信号通路与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

糖尿病肾病是糖尿病患者最主要的并发症，最终导致终末期肾衰竭[1-2]。其病因及发病机制非常复杂，包括血流动力学改变、糖脂代谢异常、自噬[3]、炎症、生长因子等多种因素。早期病理改变为肾脏肾小球系膜区及肾小管间质细胞外基质的过度沉积，晚期为进行性的肾小球硬化和肾间质纤维化[4]。细胞外基质沉积是糖尿病肾病晚期纤维化的始动因素。该病变涉及细胞很多，包括肾小球内皮细胞、系膜细胞、足细胞以及肾小管上皮细胞等。目前越来越多的证据揭示高糖介导的肾小管上皮间质细胞转化以及肾小管间质细胞外基质沉积在糖尿病肾病的发生发展中发挥关键作用。现就糖尿病肾病肾小管间质细胞外基质沉积与多种信号通路之间的关系以及各种通路抑制剂在糖尿病肾病中发挥的作用综述如下。

1 蛋白酪氨酸激酶/信号转导转录激活因子信号通路(janus kinase/signal-transducer and activator of transcription,JAK/STAT)与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

JAK/STAT是许多细胞因子受体系统的重要组成部分，其中JAKs蛋白是一种非受体型酪氨酸激酶，与白细胞介素、干扰素等细胞因子受体结合后被激活，激活的JAKs蛋白能进一步激活STATs蛋白，包括STAT1、STAT2、STAT3、STAT4、STAT5a、STAT5b以及STAT6等。而STATs作为一种核转录因子，含有SH2和SH3结构域，可与特定的含磷酸化酪氨酸的肽段结合，能够启动与细胞增殖以及分化迁移等相关的基因表达，进而参与完成多种生理功能，包括细胞的增殖生长、分化迁移以及坏死凋亡等[5]。

高糖可激活JAK/STAT信号通路，引起肾小管上皮细胞向间充质细胞转分化及肾小管间质纤维化。细胞因子信号转导抑制因子(suppressor of cytokine signaling,SOCS)为JAK/STAT信号通路最重要的负向调控因子，SOCS2通过抑制STAT3和JAK2的磷酸化，下调转化生长因子β1(transforming growth factor-β1,TGF-β1)、纤维黏连蛋白及胶原等蛋白的表达，减轻肾小管间质细胞外基质沉积及肾间质纤维化[6]。李科军等[7]研究证实，糖尿病小鼠肾小管间质中巨噬细胞数量增多并伴随肾小管上皮细胞α-SMA、TGF-β1及纤维黏连蛋白等蛋白表达增强，而通过小鼠尾静脉注射SOCS1表达质粒后，能显著降低肾小管上皮细胞α-SMA、TGF-β1及纤维黏连蛋白等细胞外基质相关蛋白的表达。Liu等[8]也研究发现在体外高糖培养的人肾小管上皮细胞及糖尿病大鼠模型中STAT1被激活，同时伴随α-SMA表达增强及CK18表达抑制，而通过应用AG-490(JAK2的抑制剂)后，能显著抑制高糖诱导的STAT1活化以及α-SMA表达的增加，部分恢复CK18的表达。美国的一项临床研究发现实验组患者口服JAK1/JAK2抑制剂Baricitinib治疗后，能有效降低蛋白尿水平，维持肾功能稳定[9]。另外，新近研究发现STAT乙酰化修饰是除了磷酸化之外的另一种常见的共价修饰。在糖尿病大鼠模型中STAT3的乙酰化水平明显增加，而通过应用STAT3乙酰化抑制剂后能有效缓解糖尿病大鼠的肾损伤，降低蛋白尿[10]。

