糖尿病肾病纤维化机制和中医药治疗研究进展

Research Progress on the Mechanism of Fibrosis in Diabetic Kidney Disease and the Treatment of Traditional Chinese Medicine

摘要: 肾纤维化是以肾组织损伤，炎症浸润，细胞外基质(ECM)沉积和上皮细胞间充质转化产生瘢痕为主要特点的重要病变表现。其具体的发病机制错综复杂，但糖尿病肾病(DKD)是诱发肾纤维化的主要病因之一。纤维化是所有慢性肾脏疾病(CKD)迁延变化的最终途径，现已被认为是慢性肾脏疾病进展的独立风险因子，研究肾纤维化的发病机制，对于遏制和改善各种原因导致的慢性肾脏疾病具有重大意义。本文以糖尿病肾病相关性肾纤维化分子因子机制和中医药成果展开论述，期望为临床延缓慢性糖尿病肾病纤维化进程提供一定的理论依据。

Abstract: Renal fibrosis is an important pathological manifestation characterized by renal tissue injury, inflammatory infiltration, extracellular matrix (ECM) deposition, and epithelial-mesenchymal transition leading to scar formation. Its specific pathogenesis is complex and intricate, but diabetic kidney disease (DKD) is one of the main causes of renal fibrosis. Fibrosis is the ultimate pathway of chronic kidney disease (CKD) progression, and is now considered an independent risk factor for the progression of chronic kidney disease. Studying the pathogenesis of renal fibrosis is of great significance for controlling and improving chronic kidney disease caused by various reasons. This article discusses the molecular mechanism of renal fibrosis associated with diabetic kidney disease and the achievements of traditional Chinese medicine, hoping to provide a certain theoretical basis for delaying the progression of chronic diabetic kidney disease fibrosis in clinical practice.

1. 引言

糖尿病(DM)是一种复杂的多系统代谢性疾病，影响全球超过5亿人，预计到2045年人数将增加近50% [1]，糖尿病肾病(DKD)是糖尿病的主要并发症，是一种常见的微血管并发症，约40%的糖尿病患者会发生这种并发症，它是慢性肾病(CKD)和终末期肾病(ESRD)的主要原因，也是糖尿病患者死亡和发病的主要原因，不仅是因为ESRD，还因为由此产生的心血管风险。肾纤维化是糖尿病肾病进行性发展的关键因素，并表现为一个进行性过程，从肾单位损坏、肾间质中成纤维细胞过度增生及活化、细胞外基质过度生成导致肾小球硬化，进展到肾间质纤维化并最终丧失肾功能。肾纤维化本质上是对反复或长期损伤的修复性反应，大量研究表明肾脏纤维化与炎症反应密切相关，多种信号通路的激活会促进炎症因子，氧化应激的增加，但过度的应激化反应终将导致肾脏结构破坏和功能丧失，促进肾脏纤维化的进展。本文结合国内外研究现状，对肾脏纤维化作用机制进行梳理整合，并挖掘潜在的关键靶点，为进一步研究和临床治疗提供了参考。

2. 细胞因子与肾纤维化

2.1. 转化生长因子-β (Transforming Growth Factor β, TGF-β)

TGF-β是一种广泛存在于炎性细胞调节细胞生长及分化的多肽。有研究表明，转化生长因子-β是调控糖尿病肾病纤维化进程中的中心因子之一，并通过经典和非经典Smad信号通路参与肾纤维化过程[2]。TGF-β可以进行性地刺激肾小球内皮细胞间质转化(Endothelial-to-Mesenchymal Transition, EndMT)的集聚，并与其他诸多信号通路之间协同作用来抑制ECM的降解来介导肾小球进行的硬化和小管间质的纤维化。Smad信号是TGF-β的关键下游调节因子，一般被认为是进展性肾纤维化的主要通路[3]，高糖条件下该通路被激活，最终重塑肌动蛋白细胞骨架，进行性刺激肌成纤维细胞的生成[4]。在DKD患者和糖尿病动物模型的实验中，高血糖状态及其产生的晚期糖基化产物(Advanced Glycation End Products, AGEs)、血管紧张素II等介质均可刺激TGF-β1的异常表达，TGF-β1通过Smad2/3信号传导激活经典途径导致肾脏ECM的过度沉积，和肾小球基底膜厚度增加，进而导致炎症，加重糖尿病肾病纤维化的进程[5]。

