自噬與糖尿病腎病的關系及中醫藥干預機制研究進展

洪 佳,陳 勇

(福建中醫藥大學中西醫結合學院,福建 福州 350122)

糖尿病腎病(Diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最常見、最嚴重的微血管并發癥之一,是由于長期高血糖導致的腎臟損害,其典型特征是尿白蛋白排泄率的逐漸增加。DN亦是引起終末期腎病的最常見原因[1]。調查顯示,我國糖尿病腎病的患病率約為21.8%,并且逐年提高[2]。目前臨床治療DN的藥物主要有腎素血管緊張素系統(RAS)抑制劑、鹽皮質激素受體拮抗劑(MRA)、鈉-葡萄糖共轉運蛋白2抑制劑(SGLT2i)、腸促胰素類藥物,雖能一定程度上緩解DN患者的病情,但臨床預后較差且具有不良反應,因此迫切需要探究DN的發病機制及治療方法。DN的發病機制復雜,研究表明腎小球系膜細胞、足細胞和腎小管上皮細胞等腎臟細胞自噬異常與DN的發生發展關系密切[3]。中醫學認為DN的基本病因為稟賦不足、飲食不節、勞逸過度等,病機為本虛標實,本虛以氣陰兩虛為主,病久不愈,多臟受累,在疾病發展過程中逐漸產生瘀、痰、郁、熱、濕等標實的病理產物[4]。在治療上,以滋陰益氣、活血化瘀為基本治則。中醫藥具有多層次、多靶點、不良反應小的特點,治療DN有其獨特優勢。基于以上背景,本文對自噬與DN的關系及近年來中醫藥干預DN的研究進行綜述。

1 自 噬

自噬在機體自身修復中起重要作用,其分為巨自噬、分子伴侶自噬及微自噬3種,3種自噬通過不同的底物運送方式將細胞內受損的細胞器及錯誤折疊的蛋白質轉移至溶酶體,再利用溶酶體的降解功能將這些物質降解成氨基酸及其他副產物回到細胞質中,供機體重新合成大分子產物。雖然自噬可以調節細胞功能狀態,但同時在糖尿病、腫瘤、腦卒中等疾病的發展中也可表現為一把雙刃劍的作用,適度激活可以幫助細胞清除受損的細胞器和錯誤折疊的蛋白質,使細胞恢復正常;但是過度的自噬將會誘導細胞死亡,并與凋亡信號一起發揮作用;激活不足則導致細胞內細胞器功能異常[5]。細胞自噬受到多種因素的調節,許多學者通過對細胞自噬進行研究,發現很多因素可以影響信號轉導通路進而在細胞自噬上起調控作用,哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)相關通路是目前研究較為深入的一個[3]。

2 自噬與糖尿病腎病

糖尿病腎病的發病機制復雜,目前認為主要與腎血流動力學改變、機體代謝紊亂、氧化應激、炎癥反應、自噬和表觀遺傳學改變有關[6]。自噬作為維持細胞內環境穩態的一種重要機制,其在正常情況下能避免腎小球和腎小管細胞受損傷,而在持續高糖的環境下腎臟細胞自噬失調造成其不可逆的損傷,加快了DN的發展[7]。足細胞是構成腎小球濾過屏障的重要部分,足細胞損傷與自噬密切相關,是DN發病和進展的核心環節;同時自噬受多種營養信號敏感通路的影響,這些通路分子表達影響自噬平衡[8]。

2.1 糖尿病腎病中自噬的分子調控機制

2.1.1 mTOR信號通路:mTOR是一種絲氨酸/蘇氨酸磷酸化酶,其作為調節細胞自噬的重要信號通路,分為mTORC1和mTORC2兩種復合物形式,而調節細胞增殖、凋亡和自噬的主要為mTORC1[9]。傅丹青等[10]利用絞股藍總皂苷對高糖組足細胞進行干預,發現絞股藍總皂苷和雷帕霉素組較高糖組的mTOR蛋白表達水平下降,而自噬標志物LC3等表達水平明顯上升,表明抑制mTOR的表達可以提高自噬水平,保護足細胞。INOKI等[11]通過建立TSC1基因(mTOR負調控基因)缺乏的小鼠模型發現足細胞中mTORC1特異性位點的激活能夠引發蛋白尿及腎小球形態變化等病理特征,表明其在DN的發生發展中起著關鍵作用。同時mTORC1參與自噬的調節與PI3K-Akt信號通路密切相關,PI3K/Akt/mTOR也是目前研究較為廣泛的自噬信號通路。酪氨酸激酶受體被胞內和胞外因子活化進而激活PI3K,激活的PI3K將底物PIP2催化為PIP3,PIP3與磷酸肌醇依賴的激酶-1(PDK-1)激活Akt,Akt活化后再進一步活化mTOR,活化后的mTOR激活其下游的相關因子,從而抑制細胞的自噬作用[12]。

