PI3K/Akt信號通路在糖尿病腎病中的作用及中藥干預的研究進展

萬金艷，龍 宇，張羽璐，劉松雨，石 愛，于 雙，李 丹，李 楠*，楊啟悅

1.成都中醫藥大學藥學院，四川 成都 611137

2.成都中醫藥大學附屬醫院，四川 成都 610075

糖尿病腎病是一類具有極大危害性的糖尿病慢性微血管并發癥，主要是指糖尿病患者腎臟在長期的糖尿病狀態下發生的病理結構和功能改變，臨床上主要表現為蛋白尿、高血壓以及進行性腎功能不全。至2017年，在全球范圍內，已經有1.37 億人死于糖尿病，而其中死于糖尿病腎病的患者高達60 萬人[1]。不可忽視的是，盡管及時發現和治療糖尿病能夠暫時延緩糖尿病腎病的進展，但糖尿病腎病仍然會不可避免地向終末期腎臟疾病發展[2]，威脅著糖尿病患者的生存[3]，因此有效預防控制糖尿病腎病的發展是目前的重點及難點。目前，糖尿病腎病已經發展成為全球終末期腎臟疾病的主要原因，增加了糖尿病患者心血管疾病風險及全因死亡風險，成為了一類具有嚴重后果的慢性腎臟疾病[4]。

糖尿病腎病致病機制復雜，目前普遍認為糖脂代謝、炎癥、氧化應激、細胞自噬、細胞凋亡等是其主要發病機制[5-7]。而中醫則將糖尿病腎病歸于“消渴”“水腫”“尿濁”“腎勞”“關格”“癃閉”等范疇，認為其基本病機為本虛標實，治宜益氣養陰、健脾補腎、活血化瘀、清熱解濁[8]。目前糖尿病腎病尚缺乏行之有效的治療手段，臨床上主要以控制血糖、血壓、血脂和腎臟替代療法為主，并加以藥物輔助治療，無法從根本上阻止糖尿病腎病的發生發展。血管緊張素轉換酶抑制劑、血管緊張素Ⅱ受體阻斷劑是治療糖尿病腎病的臨床一線藥物[9]，能夠減緩糖尿病腎病的腎功能下降，但其治療效果有限，缺乏針對性，且容易出現血鉀、血肌酐高等不良反應，難以長期應用。在此基礎上，中醫藥作為糖尿病腎病的補充替代療法得到了廣泛的關注。研究表明，中醫藥的應用能夠從多方面、多途徑延緩改善糖尿病腎病患者臨床蛋白尿癥狀、改善腎功能損傷與結構變化，緩解糖尿病腎病臨床癥狀，改善患者生存質量，具有兼顧標本、安全有效、一方多效等獨特優勢[10]。

磷脂酰肌醇3-激酶（phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K）/蛋白激酶B（protein kinase B，PKB/Akt）信號通路是一個經典的抗凋亡、促存活的信號轉導途徑，目前PI3K/Akt 信號通路已被證實是糖尿病腎病發病過程中的一條重要信號通路[11]，與系膜基質增生、足細胞損傷等具有密切的聯系。近年來，有研究提出益氣活血法[12]、益氣化瘀法[13]、化瘀通絡法[14]等中醫治法對糖尿病腎病的腎功能的保護作用與PI3K/Akt 信號通路密切相關，提示對通路中關鍵靶點進行適當的調控能夠有效保護腎臟，這為糖尿病腎病提供了新的治療方向。

目前，靶向PI3K/Akt 信號通路治療糖尿病腎病的治療方案成為熱點研究方向，中藥及其活性成分在其中發揮的作用同樣脫穎而出。在此基礎上，基于PI3K/Akt 信號通路，對中藥及其活性成分治療糖尿病腎病的研究現狀進行系統的歸納總結，能夠為糖尿病腎病未來的治療及藥物研發提供一定的理論基礎。

