综述：糖尿病肾病中的肾小管损伤：早期诊断与干预策略

《DIABETES-METABOLISM RESEARCH AND REVIEWS》：Tubular Injury in Diabetic Kidney Disease: Early Diagnosis and Intervention Strategies

本综述系统阐述了糖尿病肾病（DKD）中肾小管损伤的核心作用，超越了传统上对肾小球病变的关注。文章深入探讨了高糖和脂质积累诱导线粒体功能障碍、内质网应激、免疫炎症和RAAS激活等分子机制，详细介绍了肾小管损伤的新型生物标志物（如KIM-1、NGAL）及其在早期诊断中的应用，并全面评述了针对氧化应激、炎症、程序性细胞死亡和纤维化的新兴治疗策略（包括SGLT2抑制剂、GLP-1RA、MSCs等），为DKD的早期干预和精准治疗提供了重要见解。

　　

1 引言

糖尿病肾病（Diabetic Kidney Disease, DKD）是糖尿病最严重的并发症之一，也是导致终末期肾病（ESRD）的主要原因。全球糖尿病患病率持续攀升，预计到2030年患者人数将达5.52亿，其中约40%的2型糖尿病（T2D）和30%的1型糖尿病（T1D）患者会出现肾脏损伤。DKD的高发病率、高死亡率及其带来的经济负担，对个人和公共卫生系统构成了巨大压力。

传统观点认为DKD的发病机制以肾小球损伤为中心，微量白蛋白尿被视为早期诊断指标。然而，近年研究发现，肾小管损伤在DKD的发病机制中同样扮演着不可或缺的角色，并且在疾病早期即可出现，甚至先于微量白蛋白尿。一些肾小管损伤的生物标志物在无明显肾小球损伤的糖尿病患者尿液中即可被检测到，表明肾小管损伤可能是DKD的早期病变，并不完全继发于肾小球损伤。因此，阐明肾小管损伤的分子机制对于开发新的治疗干预措施、识别药物干预靶点以及阻止DKD进展具有重要意义。

2 肾小管损伤的机制

2.1 氧化应激

高糖环境是DKD中肾小管损伤的根本病理诱因。高血糖触发线粒体功能障碍和活性氧（ROS）的过量产生。内源性ROS的主要来源包括线粒体ROS、烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）、解偶联的内皮一氧化氮合酶（eNOS）、黄嘌呤氧化酶（XO）和细胞色素P450（CYP450）。其中，NOX4在肾小管中高表达，是糖尿病肾脏中ROS的主要来源。相反，NOX5主要在肾小球表达，其衍生的ROS会促进DKD进展。

ROS的激活是线粒体损伤引起氧化应激的关键。简要来说，氧化应激和ROS积累激活多条信号通路，如核因子κB（NF-κB）、PKC、Janus激酶/信号转导与转录激活因子（JAK/STAT）、磷脂酰肌醇3-激酶/蛋白激酶B（PI3K/Akt）、丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）、TGF-β/p38/MAPK和哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（mTOR）等，从而导致肾小管损伤。

乙酰辅酶A合成酶2（ACSS2）在糖尿病近端肾小管上皮细胞（PTECs）中表达升高，通过抑制Sirtuin 1（SIRT1）表达，诱导线粒体氧化应激和肾小管内的炎症。此外，线粒体ROS/硫氧还蛋白相互作用蛋白（TXNIP）/NLRP3/IL-1β和TLR4/NF-κB信号通路的激活，以及 disulfide-bond A oxidoreductase-like protein（DsbA-L）或PTEN诱导的丝氨酸/苏氨酸激酶1（PINK1）的耗竭，加剧了线粒体断裂和氧化应激，最终导致肾小管损伤恶化。

2.2 内质网应激

在高糖、蛋白尿、晚期糖基化终末产物（AGEs）和游离脂肪酸增加的情况下，内质网（ER）应激被诱导。值得注意的是，内质网-线粒体相关膜（ER-MAMs）可能在DKD的发病机制中起重要作用。在高糖条件下，内质网驻留蛋白网状蛋白-1A（RTN1A）高表达，通过调节ER-线粒体接触，加重肾小管上皮细胞（TECs）的ER应激，促进PTEC损伤和肾小管间质纤维化。此外，ER应激可通过介导XBP1/Hrd1/Nrf2信号通路启动铁死亡相关的上皮-间质转化（EMT）。

