腎小球系膜細胞增殖在糖尿病腎病腎小球硬化中作用的研究進展

孫鳳起，武 韌，常貴全，李鴻珠

(哈爾濱醫科大學 基礎醫學院 病理生理學教研室，黑龍江 哈爾濱 150086)

糖尿病是全球范圍內常見的非傳染性內分泌疾病，國際糖尿病聯盟預測：2030年全球20～70歲糖尿病患者總數將達到5.78億，2045年這一數字將上升到7億[1]。糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)是糖尿病患者常見的微血管慢性并發癥，也是導致中國終末期腎臟疾病的第二位原因(僅次于原發性腎炎)。DN患者腎臟的主要病理改變是：腎小球基底膜增厚、系膜基質擴張、威爾遜結節的形成、足細胞密度和數量減少，腎小管萎縮和間質纖維化的形成[2]。DN是受多因素影響的復雜疾病，而腎小球內固有系膜細胞(mesangial cell,MC)的異常激活對腎小球硬化起至關重要的推動作用。

1 腎小球系膜細胞(MC)的特點及促進腎小球硬化的機制

MC是分布在腎小球毛細血管叢小葉間軸心組織的系膜基質中的一種細胞成分，約占腎小球細胞總量的30%～40%，MC和系膜基質共同構成腎小球的系膜區，人的每個腎臟約有100萬個腎小球。MC在正常生理條件下的主要功能可以概括為以下幾點：1)支撐作用：MC分布在腎小球毛細血管間，對毛細血管起支撐作用。2)收縮作用：這類細胞又被稱為固有平滑肌樣MC，可以通過收縮功能調節濾過膜的面積和腎小球濾過系數。3)吞噬作用：MC能吞噬滯留在腎小球濾過膜基膜中的蛋白質和大分子代謝廢物，凈化腎小球內的環境[3]。在正常情況下超過99%的MC處于沒有分裂能力的靜止狀態，這些細胞只有在病理條件下才被異常激活，尤其在高糖刺激下，MC像血管平滑肌細胞一樣發生可逆性表型轉換，異常增殖，細胞內蛋白合成活躍，分泌大量細胞外基質沉積在系膜區，并可遷移到腎小球毛細血管內皮細胞和基底膜之間，甚至突入周圍的毛細血管腔造成毛細血管閉塞，最終導致腎小球硬化的發生[4]。

2 高糖刺激下MC異常增殖的機制

糖尿病是一組病因尚未完全清楚的以慢性高血糖為特征的代謝性疾病，長期處于高糖刺激下的MC異常增殖的機制有以下幾點。

2.1 高糖通過內源性硫化氫水平的降低促進MC增殖

硫化氫(hydrogen sulfide,H2S)是一種無色還原性氣體、具有刺激性的臭雞蛋氣味，一直以來人們將關注點都集中在它的毒性研究方面，吸入少量高濃度的H2S即可因強烈的神經毒性作用使人斃命，然而這種致命的毒氣在生命體內卻起著至關重要的作用。哺乳動物體內能通過酶和非酶兩種途徑產生內源性H2S。胱硫醚γ裂解酶(cystathionine-γ-lyase,CSE)，胱硫醚β合成酶(cystathionine-β-synthase,CBS)，D-氨基酸氧化酶(D-amino acid oxidase,DAO)和3-巰基丙酮酸硫基轉移酶(3-merca-ptopyruvate sulfurtransferase,3-MST)都是細胞生成H2S的關鍵酶[5]。雖然這些酶的表達具有組織特異性，但是4種酶在腎臟中均有表達，所以腎臟含有豐富的內源性H2S。

氣體信號分子H2S表達減少，在慢性腎臟病的發生中起重要作用，DN、高血壓腎病和梗阻性腎病中都存在H2S信號的缺失[6]。鏈脲佐菌素注射大鼠造模后3周就出現了CSE表達的減少，血漿和腎臟中H2S的濃度也隨之降低，這種改變可能是觸發MC增殖的始動因素[7]。外源性H2S可抑制高糖誘導的MC增殖，減少纖連蛋白、層黏連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白等細胞外基質成分的表達，抑制腎小球硬化。雖然外源性H2S對糖尿病大鼠的空腹血糖沒有明顯影響，但可以在一定程度上改善糖尿病大鼠的體質量喪失，降低糖尿病大鼠血漿肌酐和尿素氮水平，保護腎功能[8]。目前人們普遍使用硫氫化鈉作為外源性H2S供體，但其水解速度快，短時間釋放大量H2S氣體，無法提供穩定的濃度環境，本課題組正致力于研究調控內源性H2S生成的辦法和H2S保護DN的機制，其中H2S抑制高糖誘導的MC增殖機制是研究的重點。

2.2 高糖通過轉化生長因子β超家族的激活促進MC增殖

各種器官組織纖維化的關鍵促進因子轉化生長因子β(transforming growth factor-β，TGF-β)一直是人們關注的焦點,DN患者的腎臟組織中TGF-β呈高水平狀態，在各種DN動物模型中也呈現相似的結果[9]。糖尿病患者的MC長期處于高糖刺激下會異常合成大量TGF-β前體，經蛋白酶切去氨基末端的相關肽以及后續復雜的加工和修飾后，形成成熟的活性分子被分泌到細胞外，這些過多表達的TGF-β又可直接作用于MC促進MC增殖[10]。此外，TGF-β刺激MC增殖時會誘導MC從收縮型向分泌型的表型轉化，MC固有平滑肌細胞樣標志物α-平滑肌肌動蛋白(α-smooth muscle actin,α-SMA)分泌增加，成纖維細胞樣標志物Ⅰ型膠原蛋白和 Ⅲ 型膠原蛋白表達增加，造成細胞外基質成分的堆積，導致腎小球硬化[4,11]。早期DN患者的腎臟組織中就有炎性巨噬細胞的浸潤，這些巨噬細胞在高糖的刺激下會產生包裹TGF-β的外泌體，其可被腎小球MC直接攝取，激活Smad 3蛋白，促進MC的增殖和細胞外基質蛋白的產生[12]。

