糖尿病腎病中足突細胞自噬機制的研究進展

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　　[摘要]目的糖尿病腎?。―N）是糖尿病的常見并發癥。腎臟足突細胞損傷、凋亡及自噬均參與了DN的發生發展過程。其中自噬作為一種溶酶體降解途徑，可以通過各條途徑被激活從而維持細胞穩態，提示自噬可能成為治療DN的新靶點。本文主要就近年來DN中足突細胞自噬機制的研究進展進行綜述。
　　[關鍵詞]糖尿病腎病;足細胞;自噬;綜述
　　[中圖分類號]R587.24[文獻標志碼]A[文章編號]2096-5532（2019）03-0376-03
　　隨著糖尿病病人數量的不斷增加，糖尿病腎病（DN）作為糖尿病的一種嚴重慢性微血管并發癥，其發病率也隨之提高。腎小球足突細胞損傷和凋亡在DN的進展過程中，尤其是蛋白尿和腎小球硬化形成過程中具有關鍵作用，而足突細胞自噬則是機體主要的防御機制之一，它激活后可發揮腎臟保護作用。本文主要就近年來DN中足突細胞自噬機制的研究進展進行綜述。
　　1足突細胞自噬
　　自噬是一個高度保守的細胞過程，它通過將蛋白質和其他受損的細胞器運至溶酶體降解以維持細胞內穩態。根據底物運送至溶酶體途徑的不同，自噬可分為巨自噬、微自噬及分子伴侶介導自噬，其中巨自噬就是通常所說的自噬。自噬是胞質中大分子物質和細胞器在雙膜囊泡中降解的生物學過程，其過程大致包括4個階段：隔離膜、自噬體、自噬溶酶體的形成和自噬體內容物的降解[1]。在饑餓、細胞器損傷、感染等細胞應激情況下，自噬活性將增強，提示自噬在細胞適應環境過程中扮演重要角色[2]。自噬體起源于內質網膜，其形成包括啟動、成核、延長和關閉，每個步驟都受到自噬相關基因（Atg）編碼產物的嚴格調控[3]。Atg蛋白分為5類：Atg1激酶復合物（Atg1/Unc-51樣激酶（ULK）1/2）、Atg9、Ⅲ類磷脂酰肌醇3-激酶（PI3K）復合物以及Atg12-Atg5和Atg8共軛體系[4]。除Atg調控外自噬還有其他的調節機制，如mTOR基因信號通路和細胞應激途徑等[5]。
　　2足突細胞自噬與DN
　　研究顯示，敲除哺乳動物mTOR基因、前腎素原受體基因和mVps34基因可導致足突細胞溶酶體功能障礙，引起嚴重腎小球硬化，出現大量清蛋白尿[6]。持續高糖血癥狀態可以抑制自噬相關蛋白Beclin-1、Atgl2和LC3的表達，使足突細胞自噬減弱，從而導致足突細胞的損傷[7-8]。TAGAWA等[9]首次直接證明了足突細胞自噬參與了DN的進展，高糖血癥狀態下足突細胞自噬特異性缺陷小鼠表現為足突細胞減少并產生大量清蛋白尿。因此，維持足突細胞內環境穩態可阻止高糖血癥損傷足突細胞，延緩腎病綜合征的發生發展。另一研究小組證實，足突細胞特異性自噬缺陷的小鼠DN進展加速，表現為足突細胞受損，腎小球濾過屏障（GFB）通透性增加，大量清蛋白尿產生[8]。
　　3DN中足突細胞自噬的機制
　　對DN中足突細胞自噬機制的研究表明，激活足突細胞自噬從而對DN產生影響的途徑包括Atg12-Atg5共軛體系、mTOR信號通路和氧化應激以及血管內皮生長因子（VEGF）。
　　3.1足突細胞自噬的Atg12-Atg5共軛體系
　　Atg12是參與自噬體形成的泛素樣蛋白。自噬激活需要通過Atg7和Atg10的刺激使Atg12與Atg5結合，然后促進Atg8和脂質磷脂酰乙醇胺在細胞質中結合。 Atg12-Atg5共軛體系的激活促進了自噬體的產生，激活了足突細胞自噬。LIU等[10]研究表明，G蛋白偶聯受體（GPCRs）的胞內信號蛋白中的β-抑制蛋白可以通過下調Atg12-Atg5共軛體系來抑制足突細胞自噬，從而加劇DN中的足突細胞損傷。因此，對該途徑的調節可能是一種治療DN病人的新型方法。
　　3.2足突細胞自噬的mTOR信號通路
　　mTOR對細胞生長調節和激活mTOR信號通路抑制自噬至關重要[11-15]。在哺乳動物中，mTOR與其他蛋白結合形成mTORC1和mTORC2，其中mTORC1對雷帕霉素敏感。雷帕霉素可抑制mTORC1信號通路，具有腎臟保護作用，敲除足突細胞特異性mTOR基因上游抑制因子結節性硬化癥復合物1（TSC1）后mTORC1高度活化，使腎小球和足突細胞受損[16]。另外，mTOR超活化可促使DN腎小球和腎小管肥大，與足突細胞損傷和腎小球濾過率急劇下降有關。細胞質中營養缺乏（例如生長因子或氨基酸缺陷）可通過抑制mTORC1的表達而激活自噬。受抑制后mTOR不僅可以激活PI3K復合物和ULK1復合物的形成，還可以抑制核糖體蛋白亞基6激酶1（S6K1）的活性。在mTOR的上游有兩個分開的蛋白激酶，即PI3K-Ⅰ/蛋白激酶B（Akt/PKB）和腺苷5′-磷酸-活化蛋白激酶（AMPK），它們受不同條件的調節[17]。
