咖啡酸對糖尿病腎病的保護作用及其機制研究進展

賴睿，劉淇，李吻吻綜述 趙海龍審校

1.遵義醫科大學第一臨床學院臨床醫學系，貴州 遵義 563000；

2.遵義醫科大學口腔醫學院口腔醫學系，貴州 遵義 563000；

3.遵義醫科大學基礎醫學院病理生理學教研室，貴州 遵義 563000

糖尿病腎病(diabetic nephropathy，DN)是1型和2型糖尿病(diabetic mellitus，DM)最主要的微血管并發癥之一，是引起終末期腎病(end stage renal disease，ESDR)等腎臟特定病變的最常見原因之一。目前認為DN的發病機制主要與炎癥反應、氧化應激等有關[1]。其中DM基礎病癥中的血糖增高，可以通過氧化應激產生大量活性氧(reactive oxygen species，ROS)，激活相關蛋白通路提高代謝水平，從而造成糖基化終末產物蓄積和血流動力學改變，最終導致系統性高血壓和腎小球高血壓引發腎損害，形成DN[2]。

咖啡酸(caffeic acid，CA)是一種天然酚類物質，廣泛存在于植物、水果、蔬菜等。CA具有天然抗氧化、抗炎、抗腫瘤等重要的藥理活性[3]?；贑A良好的抗氧化作用，目前有研究證明其可糾正DN患者體內的脂質過氧化和自由基負荷，并通過刺激腎髓質分泌β內啡肽樣物質而起到腎臟保護作用[4]。為了進一步闡明CA對糖尿病腎病的保護作用及機制，本文對相關研究成果進行綜述。

1 CA的化學結構及其特性

CA又稱3,4-二羥基肉桂酸，屬于羥基肉桂酸和酚酸類化合物，具有抗病毒、抗癌、抗炎、抗糖尿病及抗氧化等活性[3]。這些特性都與其游離酚羥基和羥基在鄰苯二酚基團中的數量和位置以及碳鏈中的雙鍵有關[5]。

CA在抗DN方面具有一定應用價值和前景：(1)自然界廣泛存在，化學結構簡單且來源豐富[4]；(2)具有天然抗氧化、抗炎、抗病毒等重要的藥理活性[4]。然而CA的應用還存在一些限制：(1)主要以酯化形式存在于食物中，使其存在口服吸收不好、生物利用度較低、藥效較差等問題[4]；(2)CA純化過程復雜，需要原材料數量較大[5]；(3)過量攝入可能產生焦慮、頭痛等副作用[6]；(4)結構易變，作用不穩定[7]；(5)溶解度和相容性低，難穿透生物膜，天然衍生物少[8]。但正是因為CA不穩定的化學結構使其易轉化為脂類或酰胺類衍生物，從而又獲得多種新的生物活性[9]。CA結構如圖1所示。

圖1 咖啡酸的化學結構示意圖

2 CA對糖尿病腎病的保護機制

2.1 CA的降糖機制DN的原發病DM是一種以高血糖為特征的慢性代謝性疾病，由胰島素分泌不足或效率低下引起。目前臨床上主要通過口服降血糖藥物以及減少機體對碳水化合物的吸收來控制血糖水平[10]。因此，高血糖在DN的發生發展中起著關鍵作用，通過對血糖的控制可以對腎臟起到一定的保護作用[2]。

2.1.1 α-淀粉酶(α-amylase)和α-葡萄糖苷酶(α-glucosidase)相關機制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶是2型糖尿病患者體內的關鍵酶[11]。研究表明，機體可以通過唾液腺和胰腺分泌α-淀粉酶，將淀粉消化成低聚糖，并通過主動轉運到小腸上皮細胞進行吸收[12]。同時，小腸上皮細胞中存在α-葡萄糖苷酶，能夠選擇性水解末端α-1，4糖苷鍵，進而釋放出葡萄糖分子[13]。巧合的是，CA進入機體內，也幾乎全部在小腸被吸收[10]。而抗2型糖尿病關鍵酶研究通過體外測定酶活性實驗發現，CA可顯著抑制α-淀粉酶和α-葡萄糖苷酶活性，進而抑制腸道α-葡萄糖苷酶的作用和淀粉的消化吸收，最終起到減緩血糖升高的作用[10，12]。

