高血糖是引起DM 微血管并發(fā)癥的重要危險(xiǎn)因素，尤其對(duì)腎臟的影響更為嚴(yán)重，在代謝控制效果不佳的患者，其腎臟的病變發(fā)展相對(duì)更快。因此，探討高血糖這一重要危險(xiǎn)因素對(duì)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)DN的發(fā)病機(jī)制具有重要意義。

　　關(guān)鍵詞  高血糖；糖尿病腎病；足細(xì)胞

　　糖尿病腎病（diabetic nephropathy，DN） 是糖尿病最常見的并發(fā)癥，也是糖尿病患者的主要死亡原因之一， 在我國，糖尿病腎病發(fā)病率也在逐年升高[1] .DN的基本病理變化為腎小球肥大、細(xì)胞外基質(zhì)（extracellularmatrix，ECM） 產(chǎn)生增多和腎小球硬化，在功能上表現(xiàn)為高濾過、高灌注狀態(tài)以及腎小球?yàn)V過屏障改變。糖尿病腎病的發(fā)病是多種因素綜合作用的結(jié)果，由胰島素代謝障礙而致長期高血糖是DN發(fā)生的最關(guān)鍵原因，高血糖造成腎臟血流動(dòng)力學(xué)改變以及葡萄糖本身代謝異常所致的一系列后果是造成腎臟病變的基礎(chǔ)，眾多生長因子、細(xì)胞因子被激活則是病變形成的直接機(jī)制。

　　1  高血糖引起的糖代謝異常與DN

　　1.1  多元醇代謝通路（polyol pathway）  多元醇代謝通路是葡萄糖代謝通路之一 ，通過多元醇代謝通路葡萄糖大量轉(zhuǎn)化為極性很強(qiáng)的山梨醇，在細(xì)胞內(nèi)大量蓄積，造成高滲狀態(tài)，破壞了細(xì)胞結(jié)構(gòu)；而山梨醇蓄積成的滲透壓梯度以及D-葡萄糖競爭性與肌醇載體結(jié)合，使細(xì)胞內(nèi)肌醇池耗竭，從而使細(xì)胞膜Na -K-ATPase 活性降低， 直接影響腎小球及腎小管細(xì)胞的濾過和重吸收功能[2].多元醇通路在DN 的病理進(jìn)程中處于較為上游的位置，有效的醛糖還原酶抑制劑可以阻斷多元醇通路代謝，延緩DN 的發(fā)生。

　　1.2  蛋白激酶C（PKC）  PKC 廣泛存在于各種組織細(xì)胞中，能被多種信號(hào)因子激活，從而構(gòu)成復(fù)雜的細(xì)胞信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)，調(diào)節(jié)機(jī)體的生理生化功能。高糖可通過多元醇通路和活性氧類激活PKC而產(chǎn)生一系列生物效應(yīng)[3-4]，如PKC可增加TGFβ1的表達(dá)、啟動(dòng)系膜基質(zhì)的積累并促使微量尿蛋白的產(chǎn)生，還可介入由血管緊張肽，如內(nèi)皮素-1（ET-1） 引起的系膜細(xì)胞Ⅳ型膠原蛋白的表達(dá)及系膜細(xì)胞對(duì)血管緊張肽的收縮反應(yīng)喪失[5].因此，研究PKC在DN 中的作用將對(duì)DN 的預(yù)防和治療大有裨益。

　　1.3  糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）  葡萄糖在沒有酶激活時(shí)，可以通過非酶促糖基化反應(yīng)形成糖基化終末產(chǎn)物（glylation  end products，AGEs）。AGEs 在化學(xué)上是可逆的，一經(jīng)生成則不斷積累于組織中，影響組織的結(jié)構(gòu)和功能。研究表明，AGEs 參與了DN 的發(fā)生和發(fā)展，無論是人類或是動(dòng)物實(shí)驗(yàn)性糖尿病（DM），均在腎臟組織中發(fā)現(xiàn)有AGEs 的積聚。AGEs 在細(xì)胞外聚集可廣泛影響基底膜膠原 Ⅳ 分子間以及ECM 與細(xì)胞之間的相互作用引起結(jié)構(gòu)的重塑，使膠原分子之間不能形成正常的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，內(nèi)皮細(xì)胞連接能力也下降，血管壁通透性增加；同時(shí)也促進(jìn)了單核細(xì)胞的移動(dòng)，并誘導(dǎo)產(chǎn)生生長因子和細(xì)胞因子，通過旁分泌、自分泌、內(nèi)分泌途徑參與DN 的病理變化；此外，AGEs 可通過抑制近端腎小管細(xì)胞蛋白的再合成、誘導(dǎo)轉(zhuǎn)化生長因子-β過度表達(dá)以及激活其經(jīng)典信號(hào)通路中Smads信號(hào)分子，參與DM 并發(fā)癥形成；抑制AGEs 可以阻止腎小管損傷和間質(zhì)纖維化[6].

