樸圣月，程艷麗，劉婷婷，許鐘鎬

(吉林大學(xué)第一醫(yī)院 腎病內(nèi)科,吉林 長(zhǎng)春130021)

糖尿病腎病(DN)是糖尿病最嚴(yán)重的微血管并發(fā)癥之一，是西方國(guó)家導(dǎo)致終末期腎病的最主要原因,也是我國(guó)慢性腎臟病的首要病因之一。DN的主要特點(diǎn)為大量細(xì)胞外基質(zhì)蛋白在腎小球系膜區(qū)沉積和系膜細(xì)胞(MC)肥大，腎小球及腎小管基底膜增厚，以及腎小管間質(zhì)纖維化，最終造成腎小球硬化。高血糖可以促進(jìn)DN的進(jìn)展，并且會(huì)直接導(dǎo)致腎小球內(nèi)葡萄糖濃度升高。葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋1(GLUT1)可以調(diào)節(jié)MC葡萄糖的濃度，并進(jìn)一步激活下游的細(xì)胞因子及信號(hào)傳導(dǎo)通路。在DN的進(jìn)展中眾多細(xì)胞因子及信號(hào)傳導(dǎo)通路都會(huì)被激活，并且參與疾病進(jìn)展。而這些被公認(rèn)在糖尿病發(fā)生發(fā)展過程中起到重要作用的細(xì)胞因子及信號(hào)傳導(dǎo)通路大部分與GLUT1相互作用，進(jìn)而參與DN的進(jìn)展。因此，GLUT1可能成為治療DN的新治療靶點(diǎn)。

1 GLUT1在DN進(jìn)展中的作用

DN作為糖尿病微血管病變之一，是由長(zhǎng)期高血糖水平引起的腎臟內(nèi)多種細(xì)胞功能紊亂，導(dǎo)致其發(fā)生、發(fā)展，最終引起腎衰竭[1]。1993年對(duì)于糖尿病控制及并發(fā)癥研究中發(fā)現(xiàn)，高血糖在糖尿病并發(fā)癥發(fā)展中起著決定性作用，控制血糖成為預(yù)防DN的主要措施[2]。在隨后的報(bào)道中發(fā)現(xiàn)，胰腺移植患者雖然長(zhǎng)期維持良好的血糖水平，但仍可進(jìn)展為DN[3]。目前體外及體內(nèi)MC實(shí)驗(yàn)及已證實(shí)：MC攝取葡萄糖主要依靠GLUT1實(shí)現(xiàn)，糖尿病持續(xù)高血糖狀態(tài)或其他因素，造成MC上GLUT1功能狀態(tài)的改變，導(dǎo)致MC內(nèi)攝入過多的糖分，進(jìn)而造成MC肥大、細(xì)胞外基質(zhì)增多、腎小球基底膜增厚、腎小球纖維化，進(jìn)而產(chǎn)生蛋白尿[4]。可見，GLUT1的功能異常是DN發(fā)生、發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 腎臟中GLUT的分布

自20世紀(jì)70年代起第一個(gè)GLUT被Hinkle等[5]從紅細(xì)胞膜純化后，迄今為止共發(fā)現(xiàn)14種GLUT在人體內(nèi)表達(dá)。GLUT是葡萄糖由細(xì)胞外易化擴(kuò)散至細(xì)胞內(nèi)的轉(zhuǎn)運(yùn)載體，對(duì)細(xì)胞中葡萄糖新陳代謝活動(dòng)起著至關(guān)重要的作用。研究表明腎臟組織可見GLUTI1-GLUT5分布，腎小球內(nèi)主要以GLUT1、GLUT4分布為主[4]，體內(nèi)外實(shí)驗(yàn)均已證實(shí)腎小球MC及其基質(zhì)內(nèi)的GLUT主要以GLUT1表達(dá)為主[6，7]，且實(shí)驗(yàn)已經(jīng)證實(shí) GLUT1是MC攝取及利用葡萄糖的限速步驟[6]。