2 蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

PKC是一组磷脂依赖性的蛋白丝氨酸/苏氨酸激酶，该家族分布较广泛，在糖代谢、细胞分化、基因表达调控以及参与炎症过程及免疫应答方面都有着非常重要的作用。分为3大类12种亚型：传统PKCs[PKCα、β1、β2和γ，可被Ca2+和二酰基甘油(diacylglycerol,DAG)激活]；新型PKCs(PKCδ、ε、η、μ和θ，可被DAG激活)；非典型PKCs(PKCι、ζ和λ，不被Ca2+和DAG激活)[11]。由单一多肽链组成，包括5个可变区(V1～V5)及4个保守区(C1～C4)，相对分子质量为67 000～83 000。PKC通路被认为是多种信号通路交叉反应的中心环节。慢性高血糖时PKCs(包括传统PKCs及新型PKCs)可被糖酵解过程中产生的中间产物DAG所激活，激活的PKC会使多种蛋白的丝氨酸或者苏氨酸残基团发生磷酸化，从而发挥多种生物学功能[12]。

Teng等[12]学者综述了高糖环境中PKCα、β1、β2、δ、ε等多种亚型均被激活，激活的PKC会引起TGF-β、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)等多种生长因子活性增强，继而上调细胞外基质相关蛋白的表达引起细胞外基质沉积、肾小管间质纤维化以及蛋白尿等多种病理改变。因此，针对PKC亚型的各种抑制剂的应用是防治糖尿病肾病的有效策略。Menne等[13]研究发现在STZ诱导的糖尿病小鼠模型中PKCα、PKCβ的激活具有协同效应，而通过应用CGP41252(PKCα及PKCβ的抑制剂)，同时阻断2种亚型的活化，能够有效缓解肾脏肥大及蛋白尿的发生。

3 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase,MARK)与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

MAPKs包括一组丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶，是一种重要的信号转导系统，介导细胞外信号传导到细胞内，进而产生包括调节细胞分裂增殖活性、分化迁移、代谢凋亡以及基因表达等多种生物学效应。MAPKs超家族成员分为4个亚家族：p38MAPK、细胞外信号调节激酶(extracellular signal-regulated protein kinase,ERK)、c-Jun N端激酶/应激激活蛋白激酶(JNK)以及ERK5/大丝裂原活化蛋白激酶(BMK1)[14]。p38MARK包括4个亚型：p38α、p38β、p38γ和p38δ，均可在肾脏细胞表达。JNK是一种应激激活蛋白激酶，包括3种亚型(JNK1～3)，其中JNK1及JNK2通常在肾脏表达。

研究报道高糖刺激诱导大鼠近端肾小管上皮细胞p38 MAPK的激活，激活的p38 MAPK信号通路具有促炎及促纤维化效应，上调单核细胞趋化因子1(monocyte chemotactic protein-1,MCP-1)、TGF-β、VEGF、纤维黏连蛋白以及胶原的表达[15]。同时体外研究证实JNK信号通路能引起TGF-β诱导的纤维母细胞分泌纤维黏连蛋白及结缔组织生长因子(connective tissue growth factor,CTGF)表达增加，而且在人糖尿病肾病活检标本中发现JNK的活化与间质巨噬细胞的聚集，肾损伤分子1(kidney injury molecule 1,KIM-1)的表达，肾间质纤维化以及肾功能的下降相关[16]。有学者研究发现通心络能降低自发性2型糖尿病小鼠肾组织p38 MAPK磷酸化水平，下调TGF-β1的表达，减少纤维黏连蛋白等细胞外基质相关蛋白的分泌[17]。槲皮素(一种天然的黄酮类化合物)能抑制糖尿病大鼠肾组织p-p38MAPK及NF-κBp65的活化，降低血清TGF-β、纤维黏连蛋白、IL-8、纤溶酶原激活物抑制剂1等细胞外基质相关蛋白的表达，减轻蛋白尿[18]。何日明等[19]也报道了使用黄芩素(p38MARK的一种特异性抑制剂[20])对糖尿病大鼠模型灌胃治疗后，能有效下调大鼠肾脏p38MAPK、p-p38MAPK及NF-κBp65蛋白表达。Pan等[21]研究发现，应用C66(一种人工合成的姜黄色素类似物环己酮)抑制高糖介导p38MAPK、JNK2的活化，在体内及体外研究中均能减少高糖诱导的肾脏炎症反应。同时Tzeng等[22]通过使用乙醇提取的金银花制剂能够抑制p38MAPK的激活并减轻肾脏巨噬细胞等炎细胞的浸润及细胞因子的释放，而高糖刺激下病变组织中巨噬细胞浸润的数量与肾脏纤维化的严重程度成一定的正比。另外，研究发现在糖尿病大鼠模型中过表达ALDH2通过抑制JNK信号通路而发挥保护肾功能的作用[23]。

