活性氧簇和糖尿病肾病

1、活性氧簇和糖尿病肾病陆伟芳,吴英沈阳二四二医院,沈阳市皇姑区乐山路3号(110034 【摘要】糖尿病肾病(DN是以细胞外基质在肾脏的过度聚集导致肾小球系膜增生和肾小管间质纤维化为特征的严重微血管并发症。是糖尿病致残因素和重要的死亡原因之一。直接关系到糖尿病病人的生活质量和预后。而越来越多的证据表明活性氧簇(ROS 在DN 的发生和发展中扮演着重要的角色。ROS是生物体内有氧代謝过程中产生的活性产物,其能破坏组织蛋白、脂肪、核酸反应同时产生过氧化脂质,从而放大氧化损伤。本文简述了DN 中ROS 调节的信号通路,包括高糖介导ROS 产生的机制、ROS 活化信号转导通路、ROS 与糖尿病肾脏基质的重

2、构,这为抗氧化方法能否成为治疗DN 的新策略提供了一定依据。【关键词】糖尿病肾病;活性氧簇;抗氧化剂;蛋白激酶C;血管紧张素转化酶抑制剂;细胞外基质;过氧化氢酶Reactive oxygen series(ROSand diabetic nephropathy(DNLu Wei-fang ,Wu Ying.242 Hospital of Shenyang, Shenyang 110034,China 【Abstract】Diabetic nephropathy(DNis one of the common serious microvascular complications of diabe

3、tes mellitus(DM,as a result of the feature between glomerular mesangial membrane proliferation and interrenal fibrosis for extracelluar matrix(ECMexcessive accumulation in the kidney.Many patient with DM are predisposed to developing Diabetic nephropathy and die from it.It is directly relative to li

4、ving quality and prognosis of patient with DM.And more and more evidence confirmed to importance of reactive oxygen series(ROSin the DM occuring and developing.ROS is the reactive matter of oxygen metabolism in the living being.It can destroy organizational protein,fat,reaction of nucleic acid,at th

5、e same time product grease of peroxide ,and increase the weight of oxgen jnjury.The literature recount thoroughfare of ROS adjustion in the DN ,including on mechansm of ROS production ,the thoroughfare of transform ,ROS and reconstruction of DNmatrix.It provide evidence for antioxidantion in the tre

6、atment of DN.【Key Words】diabetic nephropathy(DN;reactive oxygen series(ROS; antioxidant(AOD; protein kinase C(PKC;angiotensin-converting enzyme inhibitor(ACEI;extracelluar matrix(ECM;catalase(CAT糖尿病是胰岛素分泌缺陷和/或胰岛素作用障碍,导致的一组以高血糖为特征的慢性代谢性疾病1-2。长期高血糖可导致多种组织、器官的损伤,功能障碍和衰竭。高糖导致的肾脏损伤是通过复杂交叉的通路,包括晚期糖基化终末产物(

7、AGEs 的形成、蛋白激酶C( PKC 的活化、活性氧簇(ROS 的生成以及其他。大量证据表明ROS 在糖尿病肾病(DN 的启动和发展过程中起着重要的作用。Ros可通过刺激转化生长因子1(TGF1、血管紧张素(Ang、AGES的过度表达和产生,激活蛋白激酶C(PKC和丝裂原激活蛋白激酶(MAPK、介导AGES激活核转录因子KB(NFB、PKC1以及介导AGES刺激TGF1的转录等作用而参与糖尿病肾病ECM聚积和发展。现介绍如下。1 DN中ROS 的产生及其活化的信号通路1. 1 高糖状态下介导ROS 产生生成,从而说明NADPH氧化系统和线粒体代谢对高糖介导的ROS 的生成均有作用。1. 2

8、使ROS 活化的相关信号转导通路体内外实验均证实,在糖尿病肾病的发生、发展中Ros起了极其重要的作用,大量实验证明,抗氧化剂可预防和治疗型糖尿病患者的DN和大鼠DN10.11,高糖诱导的Ros可增加细胞外基质(ECM在肾小球的沉积,使肾小球肥大,转化生长因子(TGF-,纤连蛋白和胶原的表达增加,Ros可能通过激活信号转导系统及转录因子在糖尿病的发生、发展中起作用。Studer12等研究表明Ros调控的信号通路可导致ECM在糖尿病性肾脏的沉积,Lee等13观察在链脲佐菌诱导的糖尿病鼠肾小球,抗氧化剂氨基乙酸能有效阻断PKC和PKC的膜转位,从而证实在糖尿病肾脏Ros也能激活PKC。Dunlop