　　1.4  葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporter，GLUT）  葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白是一類鑲嵌在細(xì)胞膜上轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的載體蛋白質(zhì)，它廣泛分布于體內(nèi)各種組織。根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)葡萄糖的方式分為兩類：一類是鈉依賴的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（SGLT）；另一類為易化擴(kuò)散的葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（GLUT）。GLUT1又稱為腦型、紅細(xì)胞型GLUT，其分布最廣泛，于許多胚胎及成年組織細(xì)胞中表達(dá)，主要功能是維持基礎(chǔ)狀態(tài)下組織細(xì)胞的葡萄糖攝入。糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的原因部分是由于細(xì)胞內(nèi)糖的攝入過多和代謝異常，而高糖是DN 的始動(dòng)因素；高血糖會(huì)增加腎小球細(xì)胞葡萄糖的攝入，并且可誘導(dǎo)GLUT1 mRNA 表達(dá)GLUT1蛋白[7].最近研究表明糖尿病小鼠腎皮質(zhì)GLUT1蛋白含量增加，當(dāng)腎臟去除神經(jīng)支配后，已升高的GLUT1蛋白趨于正常，但仍高于正常小鼠。GLUT1在介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)糖代謝異常并引起組織損傷的過程中起著很重要的啟動(dòng)作用，而不同個(gè)體間系膜細(xì)胞GLUT1表達(dá)的差異可能是部分患者易出現(xiàn)腎臟損害的因素之一，因此尋找干預(yù)GLUT1功能的有效藥物可能為DN 防治開辟新的途徑。

　　2  高血糖環(huán)境足細(xì)胞損傷與DN

　　研究證明， 足細(xì)胞損害與DN 的形成與發(fā)展密切相關(guān)。糖尿病患者存在糖、蛋白質(zhì)、脂肪代謝紊亂，這些代謝因素可以通過不同的途徑損害腎臟。最近研究發(fā)現(xiàn)高糖刺激足細(xì)胞肥大導(dǎo)致足細(xì)胞丟失，是認(rèn)識(shí)糖尿病腎病發(fā)生機(jī)制的新觀點(diǎn)。

　　2.1  高糖對(duì)足細(xì)胞裂孔隔膜的影響  Nephrin 特異地表達(dá)于腎小球足細(xì)胞， 是細(xì)胞粘附分子中的免疫球蛋白超家族成員， 為一跨膜蛋白， 分子量為135kd ，在其C端富含絲氨酸和酪氨酸殘基。它與配體結(jié)合時(shí)，某些酪氨酸殘基發(fā)生磷酸化而介導(dǎo)細(xì)胞間的信號(hào)傳遞[8].Nephrin 是腎小球足細(xì)胞足突裂隙膜的關(guān)鍵組成成分， 參與構(gòu)成腎小球?yàn)V過屏障， 它通過介導(dǎo)上皮細(xì)胞與基質(zhì)的相互作用影響腎小球基底膜（GBM）的通透性和基質(zhì)的沉積。對(duì)糖尿病患者和動(dòng)物模型的研究發(fā)現(xiàn)， 高糖環(huán)境下腎小球足細(xì)胞Nephrin 表達(dá)減少， 尿蛋白排泄增加，提示DN發(fā)病可能與Nephrin 表達(dá)下調(diào)而增加GBM通透性和基質(zhì)沉積有關(guān)[9].

　　2.2  高糖影響足細(xì)胞與基底膜的附著  整合素（Integrin） 是一類細(xì)胞黏附分子，由α、β兩條肽鏈以非共價(jià)鍵連接組成異二聚體，為跨膜糖蛋白，作為細(xì)胞上的ECM受體， 介導(dǎo)細(xì)胞黏附和基質(zhì)到細(xì)胞的信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)， 還參與細(xì)胞對(duì)ECM沉積調(diào)控。Adiers等[10] 發(fā)現(xiàn)α3β1整合素主要表達(dá)足細(xì)胞，介導(dǎo)足細(xì)胞與ECM這間的黏附： 高糖環(huán)境下，足細(xì)胞α3β1整合素表達(dá)減少，并隨著病程的延長，足細(xì)胞α3β1整合素減少更加明顯。Kitsiou等[11]在培養(yǎng)人的腎小球足細(xì)胞研究中，觀察到高糖環(huán)境下整合素的表達(dá)異常和足細(xì)胞與Ⅳ型膠原結(jié)合程度降低[9].上述結(jié)果顯示，在DN時(shí)足細(xì)胞脫落與α3β1整合素減少有關(guān)。

　　2.3  高糖對(duì)足細(xì)胞頂膜區(qū)的影響  頂膜區(qū)的成熟足細(xì)胞標(biāo)志分子，如podocalyxin 是腎小球主要帶電荷的蛋白分子，是組成GBM 電荷屏障的主要物質(zhì)。Podocalyxin是CD34 相關(guān)性唾液粘蛋白，是組成glycocalyxin的主要糖蛋白成份，它對(duì)足細(xì)胞獨(dú)特型態(tài)結(jié)構(gòu)的形成和維持有非常重要的作用[12].podocalyxin過表達(dá)可以抑制細(xì)胞間粘連，這是由于電荷的排斥作用所致，因?yàn)橛猛僖核崦赶梢允惯@種作用減弱，因此可能是其防止足突融合形成的機(jī)制。目前研究發(fā)現(xiàn)高糖環(huán)境可能影響足細(xì)胞pod-ocalyxin的表達(dá)，從而影響腎小球?yàn)V過屏障[13].

