TGF―β/Smad信号通路在糖尿病肾病上皮细胞向间充质转化中的作用

【摘 要】转化生长因子-β（TGF-β）是糖尿病肾病发展中的一个关键介质，已知TGF-β通过激活它的下游介质Smad2和Smad3发挥生物学效应，并被抑制性Smad7负调节。大量证据支持TGF-β和其下游的Smad信号在糖尿病肾病肾纤维化的发展中的作用。上皮细胞向间充质转化（EMT）是糖尿病肾病肾小管间质纤维化的基本病理。本文旨在总结TGF-β/Smad信号通路在糖尿病肾病发生发展的机制及作用，为糖尿病肾病的治疗策略提供理论依据。

【关键词】转化生长因子-β； Smad ；糖尿病肾病； 上皮细胞向间充质转化

【中图分类号】R69 【文献标识码】A 【文章编号】1004―7484（2013）10―0032―02

糖尿病肾病作为糖尿病的一个主要并发症，已逐渐成为终末期肾脏病的主要原因。它的发病机制是多因素的，确切的机制仍不明确。目前已提出的几种机制包括晚期糖基化终末产物（AGEs）产生的增多，多元醇通路的加强，蛋白激酶C的活化，和氧化应激的增强[1]。其中，转化生长因子-β（TGF-β）信号通路的激活在糖尿病肾病的发展中起关键作用[2]。体外研究证明高糖和AGEs诱导细胞外基质（ECM）的产生 ，同时降低ECM的降解[2]，均是TGF-β依赖性的[2]。来自1型或2型糖尿病动物模型的结果进一步表明TGF-β是糖尿病肾病的一个重要介质[2]。另外，在实验性和人类糖尿病肾病中均观察到了Smad2/3的激活[2]，意味着肾脏Smad2/3的激活在糖尿病肾病的发病机制中发挥关键作用。大量研究支持TGF-β/Smad信号通路在糖尿病肾病发病机制中的重要性。

1 TGF-β/Smad信号通路

纤维化过程中起主要作用的TGF-β1，是抑制ECM降解同时促进ECM产生的一个关键介质[3]。所有生物效应由Smad依赖性路径通过其下游介质激活Smad2和Smad3介导。与其II型受体连接后（TβRII），TGF-β1激活TGF-βⅠ型受体（TβRI）激酶。这个过程导致Smad2和Smad3的磷酸化。 Smads分为3类，受体调节的（R） Smads（Smad1，2，3，5和8），共同的（CO）Smads（Smad4）和抑制性（I）Smads（Smad6和7）[4]。磷酸化的Smad2、Smad3和Smad4形成低聚体复合物，之后这种Smad复合物移位到细胞核内并调节靶基因转录[5]。

Hui等人的研究揭示在TGF-β介导的肾纤维化中Smad2和Smad3的确切作用[6]。EMT中TGF-β1针对性的调控基因大多数依赖Smad3的转录调节。最近研究证明在血管紧张素Ⅱ诱导的近端肾小管EMT也是Smad3依赖性的[7]。在单侧输尿管梗阻的模型中，从肾小管上皮细胞删除Smad2显著促进纤维化[8]。在对TGF-β1的反应中，肾小管上皮细胞Smad2表达的衰减也促进纤维化标记的表达。同样，在糖尿病和高血压条件下的肾和心血管纤维化由Smad3介导 ，但被Smad2 抑制[9]，表明Smad2和Smad3在调节TGF-β靶基因中可能发挥互补作用。在缺少Smad3基因表达的1型糖尿病啮齿类动物模型中，糖尿病肾损害的抑制支持Smad3可能在糖尿病肾病中发挥关键作用[10]。