2.1.2 AMPK信號通路:AMPK激活后調節多種代謝過程,其機制是通過磷酸化mTORC1、ULK1和PIK3C3/VPS34復合物中的自噬相關蛋白直接促進自噬,或通過間接調控轉錄因子如FOXO3、TFEB、BRD4下游的自噬相關基因的表達來促進自噬[13]。LIU等[14]研究發現大黃素能增加LC3-Ⅱ/LC3Ⅰ、Beclin-1蛋白的表達,其通過腎臟中的AMPK/mTOR信號通路增強足細胞的自噬。同時也有研究表明芒柄花苷可以激活AMPK和SIRT1表達,抑制FOXO1表達,改善腎臟氧化應激狀況,抑制自噬,延緩DN的發生發展過程[15]。

2.1.3 其他信號通路:此外,SIRT1、Wnt/β-catenin、JAK/STAT等信號通路均參與DN的自噬調控。SIRT1通過調節氧化應激、腎小管間質纖維化、自噬、細胞凋亡和炎癥等各種內源性途徑參與DN的發生發展,發揮腎臟保護作用[16]。熊哲學等[17]發現達格列凈通過上調SIRT1的表達增強糖尿病腎病大鼠腎臟細胞自噬從而抑制其足細胞損傷,延緩DN的發展。Wnt/β-catenin信號通路是一個進化保守的信號系統,其與腎纖維化等多種腎臟疾病密切相關。有研究顯示AGEs(晚期糖基化終末產物)可活化Wnt/β-catenin信號通路導致足細胞自噬水平下降和細胞遷移能力受損[18]。

2.2 自噬與足細胞損傷 糖尿病腎病的發病機制較為復雜,其中足細胞損傷是其發展的關鍵因素。足細胞是腎臟濾過功能的基礎之一,其與腎小球內皮細胞和系膜細胞一起構成了濾過網,維持著腎臟的基本結構和功能。當足細胞受損后,腎臟濾過功能出現障礙,剩余正常的足細胞進行代償性工作,長期處于應激狀態加重了足細胞損傷,導致腎小球基底膜破碎,蛋白質等大分子滲出,引發嚴重的腎臟疾病[19]。自噬是機體內降解蛋白質等大分子的重要機制,終末期細胞通過此方式防止受損細胞器等繼續增殖,進而保護細胞結構和功能完整。足細胞是高度分化的終末期細胞,生理狀態下具有很高水平的自噬,因而自噬能夠反映足細胞的功能狀態[20]。文獻報道,通過用3-MA、Beclin-1和siRNA抑制自噬,足突蛋白的表達受到抑制,導致腎小球濾過屏障受損,蛋白尿增加,表明抑制足細胞自噬會導致足細胞結構和功能的受損[21]。林勁等[22]通過動物實驗發現白芍總苷可以調節自噬活性來保護足細胞結構的完整。DN最常見的臨床特征蛋白尿是由足細胞受損導致的,在動物實驗中用益智仁-烏藥藥對進行干預,結果表明該藥可通過減少足細胞自噬,有效減輕足細胞的損傷,進而減少蛋白尿的發生,發揮治療DN的作用[23]。越來越多的研究顯示DN的發展與足細胞受損密切相關,DN患者體內出現足細胞相關蛋白Nephrin的表達下降,同時足細胞的形態也發生變化[24]。

3 中醫藥干預DN自噬機制

DN在中醫學歸屬于“消渴”并發“水腫”“尿濁”“腎消”和“虛勞”等范疇,中醫認為細胞自噬與氣虛、痰濁血瘀等有關,自噬減少會造成機體病理產物堆積,導致痰濁血瘀;而細胞不正常的死亡將會造成過多蛋白質降解,導致機體氣虛[25]。自噬是機體轉化和消除痰濁血瘀,達到陰陽氣血平衡的機制。中醫藥具有辨證施治的特點,其在調節氣虛、痰濁血瘀等方面有著豐富的經驗,而用于治療DN的中藥也多屬益氣活血祛瘀類,與上述觀點相吻合。目前,越來越多的中藥單體、提取物及復方被證實通過調控自噬對糖尿病腎病起治療效果。

3.1 中藥單體及提取物

3.1.1 葛根素:是中藥葛根的根部分離出的主要成分,其已被證實在心腦血管疾病、糖尿病及其并發癥、骨壞死、帕金森病、阿爾茨海默病等疾病中有良好的療效[26]。足細胞受損是DN的發病機制之一,實驗發現葛根素能上調miR-30e-5p的表達,減少足細胞的凋亡,有效減輕足細胞受損,同時葛根素能明顯降低p62的表達和提高LC3Ⅱ/LC3Ⅰ比值,提示其減少細胞凋亡與自噬有關[27]。李曉艷等[28]發現葛根素可下調miR-370表達,進而調控自噬相關蛋白、提高細胞自噬、抑制細胞凋亡,從而減輕高糖所致的足細胞損傷。