2.3 免疫炎症

炎症在DKD的发生和进展中至关重要。线粒体功能障碍和脂质积累增加了ROS的产生，并激活相关的信号通路和转录因子。暴露于高葡萄糖水平的肾小管细胞增强了促炎因子如细胞间粘附分子1（ICAM-1）、单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）和骨桥蛋白（OPN）的产生，这些因子促进了巨噬细胞和单核细胞等炎症细胞的浸润和募集。此外，高血糖诱导炎症细胞因子的分泌，包括白细胞介素-1β（IL-1β）、IL-6和肿瘤坏死因子α（TNF-α）。这些过程共同导致肾小管损伤并加剧DKD的进展。

NOD样受体蛋白3（NLRP3）炎症小体是一种多聚体蛋白复合物，主要由ROS激活。其激活触发caspase-1介导的pro-IL-1β和pro-IL-18的切割，随后导致其成熟形式从细胞中分泌，从而加剧进一步的炎症过程和氧化应激。NLRP3炎症小体激活可驱动近端肾小管内IL-1β分泌和caspase-1激活。

先天免疫系统利用模式识别受体（PRRs），如Toll样受体（TLRs）和核苷酸结合寡聚化域（NOD）样受体（NLRs），可以识别细胞外和细胞内区室中的病原体相关和损伤相关的分子模式（PAMPs/DAMPs），从而触发一系列炎症反应，促进肾纤维化，并最终导致DKD中的肾功能损害。DAMPs在高血糖应激下从受损的肾细胞释放，是DKD中无菌炎症的关键驱动因素。例如，高迁移率族蛋白B1（HMGB1）是涉及肾脏和全身炎症的关键DAMP之一，TLR4和RAGE是其 primary receptors。

趋化因子及其受体（CCRs）关键地介导了DKD中的免疫细胞浸润和肾小管间质炎症反应。转录组分析显示，DKD患者中CCRs（CXCL2, CXCL8, CXCL10, CCL20）上调，协调了致病性免疫亚群的浸润。巨噬细胞炎症蛋白-3α（MIP-3α）是一种CC趋化因子，是DKD进展中炎症的重要致病介质。它在高血糖下的近端肾小管细胞中显著上调。

2.4 RAAS激活

肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）在维持血流动力学稳定方面起着至关重要的作用。RAAS激活发生在DKD中并促进疾病进展。血管紧张素II是RAAS的关键效应物，在DKD中升高，并作为局部激素和生长因子调节肾小管间质结构和功能。它促进单核细胞和巨噬细胞浸润，并介导多种细胞因子和趋化因子的激活，最终导致近端肾小管细胞凋亡。此外，血管紧张素II促进ROS产生，释放促炎细胞因子，并通过促进醛固酮表达诱导纤维化。

除了经典的RAAS，替代的RAAS成分也在DKD中发挥重要作用。虽然经典的RAAS轴（ACE/Ang II/AT1R）促进炎症和纤维化，但替代的RAAS通路发挥 counter-regulatory 作用。例如，激活AT2受体可以通过促进一氧化氮产生和钠排泄来缓解AT1受体诱导的血管收缩和细胞外基质沉积的负面影响。血管紧张素-(1-7)（Ang-(1-7)）是一种由血管紧张素II（Ang-II）通过血管紧张素转换酶2（ACE2）作用产生的七肽，具有血管舒张特性，并通过激活蛋白酪氨酸磷酸酶拮抗肾小管上皮细胞中的生长促进信号通路。

2.5 肾小管细胞的关键生物学事件

在糖尿病的早期阶段，高葡萄糖水平、AGEs和脂质积累促进氧化应激、ER应激、炎症反应和RAAS激活，这些都有助于近端肾小管的功能和形态变化。近端肾小管经历增殖、肥大、EMT、自噬和程序性细胞死亡（凋亡、坏死性凋亡、焦亡和铁死亡），最终导致肾小管间质纤维化和DKD进展为ESRD。

3 肾小管损伤的生物标志物

以往用于评估DKD存在和进展的指标包括血尿素氮、血清肌酐、肾小球滤过率（GFR）和蛋白尿。然而，这些标志物对肾功能微小变化的敏感性不足，因此需要更敏感和特异的标志物来评估肾损伤。肾小管损伤标志物可用于评估DKD早期阶段的初始肾小管功能障碍或损伤。