　　3  高糖對(duì)一些生長因子和細(xì)胞因子的影響

　　3.1  轉(zhuǎn)化生長因子β（TGF-β1）  高糖可通過多種機(jī)制發(fā)揮其病理生理作用，并通過一系列細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路調(diào)節(jié)TGF-β1 的基因表達(dá)，引起ECM積聚，導(dǎo)致腎小球硬化[14].在糖尿病病人和實(shí)驗(yàn)型糖尿病動(dòng)物的腎臟、血液和尿中TGF-β1水平增加，暴露于高濃度葡萄糖的腎臟系膜細(xì)胞TGF-β1的表達(dá)增加；TGF-β1加入培養(yǎng)的腎臟系膜細(xì)胞中可產(chǎn)生類似于DN 基質(zhì)成分的改變； TGF-β1 對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶和基質(zhì)金屬蛋白酶阻滯劑表達(dá)的影響方式與DN 時(shí)的情況十分類似；用抗TGF-β1 抗體或反義寡核苷酸能減少TGF-β1所致腎臟細(xì)胞外基質(zhì)成分的增加。其作用機(jī)制可能由于TGF-β啟動(dòng)子中包含有高糖反應(yīng)元件，故高血糖本身可直接刺激TGF-β基因的轉(zhuǎn)錄，促TGF-β表達(dá)增加。此外，在高糖環(huán)境下TGF-β和1 型葡萄糖受體（GLUT1） 表達(dá)均可升高，且相互促進(jìn)各自的表達(dá)，加速葡萄糖的包內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，使葡萄糖的攝取進(jìn)一步增加，續(xù)而激活蛋白激酶C（PKC） 氨基己糖通路使TGF-β水平升高[15].

　　3.2  結(jié)締組織生長因子（connective tissuegrowth factor，CTGF）  是新發(fā)現(xiàn)的一種細(xì)胞因子，它具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞活化和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM） 的產(chǎn)生、積聚等功能。CTGF 被認(rèn)為是介導(dǎo)TGF-β促纖維化活性的下游效應(yīng)因子，在刺激細(xì)胞增生和細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）合成、促進(jìn)組織器官纖維化方面起重要作用[16].目前研究表明高糖可以刺激體外培養(yǎng)的系膜細(xì)胞和足細(xì)胞表達(dá)CTGF增加，從而促成腎小球硬化、間質(zhì)纖維化的發(fā)生[17].

　　3.3  血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）  VEGF 是一種作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞的絲裂原，可能通過改變內(nèi)皮細(xì)胞的結(jié)構(gòu)和功能、增加腎小球毛細(xì)血管的通透性、促進(jìn)細(xì)胞外基質(zhì)合成、腎小球基底膜增厚、球管纖維化及腎臟肥大等機(jī)理參與DN 的進(jìn)展，研究發(fā)現(xiàn)高血糖可上調(diào)VEGF[18].

　　4  高糖激活MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑參與DN的形成

　　絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）是脊椎動(dòng)物體內(nèi)廣泛存在的絲氨酸/蘇氨酸蛋白調(diào)節(jié)激酶，是胞內(nèi)介導(dǎo)胞外刺激的重要信號(hào)系統(tǒng)，激活的MAPK將外界信號(hào)傳導(dǎo)到細(xì)胞核內(nèi)，參與細(xì)胞生長、發(fā)育、分裂、死亡以及細(xì)胞間的功能同步等多種生理反應(yīng)的過程。 糖尿病狀態(tài)下，多種因素激活MAPK信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。MAPK激活后，使腎臟細(xì)胞肥大，細(xì)胞外基質(zhì)積聚，最終導(dǎo)致腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。體外實(shí)驗(yàn)證明高糖刺激可以使細(xì)胞的P38MAPK活化，并參與系膜細(xì)胞分泌纖維黏連蛋白（fibronectin， FN），還可以通過Elk-1、c-fos和cPLA2 兩條途徑激活依PKC的ERK通路，誘導(dǎo)FN和Ⅰ型膠原等ECM 生成最終導(dǎo)致腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化。此外高糖可以通過P42 /P44 MAPK通路，使體外培養(yǎng)的大鼠腎小管上皮細(xì)胞產(chǎn)生胰島素抵抗，加重糖尿病腎病的發(fā)生[19].總之，DM 患者出現(xiàn)的腎臟改變可能與葡萄糖非酶性活化反應(yīng)以及隨后AGEs 形成的增多或糖代謝增強(qiáng)有關(guān)，這些反應(yīng)均可激活細(xì)胞內(nèi)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路。因此，進(jìn)一步明確DN發(fā)病機(jī)制和高糖腎毒性作用，通過阻斷或抑制有關(guān)危險(xiǎn)因素和發(fā)病環(huán)節(jié)，包括相應(yīng)信號(hào)通路，必將為臨床防DN 及DM伴血管并發(fā)癥提供更廣泛的策略和依據(jù)。