半乳糖凝集素-3 及糖基化終末產物對糖尿病腎病的影響

李治璇，桂騰娟，孫紫娟，吳 蔚，李 俊，趙 升，趙慶蓉

（昆明醫科大學第一附屬醫院腎內科，云南 昆明 650032）

糖尿病腎病（diabetic kidney disease，DKD）是由糖尿病（diabetic mellitus）引起的一種慢性腎臟疾病（chronic kidney disease，CKD），主要表現為持續性尿白蛋白排泄量增加，和（或）腎小球濾過率（glomerular filtration rate，GFR）進行性下降，最終發展成為終末期腎病（end-stage renal disease，ESRD）[1]。全球30%～50%的ESRD 由DKD 導致[2]，而我國DKD 的數量在過去的10 年中翻了2 倍[3]，已成為我國ESRD 的首要病因[4]。體內高糖環境下晚期糖基化終末產物（advanced glycation end products，AGEs）增多或沉積，可能通過受體或非受體途徑導致DKD 的發生[5]。作為AGEs 的受體之一，半乳糖凝集素-3（galectin-3，Gal-3）在平滑肌細胞轉移和增生中發揮著重要作用[6]。但到目前為止，關于Gal-3 與DKD 的研究仍然有限，且有互相矛盾的觀點。基于此，本文就AGEs 和Gal-3 與DKD 的關系進行綜述，以期為DKD 的病情評估及治療提供新靶點。

1 DKD 的發生機制

DKD 的病理形態分為早期與晚期，早期包括腎小球肥大、腎小球基底膜增厚、足細胞損傷、系膜基質增生和腎小管損傷，而晚期主要有腎小球硬化和腎小管間質纖維化[7]。而這些病理形態的形成與體內的多種機制密切相關。DKD 由多種因素介導，其發生和進展主要涉及2 個途徑：血液動力學途徑和代謝途徑。血液動力學途徑是腎素血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）激活，使出球小動脈收縮、腎小球毛細血管壓力增加和腎小球濾過率增加，導致蛋白尿的發生。同時，血管緊張素還刺激腎臟纖維化、系膜基質增生、腎小球基底膜增厚、足細胞損傷和腎單位丟失。而各種血管活性細胞因子和生長因子如一氧化氮、血管內皮生長因子和內皮素的激活也在DKD 的血流動力學變化中起重要作用。代謝途徑主要是持續性高血糖導致AGEs 的形成，刺激細胞因子和生長因子合成，這些因子誘導腎小球細胞外基質沉積、蛋白尿和腎損傷[8]。炎癥細胞因子如白細胞介素-1、白細胞介素-6 和白細胞介素-8 以及生長因子如腫瘤壞死因子α 都與DKD 進展有關[9]。有研究表明[10]，糖尿病的病程會加速腎功能的下降，糖尿病病程大于10 年的患者腎功能惡化時間間隔明顯短于糖尿病病程小于5 年的患者。此外，衰老和一些非糖尿病的相關病理情況都可能導致DKD 的發生。由于生存率增加，有更多時間發展慢性并發癥以及隨著年齡增長，腎功能加劇下降，這些與年齡有關的因素可能會限制腎臟儲備，并使腎臟更容易受到多種因素的損害，如高血壓、動脈粥樣硬化、肥胖和腎臟毒性藥物等[11]。

2 AGEs 概述及對DKD 的影響

2.1 AGEs 的來源 AGEs 是在生物體中形成的有機分子，具有多種結構和功能特性，被認為是糖化過程的有機標志物[12]。AGEs 的來源分為內源性和外源性2 種途徑，其中內源性途徑是健康正常的個體通過新陳代謝或衰老產生，而深加工食物、吸煙等是外源性AGEs 的主要來源[13]。AGEs 存在于體內多個部位，包括血漿、血管、晶狀體、視網膜以及腎臟中的系膜、腎小球和基底膜等。生理狀態下，體內的AGEs儲蓄量隨年齡的增長而增加，并隨糖尿病患者的血糖升高而顯著增加。病理條件下，過量的AGEs 沒有得到降解和平衡，沉積于滑膜及細胞外基質，可能引起多種疾病，如炎癥、糖尿病并發癥、心血管疾病、神經退行性疾病和癌癥等。