4 TGF-β-Smad与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

TGF-β超家族包括TGF-βs、激动素、抑制素、骨形成蛋白以及肌生成抑制蛋白等多种不同的细胞因子。人类主要有TGF-β1、TGF-β2及TGF-β3 3个亚型，其中TGF-β1最为重要[24]。Smads信号蛋白是TGF-β家族下游信号转导蛋白，大约由500个氨基酸组成。迄今为止，共发现8种Smads蛋白(Smad1～8)，其中Smad2、3、4、7参与TGF-β1/Smads信号传导途径。首先TGF-β与其TGF-βⅡ型受体结合后，能够使TGF-βⅠ型受体磷酸化而被激活，活化后的TGF-βⅠ型受体将信号传递至Smad2、Smad3，使二者同时发生磷酸化，活化的Smad2及Smad3形成杂聚肽复合体并与Smad4结合后易位进入细胞核内，从而启动目的基因的表达[25]。另外，TGF-β/Smad2/Smad3信号通路的活化能显著下调另一种抑制型Smad信号通路，主要指Smad7蛋白，它作为一种抑制型蛋白，能抑制Smad2及Smad3磷酸化后引起的促纤维化效应，在TGF-β信号传导过程中发挥抑制作用。

TGF-β1是一种公认的致纤维化、硬化因子，在肾脏主要分布于肾小球、肾小管以及肾间质中，在多种组织和器官发挥关键调控作用。而TGF-β-Smad通路是引起细胞外基质过度沉积和纤维化的最重要通路之一。TGF-β1及下游Smad信号通路可诱导肾小管上皮间质细胞转化，导致AGEs合成增加、PKCs激活、氧化应激[26]以及肾素血管紧张素系统活化等[27]，最终引起细胞外基质关键蛋白包括纤维黏连蛋白、层黏连蛋白以及多种胶原等合成增加，从而导致肾小管间质细胞外基质沉积，最终造成广泛肾间质纤维化[28]。目前TGF-β1抑制剂种类众多，其中LY2382700以及抑制TGF-β合成的吡非尼酮已经进入二期临床阶段[29]。吴素珍等[25]综述了在db/db小鼠模型以及1型、2型糖尿病小鼠中通过给予TGF-β中和抗体治疗可以逆转糖尿病小鼠肾脏固有细胞肥大和细胞外基质积聚。另外，TGF-β受体抑制剂GW788388、TGF-β/Smads信号通路抑制物Smad7以及TGF-βⅡ型受体的小片段干扰RNA均能阻止TGF-β1诱导的Smad2磷酸化以及Smad2/3核转位，从而改善TGF-β1诱导的肾小管上皮间质细胞转化及细胞外基质沉积，延缓糖尿病肾间质纤维化。

5 Notch与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

Notch信号通路广泛存在于脊椎动物及非脊椎动物体内，是一类进化上高度保守的信号通路。主要由Notch配体、Notch受体以及细胞内效应器分子组成。在哺乳动物Notch信号通路包括3种Delta样配体(DLL1、DLL3、DLL4)、2种隶属于Jagged家族成员的配体(Jagged1、Jagged2)以及4种跨膜受体(Notch1～4)。Notch受体与配体相互作用导致Notch受体构象发生改变，随之在蛋白酶切的作用下释放出Notch胞内结构域(Notch intracellular domain,NICD)，释放的NICD易位后进入细胞核与CSL[包括CBF1、Su(H)、Lag-1]结合形成转录因子复合体，启动Notch目标基因(包括Hey和Hes基因等)的转录，调控细胞增殖、分化、凋亡、器官发育以及物质代谢等。

