TGFβ1/Smad通路在糖尿病肾病中的调控机制研究进展〔1〕

韩雪鸿，刘晶，武鸿儒，高晓芳，李兴*

(1.山西医科大学，山西 太原 030001；2.山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

TGFβ1/Smad通路在糖尿病肾病中的调控机制研究进展〔1〕

韩雪鸿1，刘晶2，武鸿儒1，高晓芳1，李兴2*

(1.山西医科大学，山西 太原 030001；2.山西医科大学第二医院，山西 太原 030001)

近年来，糖尿病患病率迅速增高，已成为全球主要的健康问题[1]。据国际糖尿病联盟预测，预计全球糖尿病患者数将从2013年的3.82 亿增加到2035年的5.92 亿。在中国，大约1.14亿的成年人患有糖尿病[2]，其中2型糖尿病患者占95%以上。糖尿病肾病(DN)是糖尿病最严重的并发症和导致终末期肾脏疾病的主要原因之一[1]。转化生长因子β1(TGF-β1)一直被认为是肾纤维化的关键介质，Smad依赖性信号通路是TGF-β1诱导纤维化的最经典的信号通路之一[3]，TGF-β1/Smad通路与DN的发生、发展密切相关。控制DN的进展不仅要控制血糖，同时要延缓肾纤维化过程。现就TGF-β1/Smad通路对DN形成、发展的影响关系予以综述。

1 糖尿病肾病

DN是糖尿病最严重的并发症和导致终末期肾脏疾病的主要原因之一[4]，是一种最常见的慢性肾脏病[5]。DN是1型糖尿病(T1DM)的主要死因；在2型糖尿病(T2DM)，其严重性仅次于心、脑血管并发症，常见于病史超过10年的患者。在糖尿病早期阶段，出现肾小球滤过率(GFR)增高和微量白蛋白尿[6]。随着糖尿病进展，出现肾小球损伤、蛋白尿，随后糖尿病引起肾小管间质病变，最终导致终末期肾脏疾病[1]。DN的病理变化主要表现为肾小球基质增生、肾小球基底膜增厚、肾小球硬化、肾小管萎缩以及间质纤维化[7]。肾纤维化，特别是肾小管间质纤维化几乎是所有慢性进展性肾脏疾病的共同结局，包括糖尿病肾病。肾纤维化是一个可靠的预测预后和肾功能不全的主要决定因素[8]。纤维化是DN的主要特点之一，表现为肾小球系膜细胞增生肥大，细胞外基质(ECM)过度沉积，间质纤维化等，导致瘢痕组织的形成和蛋白尿的产生[9]。近年来，TGF-β1、Smad在糖尿病肾病肾纤维化中所起的作用日益受到人们的关注，对其深入的研究，有望进一步揭示糖尿病肾病肾纤维化的发生机制。

2 TGFβ1/Smad通路

TGF-β共6 种亚型，在人类组织细胞中存在3种：TGF-β1、TGF-β2、TGF-β3[10]。TGF-β1为其中最重要的亚型，可由内皮细胞、上皮细胞、平滑肌细胞、成纤维细胞及大多数免疫系统细胞等分泌，具有广泛的生物学功能[11]。在肾组织中，TGF-β1主要分布在肾小球、肾小管以及间质中。TGF-β受体已知有三种：Ⅰ型受体(TβRⅠ)、Ⅱ型受体(TβRⅡ)、Ⅲ型受体(TβRⅢ)。TβRⅠ和TβRⅡ结构相似，均由富含丝氨酸(Ser)/苏氨酸(Thr)蛋白激酶的细胞内区、富含半胱氨酸的细胞外区和跨膜区组成。Ⅱ型受体不能单独转导信号，而激活的Ⅰ型受体可以单独转导信号。Ⅱ型受体可以自动磷酸化，即在未与受体结合时就已经发生磷酸化。Ⅲ型受体又称附属受体，为β聚多糖，一般在转导中促进活性的TGF-β。Smad是TGF-β家族下游信号转导蛋白，迄今共发现8 种，分别为Smad1到Smad8。根据它们的结构和功能，又分为3类[12]，即特异受体调节型(RSmad)，包括Smad1，Smad2，Smad3，Smad5和Smad8，Rsmad蛋白是TβR激酶的直接底物，主动参与特异性信号传递；公共调节型(co-Smad)，包括Smad4，是TGF-β家族共同需要的下游信号分子；抑制型(Ⅰ-Smad)，包括Smad6和Smad7，通过竞争性结合TβRⅠ在TGF-β信号传导过程中发挥抑制作用。在胞外活化的TGF-β1通过和TβRⅡ结合，引起该受体胞内段丝氨酸/苏氨酸蛋白激酶活化，TβRⅠ与TβRⅡ形成受体异聚体，进一步激活TβRⅠ的胞内段激酶，进而磷酸化Smad2和Smad3(pSmad2和pSmad3)，pSmad2、pSmad3可与Smad4结合，转移至细胞核后，完成信号的跨膜转导，影响相关基因的转录。

