氧化应激与糖尿病肾病的关系

中国的糖尿患者接近1个亿，已成为“糖尿病第一大国”。 糖尿病肾病(Diabetic nephropathy,DN)是糖尿病最严重和最常见的慢性并发症之一，其发病机制比较复杂，氧化应激在糖尿病肾病的发生、发展中起重要作用。目前，氧化应激与糖尿病肾病的研究越来越受到重视，而抗氧化也成为DN治疗的新靶点。本文就氧化应激及抗氧化治疗与糖尿病肾病的研究进展作一综述。

1氧化应激概述正常生理条件下，机体的抗氧化系统和氧化能力之间保持着相对的动态平衡。氧化应激(OS)是指机体受有害刺激时活性氧簇(ROS)或活性氮簇(RNS)产生增多和/或清除减少，导致ROSRNS在体内蓄积而引起的分子、细胞和机体的损伤。氧化应激产生的活性氧簇(R0S)能迅速地被机体内抗氧化系统清除，但在某些病理情况下，体内的自由基增加和(或)机体抗氧化防御能力下降，当氧化能力大大超过抗氧化能力时，引发氧化应激导致组织损伤。

2氧化应激与糖尿病肾病的关系

2.1氧化应激产物与糖尿病肾病的关系自由基具有高度反应性，能够迅速与周围物质发生反应，其半衰期较短暂，直接检测这些自由基的水平非常困难。但自由基与DNA、蛋白质和脂类反应后的氧化产物，可以作为反映自由基水平或者氧化应激的标志物,其中，ROS为主要的自由基。体内氧化应激的主要标志物有8-羟基脱氧鸟苷(8-hydroxy-deoxyguanosine 8-OHdG)、晚期蛋白氧化产物(AOPP)、硝基酪氨酸(NT)、血清丙二醛(MDA)、异前列腺素类化合物等。这些指标在氧化应激水平中都是升高的。

2.2ROS对肾损伤的作用机制高血糖作为糖尿病并发症发生的启动因素，导致氧化应激水平升高和ROS、非酶的糖基化蛋白和葡萄糖的自身氧化增加。线粒体中过多生成的氧自由基可激活多元醇途径、ACEs途径、PKC途径，又能够促进自由基的生成，形成恶性循环。此外，糖尿病中抗氧化酶的基因表达由于高糖的作用而下调，而其活性基团发生糖基化，也可引起其活性下降，自由基清除能力减弱，故抗氧化酶表达或活性下降在糖尿病氧化应激中起重要作用。

糖尿病时自由基产生增多，肾小球基底膜磷脂发生过氧化，损伤基底膜使其增厚，同时氧化应激参与了糖基化终末产物增多导致肾脏毛细血管细胞凋亡的过程。ROS参与糖尿病状态下对肾细胞损伤，高糖通过ROS启动足细胞凋亡，诱导其从基底膜上脱落，使肾小球内足细胞数目减少[1]。足细胞受损后缺乏增殖再生的修复能力，不能有效覆盖基底膜，肾小球滤过膜完整性破坏，可导致蛋白尿发生。ROS调节细胞外基质蛋白代谢，在高糖、细胞因子等作用下，ROS产生过多，激活细胞内信号转导系统[2]，表达相应的活性产物，使ECM蛋白合成增加，降解减少，从而促进DN的发生发展。

8-OHdG是DNA氧化损伤的特异及主要的产物，是公认的内源性及外源性因素对DNA氧化损伤的生物标志物，组织或体液中的8-OHdG被认为是氧自由基引起DNA氧化损伤的一种标志。晚期蛋白氧化产物(AOPP)反映了氧化应激造成的蛋白质损伤，尤其对白蛋白的损伤，是蛋白质被单核细胞、中性粒细胞活化生成的次氯酸所修饰的产物。丙二醛反映体内脂质过氧化水平，是脂质过氧化的最终分解产物。体液和mtDNA中增加的8-OHdG水平异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]通过测量mtDNA的8-OHdG积累和D-17缺失，可以评估肾脏线粒体的氧化应激。最近对比Wister肥胖大鼠和瘦鼠的实验发现，高盐饮食的Wister肥胖大鼠尿中和肾脏组织的免疫组化提示8-羟基脱氧鸟苷的表达明显增加[4]。Shin等[5]研究发现注射AOPP使糖尿病肾脏早期结构损伤和功能失常(即肾小球肥大，细胞外基质聚集和蛋白尿)更加严重，这些都支持了这些氧化蛋白的致病作用。