9、等证明在STZ大鼠的肾小球中有明显的p38 丝裂原活化蛋白激酶(MAPK 的活化,而过氧化氢可活化对照组肾小球中的p38MAPK。抗氧化剂可明显抑制STZ 大鼠肾皮质中p42/ p44MAPK 和p38MAPK的活化14 。Wilmer 等提出在系膜细胞高糖介导的p38MAPK的活化可被NAC 有效抑制。Wang 等15 观察到,在系膜细胞高糖可活化应激活蛋白激酶(JAK/ STAT , 而抑制JAK2 和STAT1 可有效的抑制高糖介导的TGF-1 和纤维连接蛋白的表达,提示在糖尿病肾脏ROS 可调节JAK/STAT的活化。SK等人16在研究过氧化物对人晶状体上皮细胞CTGF影响的实验发现,

10、活性氧簇可以诱导CTGFmRNA表达,而AG-490(JAK2抑制剂呈剂量依赖方式抵消,从而证实AG-490可抑制高糖所导致JAK/STAT磷酸化,并且为活性氧簇的表达之间的联系提供直接的证据。2ROS 与肾内基质重构ECM在肾脏中过度沉积是糖尿病肾病的特征之一, 肾功能的下降与肾细胞外基质( ECM 沉积密切相关,其沉积数量取决于合成与降解的平衡。已证实,ROS 可促进肾内ECM 的合成,并可能通过调节TGF-1 介导的上皮间质细胞转化( EMT 在减少ECM 的降解方面起关键性作用。Lee 等发现高糖, TGF - 1 和由糖氧化酶产生的H2O2 能上调PAI - 1 mRNA 及蛋白的表

11、达,同时显著的抑制纤维蛋白溶酶活性17 ,抗氧化剂能抑制这种作用。被耗尽GSH 的系膜细胞,PAI - 1 mRNA 及蛋白表达水平上升而用抗氧化剂过氧化氢酶,trolox 等可有效的逆转这种效应。表明在肾系膜细胞中ROS介导了高糖和TGF - 1 引起的PAI - 1 mRNA 及蛋白的表达和纤维蛋白溶酶活性的降低,进而使ECM沉积增多。另有研究表明ROS介导了在内皮细胞中高糖导致的PAI - 1 表达,以及在肾小管上皮细胞中放射损伤导致的PAI - 1 表达。Li 等18提出,TGF-1 可导致Smad2 的磷酸化,使上皮细胞转化为肌成纤维细胞表型,而Smad7 过度表达可明显抑制TGF-

12、1 介导的Smad2 活化,从而可预防EMT 和胶原纤维的合成。Bakin 19报道p38MAPK参与了TGF-1 导致的EMT。在肾小管上皮细胞,外源的过氧化氢和TGF-1 导致了EMT ,抗氧化剂NAC 和过氧化氢酶能有效地抑制TGF-1 导致的EMT。这些数据提示,ROS 在诱导EMT 中起重要作用,而EMT 可导致小管间质的纤维化。Yang 等20证明了在小鼠中组织型纤溶酶原激活剂(tPA的缺乏可选择性的阻遏EMT ,并能明显降低基质金属蛋白(MMP29 的产生,对肾小管基底膜的结构和功能有巨大的保护作用。3 抗氧化药物与DN维生素C 和维生素E 单独或联合应用于糖尿病的动物模型可使氧

13、化应激的许多参数如细胞的氧化应激标志物NF-B 等正常化21,预防和逆转DN的早期改变。但近几年的研究发现除多种抗氧化剂(维生素E、C、- 硫酸辛等 外,他汀类药物、血管紧张素转化酶抑制剂(ACEI 、部分钙通道阻滞剂(CCB 类药物及部分中药成分也能拮抗DN 的氧化损伤,延缓DN 的发生发展 22 ,23 。与动物研究相似,大多数的临床研究着重于抗氧化治疗对糖尿病并发症的作用。有报道提示, PKC 抑制剂calphostin C 及L Y333531 对糖尿病肾脏亦有保护作用。但是药物的单一抗氧化治疗仅能部分减轻白蛋白尿、改善肾小球结构异常。所以选择一种具有多种治疗机制的药物可能起到更强的肾

14、脏保护作用。近年研究显示,噻唑烷二酮类药物( TZD 具有不依赖于胰岛素增敏作用的肾脏直接保护作用,在未降低糖尿病大鼠高血糖水平的情况下, TZD 可减少蛋白尿,抑制肾小球系膜肥大及ECM 增生。其可能的作用机制是:在高血糖状态下, TZD 可通过激活肾小球中二酰基甘油激酶(DGK ,抑制二酰甘油(DAG - PKC - 细胞信号调节激酶(ERK 通路活性而改善肾小球高滤过状态、抑制ECM 蛋白的过度产生。也有动物实验提示TZD 有抗氧化作用,可以抑制细胞内ROS 生成过多, 减少高糖诱导的氧化应激 24 。Bagi 等 25发现罗格列酮可降低糖尿病鼠NAD( P H 诱导的ROS ,升高过氧