Sirin等[30]综述了在体外培养的人及大鼠肾小管上皮细胞中Notch-Jagged信号通路的激活引起肾小管上皮间质细胞转化，上调α-SMA及各种胶原的表达，导致肾小管间质细胞外基质沉积，最终造成肾脏纤维化及肾衰竭。另外，研究发现糖尿病肾病患者的肾组织中Notch通路相关蛋白表达水平增强，通过原位杂交技术检测到糖尿病肾病患者的肾小管上皮细胞中Jagged1及Hes1的共表达增强，而且肾小管间质中Notch1蛋白的表达与间质纤维化密切相关。而在STZ诱导的糖尿病动物模型中通过应用γ-分泌酶抑制剂的治疗能使VEGF及nephrin的表达趋向正常，减轻肾间质纤维化[31]。

6 PI3K/Akt与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积

PI3K/Akt信号传导系统是多功能信号通路，介导细胞增殖、分化、代谢等多种生理过程。PI3K是异二聚体，包括调节亚基(p85)及催化亚基(p110)。普遍存在于细胞质中，具有丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶和磷脂酰肌醇激酶的双重活性。Akt是由同源逆转录酶病毒编码的蛋白激酶，由于与PKA、PKC高度同源，又称为蛋白激酶B。PI3K/Akt通路的激活是一个多步骤过程，首先PI3K被酪氨酸激酶激活生成PIP3，PIP3与Akt的pH结构域相互结合引起Akt在细胞膜上聚合并发生构象改变，随之在PDK1及PDK2的协助下，Akt的Thr308、Ser473位点发生磷酸化，最终导致Akt被激活。活化的Akt影响细胞的一系列生理进程，包括新陈代谢、细胞周期、蛋白合成、细胞生存以及凋亡等。

研究表明PI3K/Akt信号通路与糖尿病肾病肾小管细胞外基质沉积及纤维化密切相关。研究揭示Akt异常激活及TGF-β1过表达参与了高糖诱导的肾小管上皮间质细胞转化进程以及肾小管间质细胞外基质过度沉积，启动糖尿病肾病肾间质纤维化[32]。而Akt及下游通路的多种抑制剂在糖尿病肾病的防治中发挥关键作用。有学者发现银杏叶提取物通过抑制Akt缓解糖尿病肾病肾间质纤维化[33]。Shemesh等[34]也发现AS101通过对Akt下游通路的药理学抑制效应，减轻糖尿病肾病的进展。PTEN作为Akt的抑制剂之一，通过抑制Akt的活化及CTGF的分泌，减轻糖尿病小鼠肾小管间质细胞外基质沉积，缓解肾损害[35]。笔者也同样发现在糖尿病小鼠模型以及体外高糖培养的人肾小管上皮细胞中，过表达CTMP(Akt的内源性抑制剂之一)通过下调phospho-Akt(Ser473)、TGF-β1、α-SMA等蛋白的表达以及Ⅰ、Ⅲ型胶原的分泌，减轻糖尿病肾小管间质细胞外基质过度积聚[28]。

7 展 望

目前针对糖尿病肾病的治疗仍然是以预防为主，通过合理控制血糖、血脂、血胆固醇水平来防治其恶化进展。临床上尚未寻找到治疗糖尿病肾病尤其是抗肾间质纤维化的有效药物。而肾小管细胞外基质沉积作为肾间质纤维化的始动因素和关键环节，对其发生发展机制进行深入研究并寻找潜在干预靶点将对肾间质纤维化的防治有重要意义。因此，笔者对与糖尿病肾小管细胞外基质沉积相关的信号转导通路及相关抑制剂进行综述，将为糖尿病肾病肾间质纤维化的防治提供更多的线索和依据。

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