1 PI3K/Akt 信號通路與糖尿病腎病病理損傷

研究表明，PI3K/Akt 信號通路異常參與了糖尿病腎病腎臟損傷的病理過程[15]。蛋白尿是糖尿病腎病的重要臨床特征，腎臟病理檢查可見腎小球、腎小管及腎間質病變，包括腎小球肥大、腎小管上皮細胞轉分化、K-W 結節等[16]，而PI3K/Akt 信號通路抑制劑LY294002 的加入能夠有效改善系膜增生等多種病理損傷，降低蛋白尿[17-18]，提示PI3K/Akt信號通路或許是糖尿病腎病治療的關鍵信號通路。近年來，國內外學者發現，通過調節PI3K/Akt 信號通路活性能夠有效緩解糖尿病腎病伴隨的腎臟損傷以及蛋白尿現象，阻止糖尿病腎病的進一步發展[19-20]。李雪松等[21]發現糖尿病腎病模型動物腎小球上皮細胞空泡病變，腎間質纖維化增生明顯并伴有炎性浸潤，尿蛋白上升，使用七芪地黃丸治療糖尿病腎病后發現模型動物尿蛋白和尿糖明顯降低，腎間質纖維化和炎性浸潤明顯改善，腎功能好轉。在進一步的機制研究中發現，七芪地黃丸能夠提高PI3K、Akt、糖原合成酶激酶-3β（glycogen synthase kinase 3β，GSK-3β）磷酸化水平，其腎臟保護作用可能與調節PI3K/Akt/GSK3β 信號通路的活性有關。何康婧等[22]研究發現雷公藤多苷片能夠通過激活PI3K/Akt/哺乳動物雷帕霉素靶蛋白（mallalian target of rapamycin，mTOR）顯著阻斷腎小球基底膜增厚和系膜擴張進程，改善腎臟損傷，保護腎功能。此外，另有多名國內外研究人員表示PI3K/Akt 信號通路活性與糖尿病腎病的發生發展及治療密切相關，有著廣闊的發展前景[23-24]。這一系列的研究提示PI3K/Akt 信號通路或許能夠作為糖尿病腎病治療的新方向，為臨床用藥提供指導。

2 PI3K/Akt 信號通路中多種信號分子參與糖尿病腎病的發展

PI3K/Akt 信號通路主要參與細胞的增殖、分化、凋亡等生理活動，是人體內重要的信號轉導通路。PI3K 是該通路的起始因子，通過將磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸（phosphatidylinositol-4,5-diphosphate，PIP2）磷酸化生成磷脂酰肌醇-3,4,5-三磷酸（phosphatidylinositol-3,4,5-triphosphate，PIP3）而達到激活Akt 的關鍵作用，而Akt 則是該通路的中心環節，以PIP3 作為反應底物，發生質膜轉位和結構改變，繼而被3-磷酸肌醇依賴性蛋白激酶1（3-phosphoinositide-dependent protein kinase-1，PDK1）磷酸化而活化[25]，并進一步調節下游信號分子參與多種生理活動。目前研究顯示，PI3K/Akt信號通路在糖尿病腎病的發生與發展中起著重要的推動作用，參與多種生理過程。

2.1 PI3K 和Akt 與糖尿病腎病的關系

PI3K 和Akt 是機體內極為關鍵的胰島素信號分子，對機體的糖脂代謝有顯著的調節作用。研究顯示，胰島素主要通過激活胰島素受體底物2（insulin receptor substrate 2，IRS-2）/PI3K/Akt 信號轉導通路實現其生理功能[26]。機體內胰島素與其受體結合后，胰島素受體酪氨酸激酶被活化并引起IRS-2 磷酸化，下游PI3K 可被磷酸化的IRS-2 激活從而啟動PI3K/Akt 信號轉導通路[27-28]。研究表明，Akt 被活化后，能夠通過調節葡萄糖轉運蛋白-4（glucose transporter-4，GLUT-4）、GSK-3β、叉頭框蛋白O1（forkhead box protein O1，FoxO1）、mTOR 等的活性調控機體糖脂代謝、細胞自噬和凋亡、炎癥、氧化應激水平，從而參與糖尿病腎病的發生發展以及藥物治療。

2.2 人第10 號染色體缺失的磷酸酶張力蛋白同源物（gene of phosphate and tension homology deleted on chromsome ten，PTEN）與糖尿病腎病的關系

PTEN 是PI3K/Akt 通路的關鍵負調節因子，以PIP3 作為底物，能夠促使PIP3 去磷酸化而抑制Akt的激活[29-30]，干預細胞自噬、凋亡等多項在糖尿病腎病中起重要作用的生理活動。近年來的研究表明，PTEN 參與腎臟的纖維化進展[31]，可能是一種潛在的腎保護基因。邢玲玲等[32]報道正常人體內PTEN處于低表達狀態，而在糖尿病腎病初期，PTEN 呈現高表達，隨著病情加重，PTEN 再次呈現抑制狀態，這提示在糖尿病腎病走向終末期的道路上，尤其是病情由早期過度到中后期時，靶向PTEN 進行調控，對腎臟功能的保護具有重要的意義。