3 TGFβ1/Smad通路在糖尿病肾病中的作用

3.1 TGFβ1在糖尿病肾病中的作用

糖尿病肾病是糖尿病的并发症，主要是由TGF-β1通过Smad依赖和非依赖的信号转导通路介导的[13]。大量的研究表明，TGF-β是慢性肾脏病(CKD)进展肾脏纤维化相关的关键因子，TGF-β1具有多种生物学特性，包括细胞增殖、分化、凋亡、自噬、细胞外基质的生产加工等[14]。TGF-β对肾脏纤维化的影响，通过几种可能的机制：TGF-β1诱导直接加工生产，包括Ⅰ型胶原和纤维连接蛋白，通过Smad3的依赖或独立的机制[15]；TGF-β1抑制ECM的降解抑制基质金属蛋白酶(MMPs)可诱导基质金属蛋白酶组织抑制剂(TIMPs)和MMPs的天然抑制剂[16]；TGF-β1被认为在转向多种细胞肌成纤维细胞起着至关重要的作用，包括上皮细胞、内皮细胞和周细胞，肌成纤维细胞的起源，虽然仍然是不确定的[16]；TGF-β1直接作用于不同类型的肾脏固有细胞，例如：它可以促进肾小球系膜细胞的增殖，增加基质生产，或诱导肾小管上皮细胞和足细胞可能导致恶化的肾功能损伤和肾间质纤维化招致更严重的消除[17]。TGF-β1促进上皮细胞、内皮细胞向肌成纤维细胞转化，而抑制剂或拮抗剂阻断TGF-β/Smad信号减轻或逆转上皮-间质转化(EMT)或内皮-间质转化(EndMT)过程[18]。此外，TGF-β1可以促进肾脏纤维化通过细胞间相互作用机制，比如TGF-β1从受伤的上皮细胞释放能够激活周细胞-肌成纤维细胞转化[15]。

3.2 Smad在糖尿病肾病中的作用

研究表明，Smad2和Smad3在CKD患者和动物模型肾纤维化中广泛激活[14]。在肾纤维化中，Smad3基因是致病的，而Smad2起保护作用。Smad3抑制的缺失，而Smad2上调受阻，使结缔组织生长因子和血管内皮生长因子表达，且促进上皮细胞和内皮细胞转化[13]。Fujimoto等[19]发现，Smad3是引起糖尿病肾病纤维化的致病因子，在敲除Smad3的糖尿病肾病模型中，肾脏纤维化进展被阻止。Smad3通过直接结合促进肾间质纤维化的胶原基因启动子区触发生产，抑制ECM降解诱导TIMP-1降低成纤维细胞的MMP-1活性[20]。既往的研究表明Smad2和Smad3蛋白的作用在纤维化疾病中可能不同[21]。在体内和体外研究的结果发现，在肾小管上皮细胞Smad2基因敲除增强Smad3介导的肾纤维化，这与Smad3磷酸化和核易位的增加相关[22]。Smad7在DN中起到了保护作用，Smad7表达删除时，Smad3介导的肾纤维化和核因子-κB会引发肾脏炎症[14]。在TGF-β1/Smad信号通路的抑制调节，Smad7可通过诱导Smad3基因的机制，通过负反馈从而阻断信号转导TGF-β1[23]。TGF-β1不仅诱导Smad7基因的转录，而且促进Smad7的降解活化，通过激活Smad3依赖的Smurfs/arkadia泛素介导的蛋白酶体降解途径[24]。在CKD中，Smad7蛋白的水平显著降低，同时活性TGF-β1处于高水平。Smad7可竞争性与TβRⅠ结合，降解活化的TβRⅠ，反馈性抑制Smad2、Smad3磷酸化，从而抑制TGF-β信号的传导[25]。在CKD中，Smad7蛋白的水平显著降低，同时活性TGF-β1处于高水平。最重要的是，在梗阻性肾病、糖尿病肾病和高血压肾病中Smad7的缺失加速肾纤维化，提示Smad7可以治疗CKD[26]。一个平衡的转变TGF-β1/Smad信号由于减少Smad3但Smad7过度激活可能是一个关键的病理机制导致肾纤维化。因此，平衡TGF-β1/Smad信号通过下调Smad3活性，上调Smad7，以及专门调制Smad3基因的miRNA相关的纤维化，可能是防治CKD进展纤维化相关的有效疗法。

4 展 望

综上所述，TGF-β1/Smad信号通路在糖尿病肾病的发生发展中发挥重要作用。各类型Smad蛋白之间相辅相成，共同协调完成TGF-β1正常的生理状态表达和紊乱的病理状态表达。对TGF-β1/Smad信号通路的进一步深入研究不仅有助于阐明DN的发病机制，也将为DN的防治提供重要的途径。

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(本文编辑：张荣梅)

丹妮(1990— )，女，河南省济源市人，硕士学位，主要从事糖尿病的诊疗工作。

〔1〕本课题为山西省国际科技合作项目(项目编号：2015081031)；山西省卫生计生委科研课题(项目编号：2014040)

2016-12-28

*本文通讯作者：李兴