临床研究结果也显示DN患者的氧化应激水平是升高的。自由基和氧化应激的增加是糖尿病肾病发生的原因之一[3]。DN患者血清总氧化状态比糖尿病患者明显升高，总氧化状态可以反映DN的严重程度。Tabak等[6]证实糖尿病患者体内氧化平衡被破坏。研究证明糖尿病患者血清中8-OHdG、AOPP、MDA较正常人显著增加，而糖尿病肾病患者该指标较无血管并发症的糖尿病患者也有显著增加[7]。伴有大量白蛋白尿的糖尿病肾病患者血浆AOPP和MDA，尿8-OHdG的含量明显高于正常白蛋白尿组[8]。

这些实验表明糖尿病患者较正常人有较严重的氧化应激，在糖尿病肾病患者中更为显著，可见糖氧化应激产物的水平随着蛋白尿程度的加重逐渐升高，提示氧化应激在糖尿病及慢性并发症的发生发展中发挥着重要的中介作用。

2.3抗氧化酶与糖尿病肾病的关系机体内存在两类抗氧化系统，常用来评价氧化应激的指标：一类是酶抗氧化系统，包括超氧化物歧化酶(superoxidedismutase，SOD)、过氧化氢酶(catalase，CAT)、谷胱甘肽过氧化物酶(glutathioneperoxidase，GPX)等;另一类是非酶抗氧化系统，包括维生素C、维生素E、谷胱甘肽、褪黑素、硫辛酸、类胡萝b素、微量元素铜、锌、硒等。这些指标在氧化应激水平中都是下降的。抗氧化酶是机体清除体内自由基的重要生物酶，也是评价氧化应激的指标。高血糖可导致抗氧化酶的糖基化，使抗氧化酶活性降低，血糖代谢紊乱使抗氧化剂水平下降，削弱了机体清除自由基的能力。测定血液或组织中这些氧化产物的水平，能够间接反映机体内氧化应激水平。

在糖尿病早期，肾组织内部分抗氧化酶的活性代偿性增高，而随着糖尿病病程的延长，其活性逐渐下降，最终导致了肾组织内ROS的发生。SOD是机体存在清除氧自由基体系之一，它将过氧化物转变成H2O2，而GPx和CAT则将H2O2分解成氧气和水。通常GPx是生理条件下主要的抗氧化酶，而在严重应激状态下，CAT通过高效催化H2O2转化为氧气和水，在保护细胞免受氧化应激损伤中起到非常重要的作用。在高糖环境中培养肾小球系膜细胞的早期，SOD转录水平升高，但其活性无变化，不能纠正抗氧化能力的下降。SOD的过度表达则能抑制过氧化亚硝基和MDA的形成，在DN的小鼠的活体试验中db/db小鼠肾脏过氧化氢酶的过分表达，可减少ROS，减少血管紧张素和提前细胞凋亡基因的表达，减少编程性细胞凋亡[9]。Piwkowska 等[10]将小鼠足细胞暴露于高糖浓度下3-5天后，SOD/Nox4和NAD(P)H氧化酶的活性表达增加，GPx和CAT的活性降低。表明高血糖打破了小鼠足细胞氧化-抗氧化的平衡，可能在糖尿病肾病发生中起着重要的作用。