2.3 GSK-3β 與糖尿病腎病的關系

GSK-3β 是糖原合成和細胞葡萄糖攝取等的關鍵調控激酶，主要參與機體的糖代謝過程。研究表明，GSK-3β 抑制劑的加入能夠明顯緩解模型動物腎臟損傷，這可能與其刺激糖原合成降低血糖的作用有關[33]。有研究提出GSK-3β 是平衡促炎因子與抗炎因子生成的關鍵物質[34]，能夠激活核因子κB（nuclear factor κB，NF-κB）通路并調控腎臟炎性損傷[35]。另有研究表明，GSK-3β 能夠通過參與細胞凋亡過程而參與糖尿病腎病進展。Liu 等[34]和Culbreth 等[36]均對此進行了研究，提出或許能夠通過抑制GSK-3β 的活性有效控制腎臟損傷。總的來說，GSK-3β 或許能夠作為糖尿病腎病的潛在干預靶點，有效改善糖尿病腎病患者的預后。

2.4 FoxO1 與糖尿病腎病的關系

FoxO1 是一類從酵母到人體內都廣泛存在的轉錄因子，廣泛表達于腎臟。其中，FoxO1 廣泛表達于足細胞、系膜細胞等多種腎實質細胞，在多種腎損傷的發病機制中發揮重要作用[37]。研究表明，FoxO1 會伴隨著PI3K/Akt 的激活而發生磷酸化失去活性，而FoxO1 表達水平的降低會導致機體抗氧化酶減少、自噬水平降低、血糖水平升高、脂質代謝紊亂等多種不良后果[38-40]，加速糖尿病腎病的進程。相關研究提出，在糖尿病模型中，FoxO1 磷酸化水平的降低有助于腎功能的改善[41]，而FoxO1 的高表達則可通過活化PTEN 誘導激酶而減輕高糖誘導的凋亡，提高自噬水平和細胞活力，有效緩解腎損傷腎損傷，抑制腎臟腎纖維化進程。

2.5 mTOR 與糖尿病腎病的關系

在PI3K/AKt 信號通路的相關靶點中，mTOR 在糖尿病腎病中的作用是目前的研究焦點。研究提示mTOR 能夠通過抑制自噬、誘導炎癥、產生氧化應激等病理反應從而導致包括糖尿病腎病在內的多種腎臟疾病的發生[42]。mTOR 是機體內調節自噬的關鍵靶點，長期的高糖狀態下，腎足細胞的自噬活性被抑制，mTOR 會異常活躍，而敲除體內的mTOR基因或使用mTOR 抑制劑雷帕霉素能夠在極大程度上緩解高糖誘導的足細胞損傷。Xu 等[43]的研究佐證了這一觀點，提示mTOR 能夠通過抑制自噬促進糖尿病腎病的發生與發展。Lu 等[44]使用體外系膜細胞以及動物進行研究，發現高糖環境下，機體內會氧化應激水平升高，系膜細胞發生凋亡，而雷帕霉素的加入能夠顯著減少氧化應激和腎小球系膜細胞凋亡，由此推論mTOR 在促進氧化應激進而誘導糖尿病腎病的發生與發展中發揮重要作用。同時，You 等[45]發現mTOR 是C 反應蛋白促進糖尿病腎病的中心機制，而C 反應蛋白是存在于炎癥部位及組織損傷部位的一種急性期反應蛋白。以上共同提示mTOR 是糖尿病腎病治療的潛在靶點，其激活能夠促進糖尿病腎病的發生與發展。

2.6 NF-κB 與糖尿病腎病的關系

NF-κB 是炎癥反應的關鍵調節因子，是治療炎癥性疾病的重要靶點。在高糖環境下，活化的Akt能夠調節Iκb 激酶活性，促使Iκb 激酶與NF-κB 解離，從而使NF-κB 從抑制單元釋放并進入細胞核，促進相關炎癥因子的轉錄，導致炎癥反應的發生[46]。大量炎癥因子長時間的過量表達推動成纖維細胞合成大量細胞外基質，進而推動腎臟纖維化的進展[47]。趙長英等[48]在研究中發現，糖尿病腎病模型動物中p-Akt 和p-NF-κB p65 表達明顯升高，而經過一定的治療后，動物體內p-Akt 和p-NF-κB p65 的表達明顯降低，炎癥因子的表達降低，腎組織病理損傷明顯改善，提示抑制Akt/NF-κB 通路能夠改善腎損傷。然而，洪金妮等[49]研究顯示PI3K/Akt 通路的激活會導致NF-κB 活性的下降，兩者研究結果相互矛盾，需要更進一步的研究。