2.2. 结缔组织生长因子(Connective Tissue Growth Factor, CTGF)

CTGF是一种调控细胞分裂、黏附迁移和诱导细胞外基质(ECM)生成的一种因子。CTGF 与肾小管间质纤维化有密切关系，可以明显加速上皮细胞向间充质细胞转化(EMT)的过程。EMT作为肾间质纤维化发生和发展的核心机制之一，无论是在尚未出现蛋白尿的早期糖尿病，还是在肾小球硬化、小管间质纤维化的晚期糖尿病肾病(DN)中均可在肾组织中检测到CTCF的过量表达，在伴有细胞增生和细胞外基质过量合成的肾小球系膜和小管间质病变区增生性损伤时，这种情况尤为显著[6]，GTGF水平增高，拮抗TGF-β介导的Smad活性，引起向非经典TGF-β1细胞信号的转变，造成异常肾细胞迁移。在高糖浓度下，GTGF还可通过IGH-1的表达，间接地扩大TGF-β1信号转导，将Smad3磷酸化的过程延长，并加速包括纤维连接蛋白、I型和IV型胶原等在内的ECM成分沉积，从而促进系膜细胞的肥大。因此有报告指出尿CTGF含量可作为DN的早期指标或预测因子。在伴有增生及纤维化的晚期糖尿病肾病活检标本中，无论是否间充质细胞、上皮细胞、内皮细胞，还是在毛细血管外的异常增生和球旁纤维化的区域，CTGF因子表达均有明显的升高，并与肾小球硬化及肾间质纤维化的程度高度相关[7]。

2.3. 血小板源性生长因子(Platelet-Derived Growth Factor, PDGF)

PDGF是一种普遍存在的肽类调节因子，可以刺激结缔组织细胞增殖、迁移以及ECM的转化和合成，在损伤修复中的作用尤为突出。越来越多的研究证明，PDGF家族与肾纤维化进展具有高度的相关性[8]，在糖激化诱导的肾损伤中，PDGF-C增强纤维母细胞趋化因子的表达，刺激纤维母细胞增生、上皮细胞转化及炎性细胞浸润，从而加重糖尿病性肾脏炎症和纤维化进展[9]。此外，PDGF-D与PDGFR-β二者选择性结合，介导丝裂原活化蛋白激酶，从而激活MAPK信号通路，同样参与了糖尿病肾纤维化的调控过程[10]。

2.4. 血管内皮生长因子(Vascular Endothelial Growth Factor, VEGF)

肾脏微血管主要由肾小球及肾小管周围的毛细血管网组成，其广泛分布于肾实质。VEGF是一种高度特异性的多效生长因子，具有诱导血管内皮细胞增殖及抑制血管凋亡的作用，过度和不受控制的VEGF分泌可能导致血管渗漏和无功能血管的形成，反而有利于炎症、巨噬细胞募集和纤维化[11]。血小板反应蛋白-1 (thrombospondin-1, TSP-1)是TGF-β的调节因子，通过激活TGF-β和发挥抗血管生成作用来加强纤维化反应[12]。而内皮SIRT1功能障碍是内皮细胞凋亡导致PTC丢失的重要原因，与TGF-β表达相关的周细胞丢失足以引发短暂的肾小管损伤和永久性的PTC稀疏[13]。

2.5. 内皮糖原蛋白(Endoglin, ENG)