大量研究证实抗氧化酶水平随着糖尿病肾病的进展而逐渐下降，自由基清除能力减弱，故抗氧化酶表达或活性下降在糖尿病氧化应激中起重要作用，这与许多实验的结果一致[3，11]。目前也有不少研究涉及氧化应激相关指标应用于预测糖尿病患者肾脏病变的发生。有研究指出，糖尿病前期患者血清中8-OHdG较正常人明显增高，且8-OHdG水平与体重指数成正相关性，故肥胖可造成血糖升高进而引起氧化性DNA损伤[12]。有早期肾病的l型糖尿病患者血中的MDA和羰基升高，GSH-Px、还原型谷胱甘肽、α-生育酚和β-胡萝卜素却降低，故1型糖尿病肾病患者早期的超滤过状态和氧化损伤有关[13]。糖尿病患者外周血中单核细胞的硝基化蛋白含量可以作为预测包括DN在内的糖尿病血管并发症的发生[14]。有关基因学的研究则证实，锰超氧化物歧化酶(MnSOD)、血管紧张素原(AGT)和血管紧张素1转换酶(ACE)的基因多态性可作为预测糖尿病患者发生DN高危人群的遗传学标志[15]。研究表明，线粒体内膜易位酶44能将线粒体靶向的前蛋白如SOD、谷胱甘肽过氧化物酶等抗氧化酶运输到线粒体基质，从而减少ROS的产生、改变线粒体内膜的电位、降低细胞凋亡、恢复线粒体的正常功能，因此线粒体内膜易位酶44的基因传递机制可作为治疗糖尿病肾病的一个新靶点[16]。

3抗氧化治疗

目前研究发现除多种抗氧化剂维生素E、谷胱甘肽、褪黑素、α-硫辛酸等，虾青素、新鲜大蒜、红酒也可以降低氧化应激水平，对肾脏起保护作用。此外，某些用于其他治疗的药物也被证实有抗氧化应激的作用，对缓解DN发展皆有一定功效。例如他汀类药物在不依赖于降脂的情况下，具有抗氧化作用，可减少糖尿病肾病的尿蛋白的排泄[17]。ARB类药物可通过减少8-OHdG和NT的表达，提高血清SOD的活性，通过抗氧化作用延缓糖尿病肾病的发生发展[18]。钙离子阻滞剂可以降低暴露于晚期糖基化终产物(AGE)中的肾脏系膜细胞晚期晚期糖基化终末产物受体(RAGE)mRNA的表达水平，进而减少ROS的产生[19]。

降糖药噻唑烷二酮类可不依赖于降血糖效应改善糖尿病肾病进展，能减少肾小球活性氧簇的积聚从而阻止T1DM小鼠发展成糖尿病肾病[20]。格列齐特具有抗氧化作用，可清除自由基并使糖尿病鼠Mn-SOD、内皮型一氧化氮及NAD(P)H酶表达的增加，从而使氧化应激水平下降，减轻肾小球巨噬细胞浸润及系膜细胞扩张[21]。Exendin-4可通过降低8-OHdG减少氧化应激，缓解糖尿病肾病的发展[22]。

4结语总之，氧化应激在糖尿病肾病的发生发展中起着重要的作用，临床上各种抗氧化剂的应用是减轻肾脏损伤、延缓糖尿病肾病发展的重要手段之一。故探讨氧化应激在DN发病中的作用，将为DN的预防和治疗提供新的研究思路。

【参考文献】

[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 expression in experimental diabetic nephropathy.Nephrol Dial Transplant，2010，25(7):2134-41.

[9]Brezniceanu ML，Liu F，Wei CC，et al.Catalase overexpression at.tenuates angiotensinogen expression 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]孙毓蔓.超氧化物歧化酶和氧磷脂酶-1在2型糖尿病肾病患者血清中的表达及临床意义[J].细胞与分子免疫学杂志,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]廖华伟,严宗逊,刘晓惠，等. 阿托伐他汀对抗糖尿病肾病患者肾氧化损伤的临床观察[J].四川医学，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) expression 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 metabolite 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.