2.2 AGEs 對DKD 的影響 在長期體內高糖環境下，AGEs 在腎臟沉積，可使腎小球細胞外基質增生、基底膜結構改變，最終產生蛋白尿，導致腎小球硬化[14]。AGEs 可以通過非吞噬細胞氧化酶和PKC 依賴性方式增加血管平滑肌中的電壓激活鈣進入，從而增加大血管和微血管的血管收縮，進一步加重DKD。此外，AGEs 還可以與多種細胞表面結合受體作用，導致細胞的內吞、降解、活化、促氧化或促炎反應[15]。最具特征的受體是AGEs 受體（RAGE），可以與AGE結合激活細胞內信號傳導，導致細胞的異常反應，如炎癥、凋亡和自噬。在炎癥反應中，RAGE 被誘導表達，導致持續的炎癥狀態。在DKD 中，RAGE 的表達上調，使活性氧物種（ROS）產生，降低細胞中抗氧化酶和谷胱甘肽水平，增加細胞內氧化酶的水平，越發加劇炎癥的進程，從而建立腎臟的慢性炎癥狀態，最終導致腎臟結構和功能的逐步喪失[5]。Zhang P 等[16]研究提出，AGE 介導腎臟的損傷機制是通過長非編碼序列Rpph1 與Gal-3 相互作用，促進MERF/ERK轉導通路，導致MCP-1 過表達和系膜細胞增殖。

3 Gal-3 概述及與DKD 的關系

3.1 Gal-3 的結構及功能 半乳糖凝集素是一個廣泛表達的β-半乳糖苷結合凝集素家族，可調節所有生物體中的“細胞對細胞”和“細胞對基質”的相互作用。根據碳水化合物識別域（CRD），半乳糖凝集素分為了原型、嵌合型和串聯重復型3 大類[17]。Gal-3 是約30 kDa 的嵌合型半乳糖凝集素，由LGAIS3 基因編碼，位于染色體ip13 上。Gal-3 的C 端有一個CRD，N 末端是一個多肽尾區，CRD 負責與含有N-乙酰乳糖胺的糖綴合物相互作用，N 末端結構域對基質金屬蛋白酶的蛋白水解敏感，對多聚化至關重要，并可能參與Gal-3 和其他細胞內蛋白質的相互作用[18]。因此，Gal-3 可以以依賴碳水化合物或不依賴碳水化合物的方式結合蛋白質。

Gal-3 在活化的巨噬細胞、肥大細胞、嗜堿性細胞、上皮細胞（如腎和腸）及一些感覺神經元中表達最多，在心臟、腎臟、肝臟、大腦、胰腺中也有少量表達。細胞層面上，Gal-3 在細胞核、細胞質、線粒體、細胞表面和細胞外空間中表達，通過加強IgE 及其受體之間的蛋白親和力，觸發嗜堿性粒細胞和肥大細胞的活化和趨化，參與炎性反應調控及mRNA 剪接，因此參與了細胞黏附、增殖和凋亡、抗菌活性、免疫應答、血管生成等重要機體過程[19]。Gal-3 容易從受損細胞和炎癥細胞分泌到細胞表面或生物體液（如血清和尿液）中[20]，因此Gal-3 可作為各種病理狀況診斷或預后的生物標志，可用于檢測心血管疾病、腎臟疾病、糖尿病、病毒感染、自身免疫性疾病、神經退行性疾病以及腫瘤形成等某些疾病的早期階段。

3.2 Gal-3 與CKD 的關系 在腎臟中，生理情況下，Gal-3 只表達于人類、大鼠、小鼠和倉鼠成熟腎臟遠端小管的頂端，在腎小球系膜上完全沒有或僅有微弱的表達。病理情況下，Gal-3 與慢性腎炎的腎功能下降及蛋白尿有關。Gal-3 在CKD 中發揮作用，可用于CKD 的診斷、臨床結局以及一般人群腎功能的預測。Ji F 等[21]研究發現，與健康對照組相比，CKD患者eGFR 降低和血清Gal-3 升高，表明Gal-3 在CKD 診斷中有潛在作用。O'Seaghdha CM 等[22]在Framingham Offspring 研究中發現，血清高水平Gal-3 可使eGFR 快速降低及CKD 的風險增加。此外，Gal-3 與蛋白尿的關系也較為密切。Iacoviello M等[23]研究發現，Gal-3 水平是微量白蛋白尿、糖尿病以及高中心靜脈壓的獨立預測因子，推測Gal-3 通過促進腎纖維化，可能介導腎功能和心功能障礙。Yilmaz H 等[24]在研究血清Gal-3 水平與家族性地中海熱患者蛋白尿的關系時發現，蛋白尿組患者血清中Gal-3 的含量明顯高于非尿蛋白組患者，說明Gal-3 與家族性地中海熱中的蛋白尿有關，可能在腎淀粉樣變性的發病機制中發揮作用。Gal-3 與腎功能及蛋白尿相關，由此可以推測Gal-3 與DKD 也有一定關聯。