ENG是一种有促器官纤维化作用的内皮细胞上表达的I型跨膜糖蛋白。在血管生成中起到至关重要的作用。其促纤维化可能与TGF-β/Smad信号传导通路的激活有关。有研究表示，在以多器官纤维化为主要临床表现的系统性硬化症[14]，与I型遗传性出血性毛细血管扩张症中[15]，均可检测到ENG的异常表达。ENG通过调节TGF-β/ALK/Smads信号通路和参与RAS系统活化诱导参与糖尿病肾病的纤维化进程。而在肾脏中缺氧可诱导多条信号通路中的内皮细胞中ENG表达上调从而发挥促肾纤维化作用。近年来也有研究表示ENG可通过调节内皮细胞的活化和炎症参与DN发病。有证据表明在DN患者肾间质中发现ENG的表达增高，其水平与患者估算的肌酐清除率、肌酐水平、收缩压及肾小管萎缩与间质纤维化评分相关，并且ENG的表达水平与肾间质纤维化的程度呈正相关[16]。

2.6. 血管紧张素II

血管紧张素II (ANG II)是肾素–血管紧张素系统中关键的生物活性标志物，它可以促使肾脏固有细胞表达各类致炎因子及细胞生长因子，引起肾脏过度沉积和降解减少，诱导足细胞转化和凋亡，加剧肾间质纤维化进程。糖尿病状态下，肾组织局部的肾素–血管紧张素系统(Renin-Angiotensin System, RAS)高度活化，局部RAS的激活可引起肾血流动力学改变。糖尿病早期，ANG II的异常激活可通过肾小球血流动力学和非肾小球血流动力学参与肾脏损害[17]。高糖能诱导足细胞表达血管紧张素II增加，激活肾脏固有细胞和各种炎症细胞进一步放大炎症的损伤作用。ANG II的作用机制颇为复杂，不仅可以调控细胞生长、增殖和凋亡，还能通过机制尚未明确的一系列通路，尤其是细胞周期调控，参与诱导包括肾肥大在内的多种糖尿病肾脏病变。而且在血流动力学和代谢途径和葡萄糖依赖途径的相互作用中，ANG II依然是关键的调节因子，共同加速DN的发展[18]。

3. 炎症反应与肾纤维化

DKD的特征被认为是一种慢性的低度炎症性，与先天免疫系统的激活相关[19]。炎症反应的激活和炎性细胞的释放是DKD发展过程中的关键因素，它可以介导纤维连接蛋白的异常表达，加速ECM的沉积，导致肾小球硬化和小管间质纤维化进程加剧，诱发炎症级联，加重肾脏损伤。肾脏炎症的发生依赖于信号通路的异常激活和炎症因子的高度释放，是多种因素相互作用的复杂过程[20]。炎性细胞为人体的免疫细胞，参与机体各种炎症反应。其中单核细胞和巨噬细胞是DKD常见的炎性细胞。巨噬细胞与肾常驻细胞相互作用，产生促炎微环境，可以放大组织损伤并促进瘢痕形成。炎症因子诸如炎症小体、IL-1、IL-6、IL-8、IL-10、IL-18、肿瘤坏死因子、细胞间黏附分子-1、血管细胞黏附分子-1和P选择素等随着DKD的进展呈现升高趋势，其中炎症小体是重要的炎症调节因子，在糖尿病肾病肾脏纤维化发生发展中起关键作用，它通过诱导TGF-β分泌以及氧化应激反应和自噬促进肾纤维化[21]。有研究发现，DKD患者的肾脏活检和尿液中单核细胞趋化蛋白-1与趋化因子配体-2的表达均有异常升高，并伴有不同程度上的肾脏足细胞损伤[22]。另有研究指出，补体C3、C4水平与蛋白尿呈正相关态势，并指出C4c的沉积可能是DKD进展的独立风险因子[23]。DKD长期的炎症环境促使肾小管上皮细胞分化，不断向间充质细胞的转变，加速肌成纤维细胞增殖过程，从而加重ECM的产生和沉积，加剧DKD肾纤维化的进程。