3 GLUT1與DN發(fā)病機(jī)制

自1977年Kasahar和Hinkle第一次從人紅細(xì)胞膜中純化出GLUT1蛋白以來，開辟了研究GLUT的新紀(jì)元。2014年顏寧等[9]首次揭示了人源GLUT1晶體結(jié)構(gòu)，初步探究了GLUT1的功能及相關(guān)疾病的致病機(jī)制。在糖尿病或高血糖的大鼠、小鼠的整個(gè)腎小球及MC內(nèi)可見GLUT1的表達(dá)升高[2-4]，劉志紅等[10]的研究發(fā)現(xiàn)DN患者腎小球及MC內(nèi)GLUT1的表達(dá)也升高。在糖尿病或高血糖狀態(tài)下,會(huì)造成MC膜上GLUT1表達(dá)的升高，MC上GLUT1的高表達(dá)造成過量葡萄糖向細(xì)胞內(nèi)轉(zhuǎn)運(yùn)，細(xì)胞內(nèi)過載的葡萄糖會(huì)激活相關(guān)信號(hào)通路，進(jìn)而增加細(xì)胞外基質(zhì)蛋白產(chǎn)物，且已證實(shí)MC上GLUT1的過表達(dá)是造成細(xì)胞外基質(zhì)增多的主要因素。高表達(dá)GLUT1的轉(zhuǎn)基因MC即使是在生理葡萄糖濃度下，仍然表現(xiàn)出與高糖刺激MC類似的細(xì)胞表型的變化[11]。由此可見DN中MC病理變化與葡萄糖濃度及滲透壓無關(guān)，與GLUT1的表達(dá)密切相關(guān)。

4 DN時(shí)參與GLUT1調(diào)節(jié)的細(xì)胞因子

4.1 血管緊張素-Ⅱ

血管緊張素-Ⅱ(Ang-Ⅱ)主要是通過血管緊張素受體1(AT1)來發(fā)揮血管活性的細(xì)胞因子，而AT1 作為G蛋白偶聯(lián)受體，參與多種細(xì)胞內(nèi)的信號(hào)傳導(dǎo)通路，并在腎臟血液動(dòng)力學(xué)及新陳代謝調(diào)節(jié)中起到重要作用，通過調(diào)節(jié)人MC內(nèi)GLUT1基因的表達(dá)，增加葡萄糖的攝取[12]。研究表明Ang-Ⅱ可在多個(gè)層面上調(diào)節(jié)GLUT1的表達(dá)。通過G蛋白，AT1可以激活包括二?；视?DAG)、活化氧(ROS)在內(nèi)的第二信使[13]。DAG也是葡萄糖代謝的產(chǎn)物之一，同時(shí)可以通過蛋白激酶C(PKC)信號(hào)通路調(diào)節(jié)基因表達(dá)。而DAG的產(chǎn)生可以通過PKC通路增加GLUT1基因的表達(dá)[14]。而GLUT1的增加強(qiáng)化了MC對(duì)葡萄糖的攝取利用，造成更多的DAG，進(jìn)而形成強(qiáng)化的循環(huán)，最終導(dǎo)致系膜基質(zhì)的大量沉積并且促進(jìn)腎小球硬化的發(fā)展[15]。Ang-Ⅱ可以通過表皮生長(zhǎng)因子(EGFR)激活GLUT1的表達(dá)[16]，同時(shí)也可以誘導(dǎo)ERK信號(hào)通路，而這一通路被認(rèn)為與GLUT1的基因表達(dá)和蛋白翻譯有著密切聯(lián)系[17]。在大鼠體內(nèi)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用ACEI及ARB后發(fā)現(xiàn)可以抑制腎臟皮質(zhì)GLUT1的表達(dá)及MC對(duì)葡萄糖的攝取[18]。