2.1.2 胰島素相關機制胰島素抵抗是指機體組織對胰島素反應敏感性降低，導致胰島素受體信號傳導障礙，進而誘發機體血糖升高。目前研究表明胰島素抵抗與胰島β細胞功能障礙有關，這也是造成2型糖尿病發病的關鍵因素[14]。CHEN等[15]研究發現CA可激活PI3K/AKT途徑使AKT磷酸化，進而增加GULT4的表達和轉運促進細胞對葡萄糖的吸收，同時活化IRS-1增強胰島素作用。此外，在高血糖和高游離脂肪酸條件下，Caspase信號通路被激活使β細胞過度凋亡，導致胰島β細胞功能減退[14]。而CA可以降低線粒體不完整性，并抑制細胞凋亡發生[16]。在DARENDELIOGLU[17]的研究中發現，CA可抑制H2O2來逆轉線粒體中凋亡標志物Caspase-3的表達，并可降低ROS及其氧化產物丙二醛(malondialdehyde，MDA)含量，減少細胞凋亡。同時，CA通過激活PENT信號抑制PI3K/AKT信號通路[18]，調控Bcl-2和Caspase-3的表達進而減少細胞凋亡[19]。最后，CA可激活AMPK通路及增加PPAR的活性，促進葡萄糖的代謝及改善脂肪，增加肝臟和肌肉組織的胰島素敏感性[20]。綜上，CA通過降低血糖，減少腎組織細胞的損傷和凋亡，對DN患者的腎功能具有一定的保護作用。

2.2 CA的抗氧化作用正常情況下，機體內復雜代謝過程產生的ROS由體內的抗氧化物質清除，但在病理狀態下，ROS產生過多，破壞細胞內外平衡，將導致衰老、癌癥和壞死等[21]。目前認為高血糖誘導的氧化應激是導致DN患者機體內大量ROS產生的機制之一，而CA良好的抗氧化作用則可糾正DN患者體內的脂質過氧化和自由基過氧化，從而緩解病情[2，4]。在DM和DN患者體內CAT、SOD、GSH-Px和維生素C等均顯著降低，說明其體內抗ROS系統受損[22]。CA能直接清除ROS[9]，同時通過降低NADPH酶活性使GPx、GSH、AA活性升高，進一步提高自由基清除能力[23]。在TOMA等[24]的研究中發現，CA可減少人內皮細胞中調控NADPH氧化酶的調節和催化亞基p22phox和NOX4，進一步減少ROS生成。CA可激活Nrf2途徑下調HO-1、NQO1、TXNRD，抑制H2O2的作用，進而提高SOD、CAT和降低MDA含量[8，21]。

2.3 CA的抗炎作用

2.3.1 晚期糖基化終產物(advanced glycation end products，AGEs)相關機制AGEs是蛋白質和糖等反應產生的化合物，與糖尿病炎癥和內皮細胞功能障礙密切相關[25]。在DN患者中由于AGEs大量增多和累積，其促使NF-κB信號激活并引起內皮功能障礙和血管損傷，導致腎臟損害加重[26]。CA減少自由基產生及糖基化過程抑制AGEs的生成[25]，并通過減弱低密度脂蛋白(glycated low-density lipoproteins，gLDL)在人內皮細胞(human endothelial cells，HEC)中的誘導作用，降低RAGE的表達，抑制AGEs的作用[24]。CA減少p65蛋白磷酸化及核易位而抑制NF-κB信號激活[24，27]，減少了COX-2、iNOS和5-LO等炎性因子的生成[9]。此外，CA可抑制IL-8、IL-6、IL-1β、TNF-α等相關炎癥因子的釋放[28]，并通過增加GSH抑制NO的生成[9]，改善了由氧化應激介導的腎病，進而對腎臟具有保護作用[29]。CA通過減少C-反應蛋白和TNF-α可降低HEC的黏附性[24，27]，對腎內皮細胞完整性具有保護作用。CA還可下調中性粒細胞中NADPH氧化酶活性[30]，減少MPO生成，防止中性粒細胞的炎性浸潤[29]。綜上，CA通過對各致炎因素的控制，可延緩腎小球基底膜增厚及腎纖維化的發展進程[31]。

