氧化應(yīng)激與糖尿病腎病的關(guān)系

        中國的糖尿患者接近1個億，已成為“糖尿病大國”。 糖尿病腎病(Diabetic nephropathy,DN)是糖尿病嚴(yán)重和常見的慢性并發(fā)癥之一，其發(fā)病機制比較復(fù)雜，氧化應(yīng)激在糖尿病腎病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。目前，氧化應(yīng)激與糖尿病腎病的研究越來越受到重視，而抗氧化也成為DN治療的新靶點。本文就氧化應(yīng)激及抗氧化治療與糖尿病腎病的研究進(jìn)展作一綜述。

        1氧化應(yīng)激概述
        正常生理條件下，機體的抗氧化系統(tǒng)和氧化能力之間保持著相對的動態(tài)平衡。氧化應(yīng)激(OS)是指機體受有害刺激時活性氧簇(ROS)或活性氮簇(RNS)產(chǎn)生增多和/或清除減少，導(dǎo)致ROSRNS在體內(nèi)蓄積而引起的分子、細(xì)胞和機體的損傷。氧化應(yīng)激產(chǎn)生的活性氧簇(R0S)能迅速地被機體內(nèi)抗氧化系統(tǒng)清除，但在某些病理情況下，體內(nèi)的自由基增加和(或)機體抗氧化防御能力下降，當(dāng)氧化能力大大超過抗氧化能力時，引發(fā)氧化應(yīng)激導(dǎo)致組織損傷。

        2氧化應(yīng)激與糖尿病腎病的關(guān)系

        2.1氧化應(yīng)激產(chǎn)物與糖尿病腎病的關(guān)系自由基具有高度反應(yīng)性，能夠迅速與周圍物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，其半衰期較短暫，直接檢測這些自由基的水平非常困難。但自由基與DNA、蛋白質(zhì)和脂類反應(yīng)后的氧化產(chǎn)物，可以作為反映自由基水平或者氧化應(yīng)激的標(biāo)志物,其中，ROS為主要的自由基。體內(nèi)氧化應(yīng)激的主要標(biāo)志物有8-羥基脫氧鳥苷(8-hydroxy-deoxyguanosine 8-OHdG)、晚期蛋白氧化產(chǎn)物(AOPP)、硝基酪氨酸(NT)、血清丙二醛(MDA)、異前列腺素類化合物等。這些指標(biāo)在氧化應(yīng)激水平中都是升高的。

        2.2ROS對腎損傷的作用機制高血糖作為糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的啟動因素，導(dǎo)致氧化應(yīng)激水平升高和ROS、非酶的糖基化蛋白和葡萄糖的自身氧化增加。線粒體中過多生成的氧自由基可激活多元醇途徑、ACEs途徑、PKC途徑，又能夠促進(jìn)自由基的生成，形成惡性循環(huán)。此外，糖尿病中抗氧化酶的基因表達(dá)由于高糖的作用而下調(diào)，而其活性基團發(fā)生糖基化，也可引起其活性下降，自由基清除能力減弱，故抗氧化酶表達(dá)或活性下降在糖尿病氧化應(yīng)激中起重要作用。

        糖尿病時自由基產(chǎn)生增多，腎小球基底膜磷脂發(fā)生過氧化，損傷基底膜使其增厚，同時氧化應(yīng)激參與了糖基化終末產(chǎn)物增多導(dǎo)致腎臟毛細(xì)血管細(xì)胞凋亡的過程。ROS參與糖尿病狀態(tài)下對腎細(xì)胞損傷，高糖通過ROS啟動足細(xì)胞凋亡，誘導(dǎo)其從基底膜上脫落，使腎小球內(nèi)足細(xì)胞數(shù)目減少[1]。足細(xì)胞受損后缺乏增殖再生的修復(fù)能力，不能有效覆蓋基底膜，腎小球濾過膜完整性破壞，可導(dǎo)致蛋白尿發(fā)生。ROS調(diào)節(jié)細(xì)胞外基質(zhì)蛋白代謝，在高糖、細(xì)胞因子等作用下，ROS產(chǎn)生過多，激活細(xì)胞內(nèi)信號轉(zhuǎn)導(dǎo)系統(tǒng)[2]，表達(dá)相應(yīng)的活性產(chǎn)物，使ECM蛋白合成增加，降解減少，從而促進(jìn)DN的發(fā)生發(fā)展。

