色素上皮衍生因子与糖尿病肾病

　　作者：谈力欣,王战建　　作者单位：河北医科大学第三医院内分泌科，河北 石家庄 050051

　　【关键词】 色素上皮衍生因子;糖尿病;糖尿病肾病;微血管并发症

　　糖尿病肾病(DN)是糖尿病(DM)重要微血管并发症之一，患病人数逐年上升，成为终末期肾病和DM患者死亡的重要原因。美国肾脏病资料系统(United States Renal Data System，USRDS)的统计显示〔1〕，超过30%的终末期肾衰竭(ESRF)为DN所致，预计到2030年，DM患者将达到3.6亿左右，近40%的患者发展为DN。DN的防治已成为亟待解决的问题。近年来，随着细胞生物学和分子生物学技术的深入研究，学者们开始广泛关注和研究细胞因子在DN中的作用。色素上皮衍生因子(pigment epitheliumderived factor，PEDF)是近年来发现的一种强有力的新生血管抑制因子，具有神经营养保护、调节血管通透性和高效抑制血管生成等作用。以往研究较多的是PEDF与糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR)之间的关系。近年来关于PEDF与DN关系的研究证实PEDF同样在DN中发挥了有益的作用〔2〕。本文就PEDF在DN中作用的研究进展做一综述。

　　1 PEDF概述与生物学作用

　　1.1 PEDF概述

　　PEDF是1989年TombranTink等首次在培养人胎儿视网膜色素上皮细胞的介质中发现的一种神经活性因子，可以诱导视网膜母细胞瘤细胞Y79向成熟的神经元分化。它属于丝氨酸蛋白酶抑制剂超基因家族，但无抑制蛋白水解酶活性的作用〔3〕。PEDF含418个氨基酸，是相对分子量约为50 kD的糖蛋白。由单基因编码，位于染色体17p13，基因全长16 kb，由8个外显子和7个内含子组成。在人胚胎17周时视网膜色素上皮(retinal pigment epithelium，RPE)就开始分化PEDF，可能与早期神经元的发育有关〔4〕。发育中胎儿的RPE颗粒，发育中的锥细胞以及许多神经节细胞层的细胞均有PEDF的表达，成人视网膜细胞和锥细胞胞浆、脉络膜和角膜的上皮及内皮细胞，睫状体的细胞亦有PEDF的表达。PEDF由RPE旁分泌至视网膜感光细胞间基质，对视网膜的分化起重要作用。胎儿和年轻人的RPE有较高水平的PEDF基因表达，而衰老的RPE细胞PEDF基因表达下调。PEDF广泛存在于中枢神经系统、眼、肝脏、睾丸、卵巢、胎盘、胰腺、前列腺等组织。Abramson等〔5〕发现鼠类肾脏也有PEDF表达，且主要表达于肾小管上皮细胞。最近Joshua等〔6〕首次发现PEDF在肾脏的表达水平明显高于视网膜的表达水平，在肾脏主要分布于肾小球系膜和基底膜。

　　1.2 PEDF的生物学作用

　　1.2.1 神经营养作用

　　主要体现在PEDF有保护神经元免受谷氨酸盐的毒性和氧化应激损害的作用。研究表明PEDF可保护鼠的视神经细胞，有对抗过氧化氢导致的凋亡作用。PEDF不仅对中枢神经系统有保护作用，对周围神经细胞也有保护及营养作用。PEDF可明显抑制星形胶质细胞的生长，完全阻断粒细胞巨噬细胞集落刺激因子(GMCSF)刺激的小胶质细胞的分化，增加神经细胞的存活数量，这对神经系统的疾病是有益的。

　　1.2.2 调节血管通透性

　　PEDF可调节血管通透性〔7〕。它可以有效地缓解血管内皮细胞生长因子(VEGF)所导致的血管渗透性增高。目前认为PEDF与VEGF之间存在一种动态平衡〔8〕。PEDF的44个氨基酸结构域可起到有效的抗血管渗透的作用，特别是其中的4个氨基酸(谷氨酸101、异亮氨酸103、亮氨酸112、丝氨酸115)对此活性极其关键。