3.1 传统生物标志物

近年来，发现了许多肾小管损伤的生物标志物，它们具有作为DKD发生和进展标志物的临床意义，包括肾损伤分子-1（KIM-1）、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白（NGAL）、胱抑素C、肝脏脂肪酸结合蛋白（L-FABP）、MCP-1、N-乙酰-β-氨基葡萄糖苷酶（NAG）和视黄醇结合蛋白（RBP）。

3.2 有前景的生物标志物

为了改善DKD肾小管损伤的预测，最近的研究集中在识别优于现有标志物的新型生物标志物。除了上述用于DKD肾小管损伤的传统标志物外，与炎症、氧化应激、自噬和衰老相关的新兴标志物在反映肾小管损伤方面显示出巨大潜力。

4 针对肾小管损伤的治疗

DKD是一种严重的糖尿病并发症，肾小管间质纤维化是糖尿病肾小管病变和ESRD的特征性病理改变。因此，迫切需要研究保护肾小管免受DKD损伤的新策略。本综述考察了降糖药物对肾小管的肾脏保护作用，并重点介绍了肾脏小管保护的新兴治疗方法，包括抗氧化应激、抗炎、抗细胞死亡和干细胞疗法。

4.1 降糖和降脂药物

血糖控制可改善DKD患者的首要肾脏结局，并显著降低ESRD风险。强化血糖控制可减轻蛋白尿风险及其进展。

二甲双胍是一种口服降糖药，通过间接激活5'腺苷一磷酸活化蛋白激酶（AMPK）发挥作用。实验研究表明，二甲双胍通过抑制肾脏炎症、氧化应激和纤维化来减轻DKD。具体来说，AMPK激动剂二甲双胍通过激活AMPK-Pink1-Parkin通路减轻氧化应激和肾小管间质纤维化。

钠-葡萄糖协同转运蛋白2（SGLT2）抑制剂（FDA批准用于2型糖尿病）已被证明可以减缓DKD的进展。它们构成了一类新型抗糖尿病药物，通过减少肾小管中的葡萄糖重吸收来降低血糖。这些抑制剂还调节肾细胞重塑，从而延迟DKD进展。

胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RAs）是FDA批准用于T2D的药物，已被证明可以降低血糖，刺激内源性胰岛素分泌，降低血浆胰高血糖素水平，抑制胃排空，减少食物摄入和减少胰高血糖素释放。此外，GLP-1受体在体外和体内的近端肾小管中广泛存在，其激活显著减轻DKD小鼠模型中的肾小管损伤。

二肽基肽酶-4（DPP-4）抑制剂是一类抗高血糖药物，通过保留GLP-1活性和促进远端肾小管的利钠作用，有效降低餐后血糖水平。这些抑制剂不仅改善血糖控制，而且在高葡萄糖条件下保护肾脏。

其他疗法，如降脂药物，在临床前证据支持下可有效减轻DKD中的肾小管损伤。普罗布考是一种抗高血脂药物和有效的抗氧化剂，已显示可通过AMPK/SIRT1/AcH3通路抑制p66Shc表达，并减少糖尿病小鼠的肾脏氧化损伤和纤维化。另一种药物小檗碱是黄连中的主要生物活性成分，通常用于糖尿病治疗，不仅减轻氧化应激和炎症指标，而且阻止动物模型DKD中过度的脂质积累和脂肪酸氧化。

4.2 抗氧化应激疗法

除了控制血糖水平，肾小管损伤与氧化应激水平增加相关。因此，针对抑制氧化应激的疗法对DKD的治疗有前景。

缺氧诱导因子1（HIF-1）是一种异源二聚体，在DKD进展过程中通过调节线粒体动力学发挥保护作用。HIF-1α-Parkin/PINK1介导的线粒体自噬可以减少肾小管凋亡和ROS产生。脯氨酰羟化酶抑制剂（PHIs）是一类作为HIF-1α稳定剂的药物。临床试验表明，PHIs可以增强HIF活性，这有潜力缓解糖尿病引起的肾缺氧。

褪黑素是一种与昼夜节律相关的激素和有效的抗氧化剂，是存在于所有生物体中的色氨酸衍生物。临床前研究表明，它可以通过介导AMPK/PINK1/巨噬细胞轴来协调线粒体稳态和增强抗氧化防御。

