【综述】糖尿病肾病的抗氧化治疗

文章来源：中华糖尿病杂志, 2020,12(10) : 842-845

作者：吴丽娜 秦贵军

单位：郑州大学第一附属医院内分泌科及代谢病科

摘要

糖尿病肾病（DKD）是慢性高血糖所致的肾脏损害，是导致终末期肾衰竭的主要因素。长期高血糖及其衍生出的一系列病理生理改变是引起DKD发生的共同致病途径，但具体机制错综复杂。氧化应激是高血糖引起肾损伤的共同基础，在DKD的发生发展中起关键作用，减少肾脏氧化应激可能是DKD新的治疗靶点。

糖尿病肾病（diabetic kidney disease，DKD）是糖尿病主要的微血管并发症之一，也是导致终末期肾病（end-stage renal disease，ESRD）的主要病因^［1, 2］。在1型糖尿病患者中，DKD的发病率约为40%，在病程超过10年的2型糖尿病患者中，其发病率约为25%^［3］。目前控制DKD的临床策略包括控制血糖和血压以及使用血管紧张素Ⅱ受体阻滞剂（angiotensin Ⅱ receptor blockers，ARB）和血管紧张素转化酶抑制剂（angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI）进行治疗。然而，即使最佳的血糖、血压控制，一些患者仍然有可能发展为DKD并进展为ESRD。因此，需要寻找新的DKD治疗靶点及手段。活性氧簇（oxygen species，ROS）的过量产生和抗氧化防御机制的损伤在DKD的发生和发展中扮演着关键的角色。越来越多的证据强调，恢复氧化应激和抗氧化防御之间的平衡有可能作为未来的药物靶点，能够更好地预防和治疗DKD。

一、氧化应激与DKD

DKD是长期慢性高血糖所致的肾脏损害，其主要临床特征之一是持续尿白蛋白，微量白蛋白尿是DKD的早期征兆，若没有早期干预，微量白蛋白尿可能进展为大量白蛋白尿，并最终发展为ESRD。目前DKD发病机制尚不十分清楚，2001年Brownlee^［4］提出了“统一机制学说”，认为经典的多元醇途径、晚期糖基化终产物（advanced glycation end-products，AGE）途径、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）途径和己糖胺通路均是高糖环境下线粒体呼吸链ROS生成过多的结果，即高糖损伤的共同基础——氧化应激。高糖环境下，氧化应激可以通过多种途径介导系膜细胞增殖和细胞外基质分泌，最终导致以细胞外基质积聚和肾小球基底膜增厚为特征的DKD的发生^［5］。足细胞损伤是导致DKD蛋白尿生成和肾小球硬化的重要因素。高糖促进肾脏氧化应激，抑制足细胞nephrin表达，降低足细胞与肾小球基膜之间的黏附力，导致足细胞脱落，肾小球基底膜受损，产生蛋白尿^［6, 7］。另外，高糖状态下，足细胞内线粒体ROS生成显著升高，足细胞凋亡增加，上调线粒体自噬水平，可显著降低足细胞凋亡^［8］。高糖可诱导内皮型一氧化氮合酶解偶联，一氧化氮的生物利用度降低并产生过量ROS，导致肾小球内皮细胞功能障碍^［9］。另外，高糖还可诱导肾脏氧化应激增强，减少肾小球内皮细胞间黏附连接，引起血管通透性增高^［10］。既往认为，肾小球损伤是DKD发生发展的主要起始因素，随着研究的深入，越来越多的证据表明肾小管损伤在肾功能障碍及进展过程中也发挥着重要作用，肾小管结构异常甚至早于肾小球结构异常，在DKD早期就已经出现^［11］。研究发现，链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠肾脏氧化应激增强，导致肾小管细胞外基质分泌、间质纤维化以及肾小管细胞凋亡^［12］。