15、化氢酶活性,从而达到对肾脏的保护。综上所述,糖尿病中氧化应激水平的升高是多方面因素参与所致,糖尿病肾脏比较容易受氧化应激攻击,导致肾组织细胞破损,基质重构,纤维化和信号通路的异常,这些损伤促进了糖尿病肾病的发生发展。而抗氧化药物研究为DN的治疗提供了美好的前景。参考文献1.陆菊明,潘长玉,田慧等。糖耐量减低患者尿蛋白排除率观察。中国糖尿病杂志,1995,3:210-2132.潘长玉,陆菊明,田慧等2型糖尿病患者初诊时血管并发症患病率的调查分析。中华内分泌代谢杂志,1997,13:201-2053. Ha H , Yang Y, Lee HB. Mechanisms of reactive ox

16、ygen species gener-ation in LLC2PK1 cells cultured under high glucose. J Am Soc Nephrol ,2002 ,13 :531A.4. Ha H ,Yu MR ,Choi YJ ,et al . Role of high glucose2induced nuclear fac-Tor- B activation in monocyte chemoattractant protein-1 expression bymesangial cells. J Am Soc Nephrol ,2002 ,13 :8942902.

17、5. Ha H ,Yang Y,Lee HB.Mechanisms of reactive oxygen species genera-tion in LLC2PK1 cells cultured under high glucose. J Am Soc Nephrol ,2002 ,13 :5312534.6. Yang Y,Ha H ,Lee HB. Role of reactive oxygen species in TGF21-induced epithelial-mesenchymal transition. Nephrol Dial Transplant ,2003 ,18 (Su

18、ppl 4 :3002305.7 Fontayne A ,Dang PM,Gougerot-Pocidalo MA ,et al . Phosphorylation ofp47phox sites by PKC,and:effect on binding to p22phox and onNADPH oxidase activation. Biochemistry ,2002 ,41 :774327750.8 Frey RS ,Rahman A ,Kefer JC ,et al . PKCregulates TNF22induced ac-tivation of NADPH oxidase i

19、n endothelial cells. Circ Res , 2002 , 17 :101221019.9 Li NM, Shah AM. Intracellular localization and preassembly of theNADPH oxidase complex in cultured endothelial cells. J Biol Chem,2002 ,277 :199*.10. Lal MA, Korner A, Matsuo Y, et al. Combined antioxidant and comT lnhibitortreatment reverses re

20、nal abnormalities in diabetic rats. Diabetes ； 2000, 49:1381-1389. 11. Melhem MF, Craven PA, LiaChenKo J, et al. -Lipoic acid atternantes hyperglycemia and prevents glomerular mesangial matrix expansion in diabetes. J Am Soc Nephrol, 2002, 13:108-116. 12. Studer RK, Cerubertis FR, YU HY, et alJ Meta

21、bolism, 1997, 46:91829251. 13. Ha H, Yu MR, Choi YJ, et al.Activation of protein kinase C-delta and C-epsilon by oxidative stress in early diabetes rat kidney Dis , 2001, 38(S1:S204 14. Lee GT ,Ha H ,Jung M,et al . Delayed treatment with lithospermate B attenuates experimental diabetic renal injury.

22、 J Am Soc Nephrol ,2003 ,14 :7092720. 15. Wang X,Shaw S ,Amiri F ,et al . Inhibition of the JAK/ STAT signaling pathway prevents the high glucose induced increase in TGF2 and fibronectin synthesis in mesangial cells. Diabetes ,2002 ,51 :350523509. 16.Traub O,Monia BP,Dean NM, et al.PKC-epsilon is re

23、quire for mechano sensitive activation of ERK1/2 in endothelial cells. J BioChem,1997,272(50:31251-31257 17. Lee HB SJ ,Jiang Z ,Ha H. Reactive oxygen species mediate high glucose and TGF - induced upregulation of plasminogen activator inhibitor 1 expression in mesangialcells.In :EuropeanDiabeticNep

24、hropathystudygroup15thmeeting ;2002 , Barcelona - Catalunya ,Spain ;2002. 18. Li JH ,Zhu HJ ,Huang XR. Smad7 inhibits fibrotic effect of TGF-on renal tubular epithelial cells by blocking smad2 activation. J Am Soc Nephrol ,2002 ,13 :146421472. 19. Bakin AV ,Rinehart C ,Tomlinson AK,et al . P38 mitog

25、en-activated protein kinase is required for TGF22 mediated fibroblastic transdifferentiation and cell migration. J Cell Sci ,2002 ,115 :319323206. 20. Yang J ,Shultz RW,Mars WM,et al . Disruption of tissue-type plasminogen activator gene in mice reduces renal interstitial fibrosis in obstructive nephropathy. J Clin Invest ,2002 ,110 :152521538. 21. Abiko T ,Abiko A , Clermont AC , et al . Characterization of retinal leukostasis and hemodynamics in insulin resistance and diabetes :role of oxidan