3.3 Gal-3 與DKD 的關系

3.3.1 Gal-3 是DKD 的預測因子 有研究發現[6]，Gal-3 可以通過與膠原纖維、層黏連蛋白以及纖維連接蛋白結合，促進巨噬細胞與血管內皮細胞粘附。而作為AGEs 的受體，同時可以與AGEs 修飾的蛋白結合，在平滑肌細胞轉移和增生中發揮重要作用，從而加速糖尿病患者的動脈粥樣硬化進程。然而近幾年的研究主要集中在血清Gal-3 水平與DKD 病程的聯系，相關病理機制的研究較少。Hodeib H 等[25]研究發現，大量蛋白尿患者的血清Gal-3 平均水平高于微量白蛋白尿患者，而微量白蛋白尿患者又高于正常白蛋白尿患者，這表明Gal-3 的增加在DKD的發展和進展中起重要作用，提示Gal-3 是T2DM患者進展為微量白蛋白尿、大量蛋白尿、透析和死亡的重要預測因子。Hussain S 等[26]研究發現，血清Gal-3 含量在DKD 患者中顯著增加，且與eGFR 呈負相關，提出Gal-3 是DKD 的潛在標志物，具有診斷作用。Tan KCB 等[27]研究也發現，Gal-3 與DKD 的進展（如大量白蛋白尿）、腎功能惡化（如血清肌酐加倍）以及平均隨訪9 年后開始腎臟替代治療獨立相關。由此可以得出，Gal-3 與DKD 相關，可以作為DKD 診斷的預測因子，但Gal-3 是DKD 的生物標志物，還是參與或加速了DKD 的發生進展還需要進一步研究證明。

除了與DKD 的蛋白尿相關，Gal-3 與DKD 終末期的透析治療預后有關。Drechsler C 等[28]對德國LURIC 和4D 糖尿病透析患者研究中發現，血清Gal-3 水平隨著腎功能下降而升高，并且與腎功能受損患者的心血管事件、感染和全因死亡率等臨床終點獨立相關。另一項多中心、前瞻性、觀察性研究也發現[29]，Gal-3 水平增加是血液透析患者全因死亡率和心臟死亡率的決定因素。Hogas S 等[30]研究證實，血清Gal-3＞23.73 ng/ml 是血液透析患者死亡的獨立預測因子。可見，血清Gal-3 的升高預示著DKD 的發生，也提示了DKD 透析患者的預后較差，為DKD 的病情評估及干預治療提供了方向。

然而，也有研究認為Gal-3 可能與DKD 無關，如Yücel N 等[31]納入了137 例T2DM 患者，根據ACR 將其分為3 組并測定血清中Gal-3 含量，統計分析后發現3 個亞組的血清Gal-3 水平沒有顯著差異，且血清Gal-3 含量與尿白蛋白、糖化血紅蛋白、空腹血糖值沒有任何關系。因此，Gal-3 與DKD 的關系需臨床多中心、大樣本的前瞻性研究進一步探索。

3.3.2 Gal-3 是DKD 的保護因子 在動物學實驗中，Okamura DM 等[32]研究發現，與野生型小鼠相比，Gal-3 敲除小鼠的腎臟纖維化程度更嚴重，說明Gal-3 可能減少腎小管細胞的凋亡，調節細胞外基質，從而抑制腎臟纖維化，改善細胞外重塑，這提示Gal-3 對慢性腎損傷有保護作用。而Luís C 等[33]發現，在糖尿病小鼠中，Gal-3 含量在腎臟皮質和髓質集合管內表達中上調，腎小球、近端小管、遠端小管也有少量表達，在抑制Gal-3 表達后，內皮細胞中的氧化應激產物含量增加，這說明Gal-3 可以防止細胞內的氧化應激。以上實驗表明，Gal-3 在DKD 的腎臟損傷機制中起到一定的保護作用，但關于Gal-3 與DKD 的機制性研究目前較少，還需要大量研究來證實。

4 總結

由于糖尿病患者人數不斷上升，DKD 已成為糖尿病患者死亡和致殘的首要原因。DKD 起病隱匿，病理變化不易逆轉，因此尋找更加靈敏可靠的分子標志物對其早期診治具有重要意義。在DKD 的發病機制中，糖尿病患者體內AGEs 增多或沉積，可以通過非受體依賴途徑和受體依賴途徑引起腎臟的損害，使腎小球細胞外基質增生、基底膜結構改變，最終產生蛋白尿，致使腎小球出現硬化，導致DKD 的發生。Gal-3 作為AGEs 的一個受體，與DKD 患者的蛋白尿及透析治療的預后密切相關，可能還對腎臟有一定的保護作用。但關于Gal-3 與DKD 的相關病理機制研究較少，兩者之間的關系還需要深入研究，以期為DKD 的病情評估及治療提供新靶點。