骨形成蛋白(bone morphogenetic protein,BMP)是轉化生長因子β超家族的重要成員。BMP除強力的誘導成骨作用外，還能夠調控細胞增殖、分化、遷移和凋亡，在胚胎發育和成人細胞穩態調節中發揮作用。目前人類已經發現30多種BMP亞型，其中BMP2、BMP4、BMP6和BMP7的功能最具有代表性[13]。BMP有兩種類型的受體，一型受體有4個亞型：ALK-1，2，3和6；二型受體有3個亞型：BMPRⅡ、ActR-Ⅱ和ActR-ⅡB[14]。BMP4/Smad1信號通路的激活介導糖尿病大鼠腎小球損傷，高糖可刺激MC分泌BMP4，其與一型受體ALK-3結合后介導下游Smad1的磷酸化，磷酸化的Smad1再與Smad 4結合，該復合體轉移到細胞核內調控靶基因的轉錄，造成Ⅰ型和 Ⅳ 型膠原蛋白產生過多，其中Ⅳ型膠原蛋白是增厚的腎小球基膜和堆積的系膜基質的主要成分[15]。BMP7像肝細胞生長因子一樣，在糖尿病腎纖維化中起負性調控作用，延緩腎纖維化的進程[13]。

2.3 高糖通過影響長鏈非編碼RNA水平促進MC增殖

人類全基因組序列中約98%的核苷酸序列不具有編碼蛋白質的能力，這些基因組序列多被轉錄形成非編碼RNA，長度超過200 nt的非編碼RNA被稱為長鏈非編碼RNA(long non-coding RNA,lncRNA)[16]。近些年高通量測序技術的迅猛發展使LncRNA重要的基因表達調控作用逐漸顯露。人類已發現多種與DN有關的LncRNA，其中Gm4419，牛磺酸上調基因1(taurine up-regulated gene 1，TUG1)，H2k2等與腎小球MC異常增殖有關。Gm4419是DN腎組織中上調比例最高的LncRNA，將Gm4419過表達質粒轉染至低糖培養的腎小球MC，可明顯促進MC的增殖，增加纖連蛋白和Ⅳ型膠原蛋白的表達[17]。長期高血糖刺激促使腎臟處于微炎性反應狀態，而Gm4419又可介導核轉錄因子-kappaB(nuclear factor-kappa B，NF-κB)p50亞基的入核，活化NF-κB信號通路，促進炎性因子的表達[18]。TUG1是DN腎組織中下調的一種LncRNA，TUG1能夠抑制PI3K/AKT信號通路的活性達到抑制高糖誘導的MC增殖的效果[19]。TUG1還可作為競爭性內源RNA(competing endogenous RNA，ceRNA)抑制miR-377的表達，減輕miR-377對靶基因過氧化物酶體增殖物激活受體γ(peroxisome proliferator-activated receptor γ，PPARγ)的抑制，恢復PPARγ對腎臟的保護作用，增加細胞外基質成分的降解，延緩腎小球硬化的進程[20]。這些LncRNA的發現為DN的深入研究提供了良好的參考材料。

2.4 高糖促進MC增殖的其他機制

在db/db糖尿病小鼠模型和高糖培養的MC中，Hippo通路的失活介導了MC的異常增殖，MST1和Lats1是Hippo通路中重要的蛋白激酶，YAP是其重要的下游效應因子。Hippo通路活性降低時，MST1和Lats1磷酸化的減少促進了YAP的表達和核轉位，增加細胞核內YAP和TEAD的結合，促進下游靶基因(細胞周期蛋白E)的表達，促進MC增殖[21]。低氧誘導因子(hypoxia-inducible factor,HIF)是一種由α亞基和β亞基組成的異源蛋白二聚體轉錄因子，除低氧之外，高糖可能是調控HIF表達的另一重要因素。高糖培養可增加MC中HIF-1α與HIF-1β的結合，該復合體可進入細胞核調控靶基因轉錄，引起細胞周期依賴蛋白cyclinD1和CDK2上調，細胞周期抑制蛋白p21下調，促進MC的增殖[22]。高糖引起MC增殖的相關機制還有很多，MC的異常激活是一個多因素的復雜過程。

3 問題與展望

DN是開始進行腎臟替代治療患者腎臟病的主要原因，影響了約40%的1型和2型糖尿病患者[23]。然而臨床觀察發現，DN發展至終末期時，無論是給予透析治療還是腎移植，其預后均比其他腎臟疾病患者差。所以，糖尿病患者體檢時應重視尿常規的檢查，避免發展到終末期腎病才被發現。高血糖、高血壓和遺傳易感性是DN發生的主要危險因素，高血脂、吸煙和飲食也影響DN的發生。降糖、降壓、降脂、戒煙和健康的生活習慣是治療DN的主要手段。S-丙炔-半胱氨酸(又稱ZYZ-802)是一種新型H2S釋放物，已被證實可以抑制高糖引起的MC過度增殖和肥大，減輕糖尿病腎臟的炎性反應，降低TGF-β1信號傳導，這表明恢復腎組織的H2S信號可能具有治療DN的巨大潛力[8]。這些新型化合物的臨床應用效果有待進一步證實。