        8-OHdG是DNA氧化損傷的特異及主要的產(chǎn)物，是的內(nèi)源性及外源性因素對DNA氧化損傷的生物標(biāo)志物，組織或體液中的8-OHdG被認(rèn)為是氧自由基引起DNA氧化損傷的一種標(biāo)志。晚期蛋白氧化產(chǎn)物(AOPP)反映了氧化應(yīng)激造成的蛋白質(zhì)損傷，尤其對白蛋白的損傷，是蛋白質(zhì)被單核細(xì)胞、中性粒細(xì)胞活化生成的次氯酸所修飾的產(chǎn)物。丙二醛反映體內(nèi)脂質(zhì)過氧化水平，是脂質(zhì)過氧化的終分解產(chǎn)物。體液和mtDNA中增加的8-OHdG水平異常是由糖尿病本身而不是直接由STZ的毒性作用引起的。Kitada等[3]通過測量mtDNA的8-OHdG積累和D-17缺失，可以評估腎臟線粒體的氧化應(yīng)激。近對比Wister肥胖大鼠和瘦鼠的實驗發(fā)現(xiàn)，高鹽飲食的Wister肥胖大鼠尿中和腎臟組織的免疫組化提示8-羥基脫氧鳥苷的表達(dá)明顯增加[4]。Shin等[5]研究發(fā)現(xiàn)注射AOPP使糖尿病腎臟早期結(jié)構(gòu)損傷和功能失常(即腎小球肥大，細(xì)胞外基質(zhì)聚集和蛋白尿)更加嚴(yán)重，這些都支持了這些氧化蛋白的致病作用。

        臨床研究結(jié)果也顯示DN患者的氧化應(yīng)激水平是升高的。自由基和氧化應(yīng)激的增加是糖尿病腎病發(fā)生的原因之一[3]。DN患者血清總氧化狀態(tài)比糖尿病患者明顯升高，總氧化狀態(tài)可以反映DN的嚴(yán)重程度。Tabak等[6]證實糖尿病患者體內(nèi)氧化平衡被破壞。研究證明糖尿病患者血清中8-OHdG、AOPP、MDA較正常人顯著增加，而糖尿病腎病患者該指標(biāo)較無血管并發(fā)癥的糖尿病患者也有顯著增加[7]。伴有大量白蛋白尿的糖尿病腎病患者血漿AOPP和MDA，尿8-OHdG的含量明顯高于正常白蛋白尿組[8]。

        這些實驗表明糖尿病患者較正常人有較嚴(yán)重的氧化應(yīng)激，在糖尿病腎病患者中更為顯著，可見糖氧化應(yīng)激產(chǎn)物的水平隨著蛋白尿程度的加重逐漸升高，提示氧化應(yīng)激在糖尿病及慢性并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中發(fā)揮著重要的中介作用。

        2.3抗氧化酶與糖尿病腎病的關(guān)系機體內(nèi)存在兩類抗氧化系統(tǒng)，常用來評價氧化應(yīng)激的指標(biāo)：一類是酶抗氧化系統(tǒng)，包括超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)、過氧化氫酶(catalase，CAT)、谷胱甘肽過氧化物酶(glutathioneperoxidase，GPX)等;另一類是非酶抗氧化系統(tǒng)，包括維生素C、維生素E、谷胱甘肽、褪黑素、硫辛酸、類胡蘿b素、微量元素銅、鋅、硒等。這些指標(biāo)在氧化應(yīng)激水平中都是下降的。 抗氧化酶是機體清除體內(nèi)自由基的重要生物酶，也是評價氧化應(yīng)激的指標(biāo)。高血糖可導(dǎo)致抗氧化酶的糖基化，使抗氧化酶活性降低，血糖代謝紊亂使抗氧化劑水平下降，削弱了機體清除自由基的能力。測定血液或組織中這些氧化產(chǎn)物的水平，能夠間接反映機體內(nèi)氧化應(yīng)激水平。