TGF-β/Smad信号通路被严格调控以保持细胞内的平衡。这种保障机制保护细胞免受不必要的TGF-β应答，并被抑制性Smads负调节[11]，抑制性Smads（Smad6和Smad7）抑制R- Smad磷酸化，通过阻止它们到达TBRI，和/或通过促进受体复合物的降解。多个研究表面，Smad7的过度表达可以抑制Smad2/3的激活和肾纤维化和炎症[11]。在1型糖尿病肾病的啮齿类动物模型中也发现，Smad7在DN的发展中的保护作用[12]。另一发现进一步支持该观点，与野生型小鼠相比，Smad7基因敲除小鼠发展了更严重的糖尿病肾损害，因为这些小鼠有更高水平的尿白蛋白排泄、肾纤维化和肾炎症反应[12]。增强的TGF-β和NF -κB信号通路的激活是发生在缺少Smad7的糖尿病小鼠中增强的肾纤维化和炎症的机制。相反，通过超声微泡介导技术将Smad7基因导入糖尿病大鼠肾脏中显著降低了微量白蛋白尿，TGF-β/Smad介导的肾纤维化和NF-κB驱动的肾脏炎症反应的发展[12]。

越来越多的证据表明，糖尿病肾病也是一种炎症性疾病，Smad7的损耗有助于糖尿病炎症的发展，作为NF-κB信号传导通路激活的结果。在病理学条件下，Smad7的损耗归因于E3泛素连接酶的激活[11]。肾脏Smad7的损耗不仅导致TGF- β/Smad3-介导的肾纤维化，而且还通过激活NF -κB依赖性炎症反应加强肾脏炎症[12]。

2 肾脏的上皮细胞向间充质转化

发育上，肾小管来源于后肾间质，经历由间充质到上皮细胞的转分化过程。这种细胞分化不是一成不变的，通过EMT细胞保留能够恢复到原来的间充质形态的能力。通常与胚胎起源的上皮细胞有关，这种可塑性在发展的早期阶段至关重要。

在EMT中，上皮细胞特性的丧失恰逢间充质表型相关的蛋白的获得。这些形态和表型的改变分四个不同阶段发生：（a）上皮细胞粘附分子如E-钙粘蛋白和紧密连接蛋白ZO-1的丧失被（b）间充质标记物α-SMA和中间丝蛋白波形代替。细胞粘附分子的丧失伴随着（c）导致肾小管基底膜（TBM）中断的细胞骨架重构和形态学变化。（d）这些细胞具有从TBM迁移到间质的能力。这种迁移能力导致ECM沉积的增加，并使EMT在肾小管间质纤维化的病理中成为关键。肾小管上皮细胞有E-钙粘蛋白固定在一起形成一个高度结合的上皮层。E-钙粘蛋白表达的丧失发生在EMT的早期阶段，并导致上皮细胞层中细胞的分离[13]。这代表一系列事件的开始，并以从上皮细胞到间充质表型的转变告终。E-钙粘蛋白的变化迅速伴随着间充质标记的上调。肌动蛋白细胞骨架到应力纤维的重组伴随着细胞角蛋白与成纤维细胞特异性蛋白1表达的交换。这些形态和表型改变支持基质重塑和迁移横跨TBM到间质环境，进一步加剧纤维化[14]。

在糖尿病肾病的早期进展过程已观察到肾小球纤维化。在这些早期阶段虽然肾小管间质纤维化也可以表现出来，但肾小管间质的纤维化物质的建立易伴随着疾病进展，与肾功能的逐渐下降有关[15]。虽然在DN中的成纤维细胞的起源仍不太清楚，进展的肾纤维化可能部分是由EMT诱导的表型改变介导的。来自糖尿病动物和糖尿病肾病患者的肾脏的肾组织的分析，证实EMT诱导的变化的存在。最近在链脲菌素（STZ）处理的wistar Kyoto大鼠，Sprague-Dawley大鼠和STZ Ren-2大鼠中观察到了EMT的标志[16]。Yamaguchi等最近的研究[17]认为，糖尿病患者足细胞的成纤维细胞特异性蛋白1的存在很有可能与通过EMT足细胞分离的诱导有关，因为肾小球足细胞的消耗是进展中的糖尿病肾病的一个重要的特点。