二、DKD的抗氧化治疗

由于氧化应激和DKD之间密切而复杂的联系，人们多次尝试通过服用抗氧化剂来缓解糖尿病，如维生素（vitamin，Vit）C、Vit D、Vit E、β-胡萝卜素、类黄酮、硒、锌、钠和辅酶Q10等，但临床疗效仍存在争议。研究表明，这些抗氧化剂的低效能可能是由于其溶解性及渗透性差、贮存不稳定、首过代谢或胃肠道降解、特异性差等^［13］。随着研究的深入，已经发现越来越多的药物在DKD的抗氧化治疗中可能发挥重要作用，如α-硫辛酸、二肽基肽酶-4（dipeptidyl peptidase-4，DPP-4）抑制剂、胰高糖素样肽-1受体（glucagon like peptide-1 receptor，GLP-1R）激动剂、钠-葡萄糖共转运蛋白2（sodium-glucose cotransporter 2，SGLT2）抑制剂等。

1.维生素类抗氧化剂：肾脏是Vit D的主要靶器官之一，其通过与Vit D受体（Vit D receptor，VDR）结合发挥生物学效应，而VDR在肾小球系膜细胞、足细胞、近曲小管、远曲小管、集合管等部位广泛表达。DKD患者中Vit D水平普遍降低。有研究发现Vit D缺乏或不足与DKD的发生之间存在独立相关性^［14］。低血清1，25-（OH）₂ D₃水平与糖尿病患者较低的预估肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）和较高的尿白蛋白/肌酐比值独立相关^［15］，提示1，25-（OH）₂ D₃缺乏参与DKD的发生发展。补充Vit D或其活性衍生物可改善肾小球内皮细胞损伤，减少蛋白尿，减轻肾纤维化，并最终延缓DKD的发展^［16］。研究表明骨化三醇明显减少糖尿病大鼠肾脏尿蛋白水平，改善糖尿病肾脏病理学变化，而这归因于肾脏氧化应激的改善，而不是血糖或血脂的降低，进一步分析显示骨化三醇可显著增加肾脏抗氧化剂的水平，如锰超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶1（glutathione peroxidase 1，GPX1）、超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）^［17］。在一项多国家、安慰剂对照、双盲试验临床研究中，共纳入281例服用稳定剂量ACEI或ARB的DKD患者，按1∶1∶1随机分为安慰剂组、帕立骨化醇治疗组（剂量分别为1、2 μg/d），治疗24周后发现帕立骨化醇治疗组（2 μg/d）尿蛋白水平明显降低^［18］。最近的一项研究表明，Vit D通过下调糖尿病大鼠肾脏哺乳动物雷帕霉素靶蛋白基因表达，可刺激自噬、减轻肾脏氧化应激，提示其可能是治疗DKD的一种有效的辅助治疗^［19］。但由于非选择性VDR激动剂如骨化三醇可引起高钙血症，在治疗过程中需要监测血清钙磷水平的变化，这在很大程度上限制了其临床应用。最近，选择性VDR激动剂，如帕立骨化醇，具有较高的组织特异性、较低的骨和肠道吸收及较少的不良反应，且不明显增加血清钙、磷水平，在临床上有很好的应用前景。Vit E可与谷胱甘肽协同对抗脂肪酸的过氧化反应。研究发现Vit E抑制糖尿病大鼠足细胞损伤，减少蛋白尿产生，其机制可能与其调节甘油二酯激酶-PKC通路有关^［20］。近期一项研究发现，给予糖尿病大鼠大剂量Vit E（1 000 mg/kg），在治疗的第12周发现尿白蛋白、尿蛋白和白蛋白/肌酐比值显著降低，在第24周血清肌酐和尿素氮也显著降低，并发现Vit E显著减少肾小管上皮细胞凋亡和改善肾间质纤维化，其可能是通过减少自噬空泡和自噬底物的积累来实现对肾脏的保护作用^［21］。Vit E调节DKD发生发展的机制尚未完全阐明，已经发现其可减少炎症反应、氧化应激及改善肾脏病理，但仍需要更多的研究，特别是临床研究来进一步证实^［22］。