　　3.2.1PI3K-Ⅰ/Akt/PKBPI3K由Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類3種亞型構成。作為Atg蛋白家族成員，PI3K-Ⅲ由Vps15調節亞基和Vps34催化亞基組成，它可以促進磷脂酰肌醇轉化為磷脂酰肌醇3-磷酸鹽，然后啟動自噬。相反PI3K-Ⅰ調節亞基p58是與催化亞基p110結合后通過促進磷脂酰肌醇3，4，5-三磷酸化而激活Akt/mTOR信號通路。因此可以認為，PI3K-Ⅰ抑制自噬，而PI3K-Ⅲ激活自噬。胰島素受體與酪氨酸激酶受體是存在于足突細胞膜上的跨膜受體，PI3K-Ⅰ的激活就是由胰島素或胰島素生長因子與胰島素受體或酪氨酸激酶受體相互作用觸發的，然后激活Akt/PKB。然后，下游的TSC1/2蛋白質被PKD1和Akt/PKB激活的產物抑制。最后，足突細胞自噬因mTOR的激活而被抑制。最近的研究強調了DN和營養依賴性途徑之間的關系，其中包括mTOR信號通路。在DN模型中，特別是1型DN，胰島素抵抗阻斷了Akt/PKB磷酸化，然后通過增加腦中富集的Ras同系物（Rheb）的表達來激活mTOR。因此，胰島素抵抗可以通過增強mTOR的活性抑制足突細胞自噬。 　　3.2.2AMPKAMPK是一種重要的能量代謝調節酶，它可以通過細胞質中Ca2+濃度的增加和許多激素、脂肪因子及細胞因子的刺激而被激活[18]。細胞內AMP/ATP比例降低也可以激活AMPK。此外，營養缺乏亦可誘導AMPK的活化。在ATP缺乏的情況下，下游TSC1/2被AMPK激活，然后抑制Rheb，最終通過抑制mTOR的激活增強自噬。JIN等[19]研究顯示，小檗堿可以通過增強AMPK的活性減少高糖誘導的小鼠足突細胞凋亡。由腎素-血管緊張素系統引起的機械應激被認為是DN中足突細胞的主要損傷因素。
　　螺內酯是一種常見的利尿劑，通常用于治療心力衰竭、水腫或原發性醛固酮增多癥。LI等[20]的研究結果表明，螺內酯具有腎保護作用，它通過阻斷處于機械應激下的足突細胞mTOR信號通路而激活足突細胞自噬。因此，螺內酯可能成為治療DN的新方法。雷帕霉素是一種新型的大環內酯類免疫抑制劑，它同時具有抗真菌以及抗T細胞活性作用[21-22]。此外，雷帕霉素也是一種選擇性的mTOR抑制劑[23]。雷帕霉素可以與親免疫因子結合形成復合物，如與FKBP12（FK結合蛋白，分子量12 000）結合形成FKBP12-雷帕霉素復合物，FKBP12-雷帕霉素復合物通過mTOR磷酸化抑制mTOR的表達激活自噬。但是雷帕霉素在DN中的臨床試驗較少，需要進一步的研究來闡明其在DN中的腎臟保護作用。
　　3.3足突細胞自噬中的活性氧（ROS）
　　除了胰島素和營養缺乏，細胞內的代謝變化也與DN的發病機制有關，其中涉及到ROS的增加。有研究表明，ROS是激活足突細胞自噬最常見的因子[24-26]。ROS產物的增加可激活PKR樣激酶（PERK），然后通過eIF2a磷酸化來氧化Atg4蛋白酶，隨后提升LC3蛋白水解水平并防止mTOR激活。MA等[26]的研究表明，在暴露于高葡萄糖環境24 h后，足突細胞自噬可通過上調線粒體ROS的產生而被激活。另外，足突細胞受血管緊張素Ⅱ（ANGⅡ）刺激后也可增加ROS的產生并促進自噬激活[27]。然而，線粒體中ROS的過度產生可以破壞線粒體膜，并且ROS釋放進入細胞質中可能會對其他細胞器造成損害。因為自噬靶向和降解損傷細胞器的功能是有選擇性的，所以ROS的增加會有限?？梢哉J為長期暴露于高糖條件下導致自噬不足，從而導致自噬溶酶體功能障礙和足突細胞凋亡，最后導致DN。所以減少ROS產生是一種潛在的預防DN進展的方法。
　　3.4足突細胞自噬中VEGF的表達
　　早期階段的DN動物模型或病人腎臟中的VEGF水平增加。有研究表明，VEGF的升高與腎小球的滲透性增加有關[28]。VEGF被認為是血管生成的啟動子并主要由足突細胞合成。VEGF-A作為VEGF家族中的成員，在早期階段的DN中對腎小球內皮細胞有負面影響，并且這種效應可以被VEGF-A抑制型逆轉，并最終改善蛋白尿[29]。目前已有研究證實，自噬可以抑制血管生成[30]。WEI等[31]研究表明，高糖可通過自噬激活下調升高VEGF的水平。YANG等[32]研究也表明，自噬體的增加可以抑制血管生成。
　　4結語與展望
　　DN是導致終末期腎病的主要原因，且多數DN病人一旦出現腎功能損害，其預后往往均較差。目前DN主要以嚴格控制血壓、血脂、血糖等基礎治療為主，尚無有效預防、延緩發展甚至逆轉DN的治療手段。因此，隨著自噬相關通路的深入研究，明確自噬在DN中的具體作用及機制后，通過調控自噬相關的信號通路改善腎臟足突細胞受損情況有可能成為DN新的治療策略。
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