        在糖尿病早期，腎組織內(nèi)部分抗氧化酶的活性代償性增高，而隨著糖尿病病程的延長，其活性逐漸下降，終導(dǎo)致了腎組織內(nèi)ROS的發(fā)生。SOD是機體存在清除氧自由基體系之一，它將過氧化物轉(zhuǎn)變成H2O2，而GPx和CAT則將H2O2分解成氧氣和水。通常GPx是生理條件下主要的抗氧化酶，而在嚴(yán)重應(yīng)激狀態(tài)下，CAT通過高效催化H2O2轉(zhuǎn)化為氧氣和水，在保護(hù)細(xì)胞免受氧化應(yīng)激損傷中起到非常重要的作用。在高糖環(huán)境中培養(yǎng)腎小球系膜細(xì)胞的早期，SOD轉(zhuǎn)錄水平升高，但其活性無變化，不能糾正抗氧化能力的下降。SOD的過度表達(dá)則能抑制過氧化亞硝基和MDA的形成，在DN的小鼠的活體試驗中db/db小鼠腎臟過氧化氫酶的過分表達(dá)，可減少ROS，減少血管緊張素和提前細(xì)胞凋亡基因的表達(dá)，減少編程性細(xì)胞凋亡[9]。Piwkowska 等[10]將小鼠足細(xì)胞暴露于高糖濃度下3-5天后，SOD/Nox4和NAD(P)H氧化酶的活性表達(dá)增加，GPx和CAT的活性降低。表明高血糖打破了小鼠足細(xì)胞氧化-抗氧化的平衡，可能在糖尿病腎病發(fā)生中起著重要的作用。

        大量研究證實抗氧化酶水平隨著糖尿病腎病的進(jìn)展而逐漸下降，自由基清除能力減弱，故抗氧化酶表達(dá)或活性下降在糖尿病氧化應(yīng)激中起重要作用，這與許多實驗的結(jié)果一致[3，11]。 目前也有不少研究涉及氧化應(yīng)激相關(guān)指標(biāo)應(yīng)用于預(yù)測糖尿病患者腎臟病變的發(fā)生。有研究指出，糖尿病前期患者血清中8-OHdG較正常人明顯增高，且8-OHdG水平與體重指數(shù)成正相關(guān)性，故肥胖可造成血糖升高進(jìn)而引起氧化性DNA損傷[12]。有早期腎病的l型糖尿病患者血中的MDA和羰基升高，GSH-Px、還原型谷胱甘肽、α-生育酚和β-胡蘿卜素卻降低，故1型糖尿病腎病患者早期的超濾過狀態(tài)和氧化損傷有關(guān)[13]。
        糖尿病患者外周血中單核細(xì)胞的硝基化蛋白含量可以作為預(yù)測包括DN在內(nèi)的糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生[14]。有關(guān)基因?qū)W的研究則證實，錳超氧化物歧化酶(MnSOD)、血管緊張素原(AGT)和血管緊張素1轉(zhuǎn)換酶(ACE)的基因多態(tài)性可作為預(yù)測糖尿病患者發(fā)生DN高危人群的遺傳學(xué)標(biāo)志[15]。研究表明，線粒體內(nèi)膜易位酶44能將線粒體靶向的前蛋白如SOD、谷胱甘肽過氧化物酶等抗氧化酶運輸?shù)骄€粒體基質(zhì)，從而減少ROS的產(chǎn)生、改變線粒體內(nèi)膜的電位、降低細(xì)胞凋亡、恢復(fù)線粒體的正常功能，因此線粒體內(nèi)膜易位酶44的基因傳遞機制可作為治療糖尿病腎病的一個新靶點[16]。