3.1.2 三七總皂苷:是中藥三七的主要活性成分之一,含多種單體皂苷,如人參皂苷Rg1、Rb1和三七皂苷R1等,具有抗炎、抗氧化、調控自噬和脂代謝等作用。徐莉莉等[29]研究發現三七總皂苷能上調抑凋亡基因Bcl-2蛋白表達和下調促凋亡基因Bax 蛋白表達,從而使細胞凋亡被抑制,同時增強自噬,促使LC3-Ⅰ向LC3-Ⅱ轉換,發揮減輕DN小鼠腎臟損傷的作用。HUANG等[30]在高糖環境下進行足細胞造模,發現三七總皂苷的主要成分三七皂苷R1可以通過PI3K/Akt/mTOR通路抑制細胞凋亡和促進自噬,從而保護足細胞免受高糖誘導的損傷。

3.1.3 黃連素:又名小檗堿,研究表明其在心血管疾病、糖尿病及其并發癥和腫瘤治療中發揮重要作用,能改善代謝紊亂、減輕炎癥反應、抑制氧化應激、調節自噬等。楊琳等[31]在實驗中發現小檗堿可以激活SIRT1/AMPK信號通路,加強腎臟系膜細胞的自噬作用,發揮保護腎臟的作用。細胞實驗顯示小檗堿可通過激活AMPK提高自噬水平,減輕足細胞損傷[32]。小檗堿也可通過抑制mTOR/P70S6K/4EBP1信號通路激活足細胞自噬,從而減少足細胞凋亡[33]。

3.1.4 雷公藤多苷:為雷公藤去皮根部的提取物,具有抗炎、抗腫瘤和免疫調節等功效,在臨床上可應用于紫癜性腎病、糖尿病腎病、腎病綜合征等的治療。雷公藤多苷治療糖尿病腎病的具體機制主要有抗氧化、抗炎、保護足細胞并提高自噬水平等。何康靖等[34]利用雷公藤多苷片對大鼠進行干預,發現其可以通過PI3K/Akt/mTOR通路調控自噬,從而改善糖尿病腎病大鼠的腎臟損傷。張筠等[35]通過動物實驗發現給予雷公藤多苷干預,可顯著提高自噬相關蛋白LC3-Ⅱ/LC3-Ⅰ表達水平,有效延緩糖尿病腎病的發展。

3.2 中藥復方 益氣活血養陰清熱方由黃芪、當歸、丹參、生地、知母、黃柏、黃連、牛膝組成,研究表明其可以上調大鼠腎組織LC3Ⅱ、Beclin-1及AMPK、ULK1相關蛋白表達并下調mTOR相關蛋白表達來延緩DN大鼠腎損傷[36]。補腎降糖方是由黃芪、葛根、澤瀉、白術、麥冬、黃柏、陳皮等藥物組成,具有清熱燥濕、補脾滋腎、利尿滲濕等功效。尹建平等[37]在研究中發現補腎降糖方能明顯改善DN模型大鼠血、尿生化指標,降低DN大鼠腎臟組織損傷,并促進腎小管上皮細胞自噬。當歸補血湯由當歸和黃芪組成,其可通過調控自噬來保護足細胞,延緩DN的發展[38]。通絡益腎方由生地、山茱萸、山藥、茯苓、制附子、澤瀉、水蛭、全蝎、桃仁、酒大黃組成,范增慧等[39]實驗發現在高糖環境對足細胞進行造模,用通絡益腎方及其拆方進行干預并觀察,結果顯示干預組XNIP、mTOR蛋白表達下降,足細胞Beclin-1蛋白表達明顯升高,抗凋亡蛋白Bcl-xl表達升高,足細胞Bax蛋白表達降低,同時線粒體內有不同程度的自噬體形成,表明通絡益腎方可以提高足細胞自噬水平,降低凋亡率,進而減少足細胞損傷,延緩DN的發展。

4 小 結

DN是糖尿病最嚴重的并發癥之一?！白允伞笔钱斍疤悄虿∧I病的發病機制研究熱點之一,多條信號通路參與了自噬的調控。近年來對于中醫藥防治DN的研究取得了很大進展,許多中藥單體、提取物及復方通過調控自噬治療DN的機制逐漸被發現,但仍存在局限性,中藥復方成分較多,其對自噬的調控機制可能存在多靶點、多通路;同時多數研究并未闡明中藥復方中發揮療效的具體組分。因此,未來對于中醫藥調控自噬機制可以從多靶點、多通路方面更深入地開展研究,這將為DN的臨床治療提供新思路。