4. 氧化应激

氧化应激是指活性氧(Reactive Oxygen Species, ROS)和活性氮(Reactive Nitrogen Species, RNS)生成与活性氧消除系统失衡，导致ROS与RNS在体内蓄积，机体抗氧化能力和氧化应激水平呈现负相关趋势，导致免疫激活和炎症。氧化应激损伤是糖尿病肾病纤维化发生与发展的主要病理机制之一，有研究表明，肾脏中NADPH氧化酶的高度表达，是肾脏氧化应激的主要因素[24]，在NADPH氧化酶4 (NADPH Oxidase 4, NOX4)的诱导下，氧化应激过度产生，在肾脏炎症和纤维化过程中起到了关键作用[25]。高糖状态下，反应氧产物(ROS)的过度产生，激活蛋白的非酶糖基化、多元醇通路、蛋白激酶C (PKC)和己糖胺代谢途径，抗氧化水平下降，氧化–抗氧化系统失衡，进而引起AngII、TGF-β和晚期糖基化终产物(Reactive Oxygen Species, AGEs)表达上调，最终导致糖尿病微循环并发症的发生，肾小管的损伤和ECM的沉积，加剧糖尿病肾病肾脏纤维化的进程。

5. 上皮间质转化(EMT)和内皮间质转化(EndMT)

EMT是一种生物学过程，表现为细胞连接与极性的丧失及细胞运动性和迁移能力增强，被认为瘢痕修复、癌症进展和器官组织的纤维化有关。正常状态下的上皮细胞具有顶端–基底极性，细胞之间紧密黏附，并通过桥粒结合在一起，从而维持稳定的细胞极性。在病理状态下，通过诱导EMT转录因子的表达，使细胞间的连接断裂，上皮细胞获得前后极性，转化为具有活跃运动能力的间充质细胞，随后具有间充质特性的细胞可参与纤维化。目前，EMT已被公认为肾纤维化的主要启动因素。在经典TGF-β/Smad信号通路中，Smad2和Smad3对EMT的形成起正向调控作用，并通过磷酸化、乙酰化等其他信号通路及下游信号分子通路参与诱导EMT [26]。在肾脏受损情况下，还会激活经典和非经典Wnt信号通路，经典Wntβ-catenin信号通路降低E-钙黏蛋白的表达；而非经典Wnt信号通路可以激活JNK信号通路、磷脂酶C和蛋白激酶，促进EMT的发生[27]。近年来，有研究表明Notch信号通路还可以通过调控细胞间相互作用来促进癌症进展以及EMT的形成[28]。此前研究表明，miR-21表达通过Smad7通路的下调和Smad3通路的上调，增强TGF-β1因子的释放，诱导的EMT促进纤维化进程[29]。

内皮细胞同上皮细胞之间存在一些共同的特性，可以通过与EMT过程类似的表型过渡，产生纤维母细胞，这一生物学过程被称为内皮间质细胞转化(EndMT)。前期研究表明，内皮细胞可直接通过内皮间质转化为肌成纤维细胞，进而加速ECM大量沉积以促进肾纤维化进程。内皮细胞可能起源于成纤维细胞，而EndMT可能导致肾脏纤维化过程中纤维细胞的积聚。同时，病理状态下内皮细胞可以活化或抑制细胞内的多种信号通路及分子，并通过与EMT机制类似的TGF-β通路、Notch信号通路等参与调控肾纤维化等疾病进程。而激活AKT通路诱导的miRNA-21表达上调，同样可以加速内皮细胞的EndMT过程[30]。