2. α-硫辛酸：α-硫辛酸是一种存在于线粒体的辅酶，能消除加速老化与致病的自由基，还可通过再生其他抗氧化剂发挥抗氧化作用，从而维持机体正常的抗氧化水平。2011年美国神经病学学会指出α-硫辛酸可用于治疗糖尿病周围神经病变，但未对其在DKD中的应用做进一步阐述。研究表明α-硫辛酸可改善糖尿病肾脏组织形态学变化，减轻肾脏氧化应激水平，减少尿蛋白产生，保护糖尿病肾脏 ^{［23, 24, 25］}。α-硫辛酸在体内由硫辛酸合酶（Lias）合成，Lias敲除的糖尿病大鼠肾小管细胞线粒体损伤，尿蛋白及尿8-羟基脱氧鸟苷（8-hydroxy-2 deoxyguanosine，8-OHdG）水平增加^［23］，提示增强内源性抗氧化能力可能是预防和治疗DKD的有效策略。Siu等^［24］研究表明，糖尿病大鼠足细胞数量和密度显著降低，α-硫辛酸治疗可有效防止足细胞丢失。有研究对36例临床糖尿病患者给予α-硫辛酸治疗后发现，尿白蛋白排泄率减少，血清GPX、SOD活性显著升高，而空腹血糖、糖化血红蛋白无明显变化，提示α-硫辛酸对糖尿病肾脏足细胞的保护作用可能部分与其抑制ROS过量产生和增强糖尿病患者体内抗氧化能力有关，而不依赖于血糖控制^［25］。

3.DPP-4抑制剂和GLP-1R激动剂：研究表明，DPP-4抑制剂和GLP-1R激动剂除了具有降糖、保护胰岛细胞等作用外，还具有对糖尿病肾脏的保护作用。已发现糖尿病肾脏或尿液中DPP-4活性增加，这可能是DKD发生发展的重要标志。研究显示DPP-4抑制剂可减少糖尿病大鼠肾脏ROS水平，改善高血糖诱导的肾脏氧化应激，其机制可能与其调节Keap-1/Nrf2 抗氧化通路有关^［26］。另一项研究发现，DPP-4抑制剂可降低糖尿病大鼠尿蛋白及8-OHdG水平，改善肌酐清除率，降低肾脏半胱氨酸蛋白酶-3水平，减轻肾小球系膜细胞增殖和基底膜增厚^［27］。在2型糖尿病早期DKD患者中，DPP-4抑制剂联合ARB治疗可明显降低患者尿蛋白和8-OHdG水平^［28］。

GLP-1R是G蛋白偶联受体家族成员，人类肾脏中GLP-1R mRNA主要表达于肾血管、近端肾小管细胞和肾小球。研究表明GLP-1R敲除的糖尿病小鼠表现出更严重的蛋白尿和系膜细胞扩张，另外GLP-1R激动剂治疗可减少糖尿病小鼠的尿蛋白、改善系膜细胞扩张、降低肾小球超氧化物酶和NAD（P）H氧化酶水平，肾脏环磷酸腺苷和PKA活性升高，而这一作用不依赖于血糖水平^［29］。在链脲佐菌素诱导的1型糖尿病大鼠模型中发现，GLP-1R激动剂治疗8周后，尿8-OHdG及肾皮质Ⅳ型胶原蛋白、NADPH氧化酶4水平下降，氧化应激减轻，肾小球损伤改善^［30］。因此，GLP-1R激动剂可通过减轻氧化应激反应而发挥肾脏保护作用。