4.2 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1

轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β1(TGF-β1)被認(rèn)為是DN的主要致病因子。TGF-β主要有5種異構(gòu)體，TGF-β1-5，人體內(nèi)目前只發(fā)現(xiàn)前3種，并且在Yu[19]等的研究中已經(jīng)證實(shí)腎臟內(nèi)主要以TFG-β1表達(dá)為主，同時(shí)TGF-β2、TGF-β3部分功能的表達(dá)似乎依賴于TGF-β1水平的上調(diào)實(shí)現(xiàn)，表明TGF-β1或是最重要的致病因子。在DN腎小球模型下的MC，高葡萄糖濃度培養(yǎng)的MC，或動(dòng)物體內(nèi)MC，均可見TGF-β1表達(dá)升高，而升高的TGF-β1可刺激GLUT1的過表達(dá)，繼而造成MC對(duì)葡萄糖的攝取增加，增強(qiáng)新陳代謝，致使系膜基質(zhì)累積大量代謝產(chǎn)物。葡萄糖、TGF-β1、GLUT1三者組成的正反饋循環(huán)[20]。糖尿病患者體內(nèi)分離出的人MC內(nèi)可見GLUT1表達(dá)升高，并伴有葡萄糖攝取率的升高，這與高糖狀態(tài)中培養(yǎng)的大鼠MC的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一致[10,21]。TGF-β1可直接參與DN腎小球硬化及腎小管間質(zhì)纖維化[22]。TFG-β的活化與眾多因素有關(guān)， TGF-β1也可以通過非Smad 依賴的信號(hào)通路和激活促分裂原激活蛋白激酶(MAPK)調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖[23]。TGF-β1通過激活MAPK可能誘導(dǎo)GLUT1合成[24,25]。MAPK激活GLUT1，進(jìn)而增加葡萄糖運(yùn)輸，增加DAG的生成及PKC的活化。PKC的增加會(huì)進(jìn)一步刺激TGF-β1的合成，DAG-PKC通過這種方式擴(kuò)大了TGF-β1與GLUT1之間的循環(huán)通路的表達(dá)[26]。一項(xiàng)隨機(jī)雙盲臨床實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，給予DN患者抗TGF-β1抗體治療后并不能延緩DN的進(jìn)展[27]。介于多種細(xì)胞因子對(duì)GLUT1具有調(diào)節(jié)作用，可能單純阻斷TGF-β1并不能最終影響GLUT1的表達(dá)。

4.3 結(jié)締組織生長(zhǎng)因子

結(jié)締組織生長(zhǎng)因子(CTGF)是前硬化因子并且是CCN基因家族的成員。CTGF可以被TGF-β誘導(dǎo)，促進(jìn)基質(zhì)蛋白的合成，而基質(zhì)蛋白在腎小球硬化的發(fā)生發(fā)展中起到重要的媒介作用。CTGF基因和蛋白在纖維化組織表達(dá)中增加，在糖尿病大鼠中已經(jīng)證明，CTGF基因表達(dá)水平會(huì)升高[28]。高濃度葡萄糖可以通過TGF-β依賴的信號(hào)通路提高M(jìn)C內(nèi)CTGF的表達(dá)[29,30]。這預(yù)示著GLUT1或參與上述反應(yīng)過程。這些數(shù)據(jù)顯示GLUT1和CTGF之間通過TGF-β依賴的途徑的潛在擴(kuò)增循環(huán)。

5 DN時(shí)GLUT1參與的相關(guān)信號(hào)通路

5.1 ERK1/2 MAPK通路

Haneda等[31]的研究發(fā)現(xiàn)在慢性GLUT1過表達(dá)的大鼠系膜細(xì)胞(MCGT1)內(nèi)，MCGT1內(nèi)細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶(ERK)/促分裂原活化蛋白激酶(MAPK)信號(hào)通路并沒有被激活。然而這與Heilig等的實(shí)驗(yàn)結(jié)論完全相反，在高濃度葡萄糖體外培養(yǎng)的MC及從糖尿病大鼠體內(nèi)分離出的腎小球的急性期應(yīng)答，均可見ERK1/2信號(hào)通路被激活，且ERK1/2激活與GLUT1表達(dá)呈現(xiàn)出時(shí)間的一致性[32]。這可能因?yàn)镠aneda等的研究中使用的細(xì)胞系是長(zhǎng)期培養(yǎng)，因而錯(cuò)過了早期MCGT1細(xì)胞內(nèi)ERK1/2被激活。DN進(jìn)展過程中，MC中GLUT1與ERK/MAPK信號(hào)通路的確切關(guān)系需要進(jìn)一步證實(shí)。