        3抗氧化治療

        目前研究發(fā)現(xiàn)除多種抗氧化劑維生素E、谷胱甘肽、褪黑素、α-硫辛酸等，蝦青素、新鮮大蒜、紅酒也可以降低氧化應(yīng)激水平，對腎臟起保護(hù)作用。此外，某些用于其他治療的藥物也被證實有抗氧化應(yīng)激的作用，對緩解DN發(fā)展皆有一定功效。例如他汀類藥物在不依賴于降脂的情況下，具有抗氧化作用，可減少糖尿病腎病的尿蛋白的排泄[17]。ARB類藥物可通過減少8-OHdG和NT的表達(dá)，提高血清SOD的活性，通過抗氧化作用延緩糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展[18]。鈣離子阻滯劑可以降低暴露于晚期糖基化終產(chǎn)物(AGE)中的腎臟系膜細(xì)胞晚期晚期糖基化終末產(chǎn)物受體(RAGE)mRNA的表達(dá)水平，進(jìn)而減少ROS的產(chǎn)生[19]。

        降糖藥噻唑烷二酮類可不依賴于降血糖效應(yīng)改善糖尿病腎病進(jìn)展，能減少腎小球活性氧簇的積聚從而阻止T1DM小鼠發(fā)展成糖尿病腎病[20]。格列齊特具有抗氧化作用，可清除自由基并使糖尿病鼠Mn-SOD、內(nèi)皮型一氧化氮及NAD(P)H酶表達(dá)的增加，從而使氧化應(yīng)激水平下降，減輕腎小球巨噬細(xì)胞浸潤及系膜細(xì)胞擴張[21]。Exendin-4可通過降低8-OHdG減少氧化應(yīng)激，緩解糖尿病腎病的發(fā)展[22]。

        4結(jié)語
        總之，氧化應(yīng)激在糖尿病腎病的發(fā)生發(fā)展中起著重要的作用，臨床上各種抗氧化劑的應(yīng)用是減輕腎臟損傷、延緩糖尿病腎病發(fā)展的重要手段之一。故探討氧化應(yīng)激在DN發(fā)病中的作用，將為DN的預(yù)防和治療提供新的研究思路。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]Susztak K，Raff AC，Schifier M，et al.Glucose-induced reactive ox-ygen species cause apoptosis of podocytes and pedocyte depletion at the onset of diabetic nephropathy[J].Diabetes，2006，55(1)：225-233.
 

        [2]Wu J，Mei C，Vlassara H，et al.Oxidative stress-induced JNK activation contributes to proinflammatory phenotype of aging diabetic mesangial cells[J].Am J Physiol Renal Physiol，2009，297(6)：1622-1631.
 

        [3]Kitada M，Kume S，Imaizumi N，et al. Resveratrol improves oxidative stress and protects against diabetic nephropathy through normalization of Mn-SOD dysfunction in AMPK/SIRT1-independent pathway[J].Diabetes，2011，60(2):634-643.
 

        [4]Tomohiro T，Kumai T，Sato T，et al.Hypertension aggravates glomerular dysfunction with oxidative stress in a rat model of diabetic nephrop-athy[J].Life Sci，2007，80(15)：1364-1372.
 

        [5]Shin XY，Hou FF，Niu HX，et al.Advanced oxidation protein products promote inflammation in diabetic kidney through activation of re-nal nicotinamide adenine dinucleotide phosphate oxidase.Endocri-nology，2008，149(4)：1829-1839.
 

        [6]Tabak O，Gelisgen R，Erman H，et al.Oxidative lipid，protein，and DNA damage as oxidative stress markers in vascular complications of diabetes mellitus[J].Clin Invest Med，2011,34(3):163-171.
 

        [7]Pan H Z，Zhang L，Guo M Y，et al.The oxidative stress status in diabetes mellitus and diabetic nephropathy[J].Acta Diabetologica，2010，47(1):71-76.
 