3 TGF-β1在糖尿病肾病中的作用

通过肾小球硬化、肾小管间质纤维化、炎症过滤、肾功能架构的丧失，肾纤维化在对ECM的应答中形成。在糖尿病肾病中，渐进的肾小管间质纤维化代表慢性肾衰的最终的共同路径，而且是EMC成分降解的改变和产生增加的结果。肾单位数量的下降与增加的纤维化相平行，因为间质性疤痕取代了病理过程中肾单位丧失的空间，最终导致肾功能受损。

TGF-β1是糖尿病肾病的主要介质，并且在ECM 积累的发展中起关键作用[18]。肾纤维化和EMT之间的联系15年前已在反管状膜病鼠模型中提出[19]。Iwano M等学者证明，那些基质产生细胞存在肾小管间质空间内，36%是上皮来源，并且通过EMT起源于肾小管上皮细胞[20]。在体内，EMT的证据已在各种形式的CKD被描述，包括糖尿病肾病[21]。虽然有超过十几种纤维化因子影响肾功能，被广泛认可的是TGF-β1和其下游的Smad信号通道，是肾纤维化的主要途径[18]。事实上，在动物模型和人类的多种慢性肾脏病都普遍存在TGF-β的上调。在肾病的实验模型中描述了TGF-β受体的表达增加，包括膜性肾病、梗阻性肾病和糖尿病肾病[22]，而自发糖尿病的动物模型表明在高血糖开始的3-7天TGF-β1 mRNA的表达增加[23]。链脲菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠，在高血糖的3天内TGF-β1和II型TGF-β受体的mRNA表达都增加[23]。葡萄糖诱导的TGF-β1介导的ECM增加在培养的肾小球系膜细胞、足细胞和肾小管上皮细胞[24]均有报道，它的累积效应是对肾实质的破坏。糖尿病肾病纤维化的临床研究证实Ⅰ和Ⅱ糖尿病患者肾脏中TGF-β1产生的增强，它的表达与血糖控制的程度紧密相关[25]。

4 治疗干预

随着对TGF-β信号在糖尿病肾病发展中的作用的深入理解，寻找一种成功抑制糖尿病肾病中TGF -β诱导的肾纤维化的治疗策略迫在眉睫。

在过去十年中，使用一种抑制糖尿病肾病中TGF-β信号的中和抗体抗TGF-β抗体对1型或2型糖尿病肾病的小鼠进行的长期治疗，防止了肾小球系膜基质扩张并减轻了肾功能下降，但增加的尿白蛋白排泄没被影响[26]。此外，用中和抗体对肾组织TGF -β活性的抑制部分逆转了糖尿病肾病的小鼠模型中的细胞外基质扩张和肾小球基底膜增厚[27]。这些结果表明，即使糖尿病肾病已经发展，TGF-β的抑制仍有用。

一些抗纤维化和肾脏保护剂被指出部分减轻TGF-β诱导的纤维化，包括骨形态发生蛋白7（BMP-7）和肝细胞生长因子（HGF）。随着EMT，TGF-β水平的增加与BMP-7表达的减少相平行。BMP-7减轻TGF-β诱导的肾纤维化[28]和拮抗TGF-β诱导的Smad3依赖性的EMT [29]。与BMP-7一样，HGF和TGF-β有一个相互的联系。HGF抑制TGF-β诱导的EMT，改善许多肾脏疾病模型中的肾纤维化损伤[30]。HGF的给予减少肾功能丧失，而HGF信号的阻断进一步加重肾纤维化的程度和进展[30]。

5 结语

越来越多证据表明TGF-β是一种纤维化因子，在糖尿病肾病的发展中发挥关键作用。TGF-β诱导的EMT是糖尿病肾病中纤维疤痕形成的关键因素。抑制TGF-β/Smad信号通道代表一种可行的治疗策略，以减轻肾纤维化和恢复肾功能。抗纤维化生长因子HGF和BMP-7能逆转肾纤维化，新型肾脏保护剂的使用有助于减轻包括糖尿病肾病在内的慢性肾脏疾病的并发症。

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作者简介：

秦娟（1982-），女，汉族，山西长治人，硕士研究生，医师

通讯作者：

吴艳，遂宁市中心医院