調節NLRP3炎性小體途徑減輕大鼠腎小球系膜細胞的氧化應激。黃國東等[29]運用復方八仙草湯治療早期糖尿病腎病脾腎兩虛證患者取得良好療效，復方八仙草湯以廣西特色中草藥八仙草為君藥,主要成分東葉草苷帶有控制血糖作用，配以黃芪、山七、制大黃、薏苡仁等，共奏健脾益腎、祛濕活血化瘀解毒之功，祛邪而不傷正。同時臨床研究表明，對于早期糖尿病腎病患者，復方八仙草湯具有減少尿蛋白、減緩炎癥反應、調節免疫功能、改善脂質代謝紊亂等作用[30]，但是其作用機制尚不明確，有待進一步深入研究。因此，未來可以NLRP3-Caspase-1-IL-1β細胞焦亡通路為切入點，運用中醫藥干預治療糖尿病腎病模型，以進一步探討細胞焦亡通路對糖尿病腎病的作用機制。

4 小 結

糖尿病腎病是免疫炎性疾病，嚴重損傷腎功能，而Caspase-1、NLRP3、IL-1β3種因子介導的細胞焦亡是機體先天性免疫反應，因此細胞焦亡及炎癥因子在糖尿病腎病發生發展過程中起著至關重要的作用，通過抑制炎癥因子活化、阻斷細胞焦亡通路對于防治糖尿病腎病是十分關鍵的。健脾益腎、清熱活血、利濕解毒是治療早期糖尿病腎病的關鍵，復方八仙草湯對初期糖尿病腎病患者具有可靠療效。以糖尿病腎病動物模型為載體，探討細胞焦亡炎癥因子活化程度及各種藥物對糖尿病腎病細胞焦亡炎癥因子作用靶點的影響，闡明其中的作用與機制，將會為中西醫結合防治糖尿病腎病提供新策略。