綜上，PI3K/Akt 通路的關鍵靶點在糖尿病腎病中發揮著重要的作用，可以通過多個途徑參與糖尿病腎病的發展，對于糖尿病腎病中紊亂的糖脂代謝、過高的炎癥和氧化應激水平、過高的細胞凋亡水平以及被抑制的細胞自噬等有不同程度的改善作用，能夠有效保護腎臟功能（圖1）。

圖1 PI3K/Akt信號通路在糖尿病腎病中的作用機制Fig.1 Mechanism of PI3K/Akt signaling pathway in diabetic nephropathy

3 中藥對糖尿病腎病的干預作用

一直以來，糖尿病腎病的藥物治療問題始終沒有得到有效的解決，目前臨床上常用的藥物雖然能夠緩解糖尿病腎病蛋白尿等癥狀，但并不能阻止糖尿病腎病向終末期腎臟疾病的進展。近年來發現，中藥在糖尿病腎病的治療中療效確切，毒副作用小，是糖尿病腎病潛在的藥物寶庫。其中，靶向PI3K/Akt 信號通路的中藥數目繁多，本文對此進行系統性綜述。

3.1 中藥活性成分

目前，關于中藥活性成分腎保護作用受到了廣泛的關注，是目前的熱點研究方向。具有保護糖尿病腎病腎臟功能的中藥活性成分主要集中在萜類、黃酮類以及生物堿類化合物。其具體代表性成分以及作用機制見表1。GSK-3β、mTOR、FoxO1、NFκB 等均是中藥活性成分作用的靶點，能夠通過抑制炎癥、抑制細胞凋亡、抑制氧化應激、提高自噬活性等多種途徑調節糖尿病腎病腎損傷。如研究證實mTOR、FoxO1、NF-κB 等均是黃芪甲苷的作用靶點。

表1 中藥活性成分靶向PI3K/Akt 通路治療糖尿病腎病的研究模型及作用機制Table 1 Research model and mechanism of Chinese medicine active ingredients in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

3.2 中藥提取物

目前，直接使用中藥提取物治療糖尿病腎病的研究相對較少，能夠靶向PI3K/Akt 信號通路發揮作用的主要包括虎尾草提取物、木槿花水提物等。其具體作用機制見表2。中藥含有成分復雜，能夠多靶點參與糖尿病腎病的治療。雖然目前研究相對單薄，但依據現代藥理研究及中醫治療方案，單味中藥仍然具有巨大的開發潛力，如甘草作為常用的一類中藥，其活性成分被證實可以預防糖尿病并發癥的發生，在此基礎上，Li 等[81]分別對生甘草水提物、醇提物以及炙甘草水提物和醇提物的腎臟保護作用進行研究，發現以炙甘草醇提物對系膜增殖和擴張的總體抑制作用最佳，其作用機制涉及甘草對Akt的阻斷作用和抑制TGF-β 信號轉導作用。

表2 中藥提取物靶向PI3K/Akt 通路治療糖尿病腎病的研究模型及作用機制Table 2 Research model and mechanism of Chinese medicine extracts in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

3.3 中藥復方及制劑

目前，大量的中藥復方及制劑以其安全有效的治療特征被應用于糖尿病的臨床治療中，伴隨此發展而來的中藥復方及制劑在糖尿病腎病中的治療作用及機制研究逐漸增加，其具體類別及作用機制見表3。從各藥物的組成與成分來看，黃芪等補氣血，丹參等活血化瘀，大黃等逐瘀通經，多種藥物協作，能夠起到良好的治療作用，這也正與益氣養陰活血等治則相應。如降糖湯，作為一項具有中國專利的中藥復方，方中含有地錦草、丹參、黃芪、知母、黃連5 味中藥，黃芪補氣健脾，知母、黃連清熱瀉火，丹參、地錦草活血祛瘀，共同奏效。Hong 等[84]對其進行藥效學研究發現降糖湯可以減少糖尿病腎病模型動物腎組織形態學變化，改善蛋白尿癥狀，這或許與其激活PI3K/Akt 通路進而降低NF-κB p65的磷酸化水平，減少腎臟炎癥介質分泌相關，具有明確的治療作用。

表3 中藥復方及制劑靶向PI3K/Akt 通路治療糖尿病腎病的研究模型及作用機制Table 3 Research model and mechanism of Chinese medicine compounds and preparations in treatment of diabetic nephropathy by targeting PI3K/Akt pathway