6. 自噬

自噬是一种修复性的、维持性的过程。当肾脏细胞暴露于缺氧、高糖、氧化应激等应激条件时，自噬是肾上皮细胞关键的适应性反应和自我保护机制。而在高血糖状态下，自噬机制的下调与DKD的发展具有一定的关联性。有研究表明，肾小管细胞自噬的持续激活可以加速肾纤维化进程。自噬诱导肾小管萎缩和凋亡，并在萎缩的肾小管中激活，自噬溶酶体的表达和活性增加，进一步诱导肾小管细胞凋亡，加剧肾小管萎缩和肾单位丧失[31]。内皮特异性自噬缺陷与恶化链脲佐菌素诱导的糖尿病表型呈高度的相关性，在链脲佐菌素诱导的自噬缺陷小鼠中，发现有严重的微量蛋白尿、内皮和足细胞损伤[32]。有研究表明，缺氧诱导的HK2细胞HIF-1α和miR-96表达上调与纤维化程度呈正相关。HIF-1α的高表达诱导的肾小管细胞自噬会增加细胞非凋亡性死亡，细胞再生障碍，导致细胞修复不良，出现肾脏纤维化。在高血糖环境下，慢性缺氧诱导的HIF-1α/miR-96信号通路则会导致肾小管上皮细胞自噬异常，出现促纤维化因子的增加和肾脏纤维化的发生[33]。

7. 中医药治疗进展

7.1. 白芍提取物

白芍总苷(Total Glucosides of Paeony, TGP)，是提取于白芍的一种皂苷类化合物，TGP可通过与RhoA/ROCK1相关的信号通路降低肾组织TGF-β1、α-SMA、Collagen-I mRNA化合物表达，从而降低糖尿病肾病肾脏炎症浸润，减轻细胞基质沉积，延缓纤维化进程[34]。

7.2. 地龙提取物

蚓激酶是一种提取自中药饮片地龙的蛋白水解酶，研究发现其具有相当的纤维蛋白溶解活性。它能抑制ECM过度沉积，减少促纤维化因子和成纤维细胞标志物α-SMA的异常表达，降低纤维细胞侵袭能力，改善糖尿病肾纤维化肾功能和肾组织的损伤[35]。

7.3. 淫羊藿提取物

淫羊藿苷为淫羊藿分离得到的黄酮类活性物质。研究证明，淫羊藿苷可能通过肾纤维化中TGF-β1诱导的DNA甲基化Dnmt3a通路发挥作用，减轻ECM沉积和炎症浸润，改善纤维化进程[36]。

7.4. 盐车前子

《本草经疏》云车前子，其主气癃、止痛，通肾气也，现代研究表明，盐车前子具有显著护肾作用。有研究表明，经盐车前子干预后，TGF-β刺激HK-2细胞纤维化模型中SNAI1、ZEB1、TWIST1以及IL-1β、IL-6、TNF-α的mRNA水平显著降低肾脏组织。盐车前子还可能通过抑制MARK信号通路，降低ERK及p38的磷酸化水平，缓解肾纤维化[37]。

7.5. 三白草酮

三白草酮是来源于三白草科三白草的萜类化合物，具有明显的降糖、抗炎和抗氧化作用。它可能通过调控TGF-β1/Smad通路的各类炎症因子的表达，抑制炎症反应和氧化应激，清除过度的活性氧，稳定肾间质内环境，减少ECM的合成与沉积延缓肾脏纤维化进程[38]。

8. 总结

综上所述，糖尿病肾病肾脏发生纤维化的机制复杂多变，细胞因子之间通过自分泌、旁分泌和内分泌等途径发挥作用，休戚与共，构成了糖尿病肾病的发病过程中复杂的细胞因子网络。越来越多治疗经验表明，针对单一靶点和通路的治疗效果并不理想，因此对其调控机制的研究至关重要。本文通过对细胞因子相互作用、肾小球血液动力学改变、细胞外基质代谢等方面进行论述，以期对临床糖尿病肾病治疗提供一定的理论支撑。随着高通量技术的广泛应用，未来探究糖尿病肾病肾纤维化的作用及机制将会越来越清晰细化，进而为糖尿病肾脏疾病的临床提供更加科学可行的治疗策略和靶点。

NOTES

^*通讯作者。