4.SGLT2抑制剂：SGLT2抑制剂除有效控制血糖外，还有降压、调脂、减重、改善肝功能、降尿酸等作用，且大规模随机对照试验表明，SGLT2抑制剂在缓解2型糖尿病肾功能恶化方面具有显著效果^［31］。然而，SGLT2抑制剂对于DKD的保护作用机制尚不十分清楚，可能与改善肾脏血流动力学、减轻氧化应激反应、改善肾缺氧状态、减轻肾脏炎症和纤维化水平等有关。研究发现SGLT2抑制剂可通过减少肾脏炎症因子和趋化因子的表达，如肿瘤坏死因子-α、单核细胞趋化因子（monocyte chemoattractant protein，MCP）-1，以及降低尿中白细胞介素6水平，缓解糖尿病肾脏炎症反应，另外，其还可降低肾脏丙二醛含量、增强肾脏SOD、GPX的活性，并降低尿8-OHdG水平，从而改善肾脏氧化应激^［32］。Hatanaka等^［33］研究发现SGLT2抑制剂以剂量依赖性的方式降低高糖环境下小鼠近端小管上皮细胞ROS水平，且不依赖于血糖的改善，而敲除 SGLT2基因后小鼠肾脏氧化应激减轻。SGLT2抑制剂可减少高糖环境下HK-2细胞中ROS产生，且通过抑制肾脏中AGE形成和氧化应激反应，发挥抗炎和抗纤维化作用，从而延缓DKD的发生发展^［34］。目前SGLT2抑制剂已成为DKD治疗的新选择，而在临床应用中，其有效性及安全性仍需更多的研究进一步证实。

5.其他抗氧化剂：除了上述抗氧化剂，另外一些抗氧化剂也可能在DKD的发生发展中起保护作用，如甲基巴多索隆、PKC抑制剂（甲磺酸鲁伯斯塔）、白藜芦醇、虾青素、NADPH氧化酶抑制剂等。

白藜芦醇是一种天然的具有生物学活性的抗氧化剂，主要存在于红酒、葡萄、藜芦、虎杖等中。目前大量动物和临床前研究发现白藜芦醇对糖尿病肾脏具有保护作用。白藜芦醇治疗可降低db/db小鼠尿蛋白及8-OHdG水平，减轻肾脏炎症反应、系膜细胞增殖，降低肾脏氧化应激反应^［35］。一项随机双盲研究发现，口服白藜芦醇可改善2型糖尿病患者的血清肌酐、尿素氮、尿蛋白水平及eGFR^［36］。目前认为白藜芦醇对DKD保护作用的潜在机制主要与其调节氧化应激和AGE、刺激自噬、降低脂毒性、减轻内质网应激和炎症等有关^［37］。随着白藜芦醇对DKD干预研究的不断深入，其有望成为DKD预防和治疗的新策略。

虾青素属于类胡萝卜素的一种，广泛存在于生物界，尤其在虾、蟹、鱼、藻体中含量丰富，其可以清除自由基，是一种强大的抗氧化剂。研究表明虾青素可降低db/db小鼠尿蛋白及8-OHdG水平，减少系膜细胞增殖，从而延缓DKD的进展^［38］。虾青素刺激可抑制高糖诱导的人系膜细胞中ROS产生，并抑制核因子κB、环氧合酶-2、MCP-1、转化生长因子β1等的产生^［39］。在链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠中，给予虾青素（35 mg/kg）连续治疗12周，发现大鼠血清丙二醛含量降低、SOD活性增强；另外，在高糖培养的肾小球系膜细胞中，虾青素可促进Nrf2的核转位和转录活性，增加其下游蛋白SOD、血红素氧合酶-1的表达，最终抑制ROS的产生^［40］。虾青素可能是一种潜在的DKD治疗策略，但是需要进一步临床试验评估其疗效及安全性、生物利用度、个体反应、代谢、组织传递和可能的毒性。

综上所述，DKD发病机制复杂，而氧化应激在DKD发生发展中发挥重要作用。针对糖尿病肾脏ROS产生途径和抗氧化防御机制的靶向干预研究仍需要进一步的探索，这将有助于开发新的药物靶点，以保护糖尿病患者肾脏及延缓DKD的发生发展。

参考文献略