4 結語與展望

目前，針對糖尿病腎病的研究中，PI3K/Akt 信號轉導途徑的參與及其發揮的作用機制多見報道。PI3K/Akt 信號通路作為人體內重要的信號轉導途徑，參與多種生理活動，可以干預糖脂代謝障礙、減輕炎癥反應、激活細胞自噬、抑制細胞凋亡、抑制機體氧化應激等多種生理活動參與糖尿病腎病的發展，PTEN、FOXO1、GSK-3β、mTOR 等關鍵靶點蛋白參與其中，在糖尿病腎病治療中具有獨特的優勢（圖1）。然而，與既往研究提出的論點一致的是，目前關于糖尿病腎病中PI3K/Akt 信號通路的研究數據尚顯雜亂，通過激活該通路或是抑制從而達到治療目的尚存爭議，這可能與研究中所使用的動物模型以及糖尿病腎病的病程相關[95]。此外，通過該通路治療糖尿病腎病的作用靶點尚不完善，僅以經典靶點蛋白做支撐，無法系統判斷該通路在糖尿病腎病中的參與程度，與其他信號通路的交互作用同樣難以系統描述。

中藥以其多靶點、安全無害的治療優勢成為糖尿病腎病的治療潛力藥物，并逐漸向臨床方向發展。本文著重對目前能夠靶向PI3K/Akt 信號轉導途徑從而治療糖尿病腎病的中藥活性成分、提取物和復方及制劑進行了系統的總結，發現目前以復方和活性成分的應用為主，單味中藥應用的研究相對較少。通過對相關活性成分相關中藥的簡要總結，發現目前糖尿病腎病相關的中藥研究主要分布在補虛藥、活血藥及清熱藥（表4），而多數復方組成也集中于這3 類中藥，這樣的藥物研究趨勢正與目前益氣養陰、健脾補腎、活血化瘀、清熱解濁等中醫治療策略相符。從多項研究方法及數據來看，目前研究更傾向于以網絡藥理學、代謝組學等現代研究手段進行研究，并從臨床經驗及中醫經典中出發，使研究更具實用意義。

表4 具有保護糖尿病腎病患者腎臟藥理活性的中藥及其有效成分Table 4 Traditional Chinese medicine and effective components with pharmacological activity of protecting patients with diabetic nephropathy

然而，在目前的研究中，仍然存在諸多亟待解決的問題。由表1～3 中顯示的作用機制可知，中藥通過調控PI3K/Akt 通路發揮作用的機制目前仍不明朗，即便是針對同一藥物的不同研究，也同樣存在巨大的分歧，這可能與實驗中所使用的動物模型種類、病程不同以及實驗采用的給藥周期、給藥劑量不同相關。此外，目前研究仍多是以某一下游或上游關鍵靶點蛋白表達水平做支撐佐證相應的觀點，很少系統對多個靶點蛋白進行研究，明確各靶點的相互作用，這將是未來研究中需重點解決的問題。但不可否認的是，以目前的研究方向來看，通過PI3K/Akt 信號通路治療糖尿病腎病的中藥種類繁多，沙格列汀等化學藥也同樣能夠調節PI3K/Akt信號通路活性參與糖尿病腎病進展[96]，結合PI3K/Akt 信號通路各靶點在糖尿病腎病發生發展中的推動作用，提示PI3K/Akt 信號通路或許能夠作為糖尿病腎病治療的藥物靶向目標，延緩甚至阻斷糖尿病腎病的發展，而能夠通過PI3K/Akt 信號通路發揮作用的中藥或許有望成為糖尿病腎病藥物開發的新方向，具有極大的研究價值。同時，臨床上或許能夠嘗試以PI3K/Akt 信號通路作為治療節點，使用中藥或中西醫結合的治療方案，達到更好的治療效果。

綜上所述，PI3K/Akt 信號轉導途徑是治療糖尿病腎病的一項潛在且極具研究意義的靶點通路，對中藥靶向PI3K/Akt 通路治療糖尿病腎病進行更為系統的研究，有助于糖尿病腎病高特異性治療藥物的研發，對臨床用藥也具有一定的指導性，具有重要的臨床意義。本文針對中藥通過PI3K/Akt 通路治療糖尿病腎病的研究進行了系統的綜述，希望為糖尿病腎病的藥物研究提供一定的參考依據。

利益沖突所有作者均聲明不存在利益沖突