巴多索隆甲基（Bardoxolone methyl）是一种合成的三萜类化合物，是核因子红细胞2相关因子2（Nrf2）的有效激活剂，已成为靶向DKD氧化应激的新型治疗剂。Nrf2是抗氧化反应元件（ARE）的主要调节者，是细胞氧化还原平衡的核心，协调谷胱甘肽、硫氧还蛋白和NADPH代谢，同时控制线粒体和NADPH氧化酶衍生的ROS生成，共同减轻氧化损伤。

烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX）抑制剂表现出缓解DKD发展过程中氧化应激的能力。具体来说，GKT136901是一种Nox1/4抑制剂，可以通过减弱T2D小鼠模型中的ERK1/2磷酸化和氧化损伤来保护 against DKD。

其他具有抗氧化应激作用和改善线粒体功能的药物也处于临床前研究阶段。例如，MitoQ是一种针对线粒体的靶向抗氧化剂，可能减少过量的线粒体ROS并恢复DKD患者或动物模型中的线粒体自噬。

4.3 靶向内质网应激

内质网（ER）应激与DKD中肾小管损伤的进展相关。因此，靶向ER应激疗法已成为缓解DKD肾小管损伤的潜在策略。

4.4 抗炎治疗

炎症在DKD进展过程中的肾小管损伤中起关键作用。因此，针对炎症通路的药物具有重要的治疗意义。

4.5 RAAS系统抑制

RAAS拮抗剂通过抑制NF-kB和MCP-1基因的表达以及巨噬细胞浸润，可以减少DKD中的蛋白尿和肾小管间质纤维化，从而发挥其抗炎作用。

盐皮质激素受体（MR）激活在DKD发病机制中起重要作用。MRAs诱导MRs的多种构象改变，抑制醛固酮结合并随后抑制下游信号传导，从而抑制RAAS。

4.6 调节程序性细胞死亡的疗法

程序性细胞死亡（PCD）涉及凋亡、自噬、焦亡和铁死亡，是细胞自我毁灭的自然过程。越来越多的研究报道，在DKD进展过程中，近端肾小管中发生多种形式的PCD。最近，新的治疗策略已被研究。

4.7 干细胞疗法

干细胞是多能的、自我更新的细胞，具有组织修复能力。随着技术的不断发展，基于干细胞的治疗可能成为治疗DKD的可行选择。

4.8 其他

DKD中肾小管损伤的潜在机制是多方面的。Klotho是一种抗衰老蛋白，在DKD中表达显著降低。由于其对多种通路的影响，该蛋白具有治疗潜力。

内皮素（ET）是肾脏血流动力学和离子平衡的强大调节剂，通过ET-1影响肾功能，ET-1引发炎症和纤维化，导致DKD进展。

骨桥蛋白（OPN）是一种多功能蛋白和促炎细胞因子，在糖尿病动物和DKD患者的肾脏中上调。它被认为在DKD的发病机制中起关键作用。

我们已将EMT阐明为DKD进展中肾小管间质纤维化的核心病理机制，并将TGF-β视为诱导EMT的关键细胞因子。因此，抑制TGF-β可能是DKD的潜在治疗靶点。

近几十年来，大量研究探索了中药（TCM）在预防和治疗DKD中的机制，证实了其独特的多靶点、多组合、多层次的治疗优势。

5 结论

在本综述中，我们讨论了DKD中肾小管损伤的潜在机制，包括高血糖、氧化应激、ER应激、免疫炎症、RAAS、程序性细胞死亡和相关信号通路。我们的研究还整合了肾小管损伤的生物标志物，包括KIM-1、NGAL、Cystatin C、L-FABP、MCP-1、NAG和RBP作为损伤肾小管早期诊断的潜在策略。同时，我们回顾了DKD肾小管损伤的早期干预方法，如降糖药、抗氧化应激、抗炎治疗、抗细胞死亡和干细胞疗法。这些干预措施在减轻肾小管损伤和 potentially 减缓DKD进展方面显示出希望。需要进一步的研究来阐明DKD中肾小管损伤的发病机制。此外，评估新生物标志物的诊断价值和临床可行性，以及开发靶向疗法来预防和延迟DKD中的肾小管损伤至关重要。这些努力不仅将增强我们对DKD的基本理解，还将转化为更有效的患者护理。通过关注这些关键领域，我们希望能改善DKD患者的预后，并减轻个人、家庭和全球医疗系统的负担。这种综合方法有望改变DKD的管理方式，并为受这种复杂疾病影响的患者提供新的希望。