        [8]Lee SH，Nam BY，Kang EW，et al.Effects of an oral adsorbent on oxidative stress and fibronectin ex[x]pression in experimental diabetic nephropathy.Nephrol Dial Transplant，2010，25(7):2134-41.
 

        [9]Brezniceanu ML，Liu F，Wei CC，et al.Catalase overex[x]pression at.tenuates angiotensinogen ex[x]pression and apoptosis in diabetic mice[J].Kidney Int，2007，7l(9)：912-923.
 

        [10]Piwkowska A，Rogacka D，Audzeyenka I，et al,High glucose concentration affects the oxidant-antioxidant balance in cultured mouse podocytes[J]. J Cell Biochem,2011，112(6):1661-1672.
 

        [11]孫毓蔓.超氧化物歧化酶和氧磷脂酶-1在2型糖尿病腎病患者血清中的表達(dá)及臨床意義[J].細(xì)胞與分子免疫學(xué)雜志,2010，26(11):1120-1121.
 

        [12]Al-Aubaidy HA，Jelinek HF. Oxidative DNA damage and obesity in type 2 diabetes mellitus[J]. Eur J Endocrinol,2011，164(6):899-904.
 

        [13]Hernandez-Marco R,Codoner-Franch P，Pons Morales S，et al.Oxidant / antioxidant status and hyperfiltration in young patients with type 1 diabetes mellitus[J].Pediatr Nephro,2009,24(1)：121-127.
 

        [14]Julius U,Drel VR,Grassler J,et al.Nitrosylated proteins in monocytes as a new marker of oxidative-nitrosative stress in diabetic subjects with macroangiopathy[J].Exp Clin_Endocrinol Diabetes,2009,117(2)：72-77.
 

        [15]Hovnik T,Dolzan V,Bratina NU,et al.Genetic polymorphisms in genes encoding antioxidant enzymes are associated with diabetic retinopathy in type 1 diabetes[J]. Diabetes Care，2009,32(12):2258-2262.
 

        [16]Zhang Y，Wada J，Hashimoto I，et al.Therapeutic approach for diabetic nephropathy using gene delivery of translocase of inner mitochondrial membra-ne 44 by reducing mitochondrial superoxide production[J].J Am soc Nephrol，2006，17(4)：1090-1101.
 

        [17]廖華偉,嚴(yán)宗遜,劉曉惠，等. 阿托伐他汀對抗糖尿病腎病患者腎氧化損傷的臨床觀察[J].四川醫(yī)學(xué)，2009，30(11)：1706-1707.
 

        [18]Fujita H，Sakamoto T，Komatsu K，et al.Reduction of circulating superoxide dismutase activity in type 2 diabetic patients with microalbuminuria and its modulation by telmisartan therapy[J].Hypertens Res，2011 Aug 4. doi：10.1038/hr.2011.127.
 

        [19]Matsui T,Yamagishi S,takeuchi M,et al.Nifedipine，a calcium channel blocker，inhibits advanced glycation end product (AGE)-elicited mesangial cell damage by suppressing AGE receptor (RAGE) ex[x]pression via peroxisome proliferator-activated receptor-gamma activation[J].Biochem Biophys Res Commun，2009,385(2):269-272.
 

        [20]Zhang H,Saha J,Byun J,et al.Rosiglitazone reduces renal and plasma markers of oxidative injury andreverses urinary me[x]tabolite abnormalities in the amelioration of diabetic nephropathy[J].Am J Physiol Renal Physiol，2008,295(04) :1071-1081.
 

        [21]Onozato ML,Tojo A,Goto A,et al. Radical scavenging effect of gliclazide in diabetic rats fed with a high cholesterol diet[J].Kidney Int，2004,65(3):951-960.
 

        [22]R. Kodera，K. Shikata，et al.Glucagon-like peptide-1 receptor agonist ameliorates renal injury through its anti-inflammatory action without lowering blood glucose level in a rat model of type 1 diabetes[J].Diabetologia，2011，54(4):965-978.