2.3.2 內質網應激(endoplasmic reticulum stress，ERS)相關機制在DN患者中，長期高血糖及氧化應激等可引起內質網應激障礙，誘導體內終末分化的足細胞凋亡導致腎小球功能的永久性損傷[26]。CA通過減輕肝臟的胰島素抵抗作用及gLDL在HEC中的表達，減少了ERS，抑制了RAGE與HMBG1的相互作用，緩解炎癥[24，32]。此外，CA通過抑制內質網應激，減少足細胞的損傷及蛋白尿的生成，進而減緩腎小球硬化的進程。

2.4 CA促進自噬發生自噬是細胞通過降解自身受損細胞器，以維持細胞內穩態，而受損細胞器的積累與DN的發病機制有關。研究表明，自噬活性在DN患者機體內，尤其是腎細胞中受到抑制，因此，通過激活自噬可能是一種DN的潛在治療方法[33]。

2.4.1 CA改善自噬相關基因的表觀調控水平研究表明miR-30a、miR-342、miR-133b在DN患者中高表達，且與腎小球濾過功能等密切相關[34]。在DN中CA可以通過調控表觀遺傳機制而發揮調節自噬的作用[22]。SALEM等[35]研究發現CA可通過抑制miR-636的表達，進而調節自噬以改善腎小球變化及減少蛋白尿的生成，并通過阻斷TGF-β/Smad信號通路來抑制腎纖維化。MATBOLI等[22]研究表明，CA可抑制miR-30a選擇性下調自噬相關基因ATG5和Beclin1的表達作用，并可通過抑制miR-30、miR-324、miR-133b觸發AMPK通路，參與PI3KCI/AKT/mTORC1信號通路和Ras-Raf-MAPK級聯等自噬通路的調節。CA通過促進自噬，維持了內皮細胞及足細胞的完整性，進而保護腎小球功能并阻止硬化發生[26]。

2.4.2 CA激活自噬相關蛋白通路足細胞是腎小球濾過膜屏障中最易受損部分，其受損易導致蛋白尿的生成。自噬是維持足細胞功能穩定的關鍵因素，DN發生時LC3II的減少及p62的累積使自噬受抑制[33]。CA可激活JNK-Bcl-2信號通路，提高p-JNK/c-JUN N末端激酶比率，Bcl-2磷酸化增加使Beclin1釋放，形成VPS34/Beclin1復合物，促進自噬，并降解累積的p62[36]。綜上，CA通過誘導自噬可顯著改善腎小球變化并降低蛋白尿，進而對腎臟產生一定的保護作用[35]。

3 總結與展望

近年來，隨著科技的進步社會的發展，人民生活水平逐步提高，而糖尿病患者也在逐年增長。據國際糖尿病聯合會(International Diabetes Federation，IDF)估計，至2045年全世界患有DM的人數將增加到6.93億，而其中有30%～40%的患者會患上DN[26]。DN的預防及治療也一直是人們熱議的話題。本文主要介紹了一種天然酚類化合物CA對DN的保護機制，CA作用機制見圖2。

圖2 咖啡酸作用機制圖

CA主要通過激活PI3K/AKT通路減輕胰島素抵抗、促進自噬及細胞對葡萄糖的吸收，同時激活PENT信號負反饋調節PI3K/AKT通路、抑制H2O2生成以減少線粒體中Caspase-3的表達使細胞凋亡減少，進而對腎組織細胞起到很好的保護作用。此外，CA通過激活JNK-Bcl-2信號通路及抑制miRNAs的表達促進自噬，減少蛋白尿的產生并阻斷TGF/Smad信號通路，進而抑制腎纖維化。同時，CA通過抑制AGEs的作用及產生NF-κB信號途徑，減少內質網應激及炎癥因子的釋放，進而減輕足細胞的損傷及緩解腎小球纖維化進程。由于CA具有羥基的化學結構，其可直接作用清除ROS，并有顯著的抗氧化作用。但作為親水分子CA脂質過氧化抑制作用較弱，通過聯合使用其衍生物等可使治療效果更佳[9]。綜上，CA通過清除自由基、抗氧化機制、促進自噬作用、減輕炎癥反應和抑制相關酶活性等作用，很好地緩解了糖尿病腎病的發展進程。

CA作為自然界廣泛存在的天然酚類物質，來源豐富且具有抗炎、抗氧化等活性，使其對糖尿病腎病具有良好的保護作用。但由于咖啡酸結構易變，作用不穩定，且純化過程較復雜，推廣應用仍受限制。在以后的研究中，可考慮開發CA衍生物并聯合使用，可使DN治療效果更佳，為其臨床預防及治療提供新的思路。