5.2 GFAT和己糖胺通路

6-磷酸-果糖酰基轉(zhuǎn)移酶(GFAT)是催化己糖胺通路(HBP)的第一步，也是限速步驟[33]。HBP通路可以調(diào)節(jié)TGF-β及纖維蛋白MC內(nèi)的表達(dá)，并且與DN進(jìn)展有關(guān)[34,35]。在1998年Kolm-Litty等[36]的研究中發(fā)現(xiàn)，高葡萄糖濃度培養(yǎng)的MC內(nèi)可見HBP的激活，并且會(huì)提高TGF-β及纖維蛋白的表達(dá)[34]，且在 MCGT1觀察到同樣現(xiàn)象[37]。但是這與Heilig等[6]早年的研究相反，他的實(shí)驗(yàn)MCGT1內(nèi)未見HBP的激活。而這些數(shù)據(jù)再次提示，DN初期及慢性進(jìn)展過程中細(xì)胞內(nèi)外葡萄糖對(duì)MC的表型具有不同的影響。

5.3 活性氧(ROS)

近年的研究發(fā)現(xiàn)活性氧(ROS)在糖尿病進(jìn)展中起到重要作用。葡萄糖自氧化、新陳代謝以及糖基化的終產(chǎn)物，被認(rèn)為是糖尿病發(fā)生的重要機(jī)制，而這些機(jī)制與ROS在細(xì)胞內(nèi)生成，并活化相關(guān)致病通路有關(guān)[38]。ROS可激活醛糖還原酶，引導(dǎo)DAG，激活PKC,誘導(dǎo)晚期糖基化終產(chǎn)物的形成，并且激活轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB(NF-κB)[35]。長(zhǎng)期過表達(dá)GLUT1 的MCGT1內(nèi)，即使MC外基質(zhì)不斷累積，ROS并不增加[6]，提示 ROS對(duì)于MC基質(zhì)的積累并不起絕對(duì)作用。而隨后Ha 等[35]的研究中得出了不同的結(jié)論，短期MC在高葡萄糖濃度培養(yǎng)下，可誘導(dǎo)ROS的產(chǎn)生，并且進(jìn)而造成MC基質(zhì)的堆積。這兩篇報(bào)道得出了完全相反的結(jié)論，可能與MC內(nèi)GLUT1的過表達(dá)持續(xù)時(shí)間有關(guān)，表明DN初始階段與慢性階段對(duì)MC表型影響的機(jī)制不同有關(guān)。

6 總結(jié)與展望

綜上，GLUT1可能與眾多細(xì)胞因子及信號(hào)通路協(xié)同作用，以正反饋的方式，介導(dǎo)DN的發(fā)展。明確GLUT1在上述與DN發(fā)生發(fā)展相關(guān)的細(xì)胞因子及信號(hào)通路中的確切作用，可能會(huì)為DN的治療及管理提供新的啟發(fā)，并為減緩這種疾病的發(fā)展提供策略。目前臨床上對(duì)于應(yīng)用ACEI/ARB藥物治療DN存在較大爭(zhēng)議，雖然 RAS 阻滯劑對(duì)降蛋白尿有效，但其不良反應(yīng)(高鉀血癥、急性腎損傷及心血管事件增加)和并不降低終末期腎病發(fā)生率的特性。探究GLUT1與Ang-Ⅱ在DN急性期及慢性期不同致病機(jī)制，有望發(fā)掘ACEI/ARB藥物在DN個(gè)體化、精準(zhǔn)化治療中的巨大潛能。