　　1.2.3 抑制血管生成

　　Dawson等〔9，10〕首次发现PEDF具有很强的抑制血管生成的作用。正常人的房水、玻璃体腔中有较高水平的PEDF，可能是维持角膜玻璃体等眼内组织无血管结构的主要原因。在体外PEDF抑制血管内皮细胞移行的活性较血管抑素、内皮抑素、血小板反应蛋白1更强，故PEDF被认为是最有效的天然血管抑制剂。在PEDF的作用下，新生血管内皮细胞通过权衡由PEDF启动的FasFasL介导的凋亡作用和由诱导剂所产生的生存信号之间的强弱关系来决定其是增殖还是发生凋亡。除了上述的直接抑制血管内皮细胞移行的作用外，PEDF还可抑制内皮细胞分泌各种血管生成刺激因子(如血管内皮生长因子)。研究表明PEDF抑制新生血管的形成是通过凋亡的机制实现的。

　　1.2.4 抑制纤维生成

　　发生DM后2 w PEDF的水平就已急剧下降，提示PEDF的表达在DN早期就已存在〔6〕。Wang等〔2〕应用腺病毒介导的PEDF(adenovirus expressing PEDF，AdPEDF)转染大鼠的方法证实在DN中PEDF显著抑制了转化生长因子(TGFβ1)和结缔组织生长因子(CTGF)的过表达，而这两种因子是目前认为致肾脏纤维化的两种最重要的因子;并且上调基质金属蛋白酶(MMP)2的水平，促进基质的降解、抑制细胞外基质(ECM)的产生，对抗肾脏纤维化，在DM早期阶段显著降低了蛋白尿。

　　1.2.5 抑制炎症反应

　　炎症反应是内皮细胞损伤及血视网膜屏障(bloodretinal barrier，BRB)破坏的关键因素。在DR、氧诱导的视网膜疾病(oxygeninduced retinopathy，OIR)及内毒素诱导的眼葡萄膜炎模型(endotoxininduced uveitis，EIU)中，炎症因子包括细胞间黏附分子(ICAM1)、肿瘤坏死因子α(TNFα)和单核细胞趋化蛋白1(MCP1)等的表达均上调。生理条件下，高水平的PEDF可抑制视网膜炎症反应，阻止BRB的破坏。Zhang等〔11〕研究表明在DR及OIR模型中，玻璃体内注射低剂量的PEDF可显著降低视网膜血管通透性，上调联系内皮之间结合的主要结构蛋白的表达，与对照组相比，视网膜炎症因子VEGF、血管内皮生长因子受体2(VEGFR2)、MCP1、TNFα、ICAM1等表达显著下降。由此可见，PEDF抗炎作用与其调节血管通透性的作用密切相关。

　　1.2.6 抑制肿瘤生长及转移

　　肿瘤的生长、浸润与转移都依赖于肿瘤血管的生成。抑制血管生长就可能有效地控制肿瘤的生长与转移。PEDF这种天然的、高效的新生血管抑制剂与肿瘤的关系及其用于肿瘤治疗的潜在可能性也引起了人们的注意。Guan等〔12〕发现人脑胶质瘤细胞分化越差，其表达的PEDF就越少。Cai等〔13〕研究表明乳腺癌组织中PEDF表达水平越低，患者预后越差。冯智英等〔14〕发现PEDF低表达的胃癌组织分化差，易发生淋巴结和远处转移，易于浆膜浸润。因此，PEDF在胃癌组织中的表达情况对判断预后可能有重要的参考价值。PEDF的免疫活性与肝脏的转移呈负相关。PEDF表达呈阳性的患者的生存时间明显长于PEDF阴性表达的患者，说明PEDF对抑制肿瘤的生长及转移有积极的作用。

　　2 PEDF与DN

　　2.1 PEDF与DN的关系

　　随着对DN发病机制的深入研究，PEDF在DN中的作用引起了研究者极大的重视。PEDF在正常大鼠的肾脏有高水平的表达，与肝脏的表达水平无明显差异，甚至较视网膜中PEDF的表达水平高。肾皮质中的表达水平明显高于肾髓质，主要在肾小球中表达，沿肾小球囊壁和肾小球基底膜分布。链脲佐菌素诱导的DM大鼠肾脏PEDF的表达在蛋白质及mRNA水平上明显下降，而TGFβ1和纤维结合素(fibronectin，FN)的水平明显升高。高糖条件下培养人肾小球系膜细胞(human mesangial cells，HMCs)的培养液中PEDF的水平明显降低，而40～160 nmol/L水平的PEDF可抑制高糖条件下人系膜细胞TGFβ1的表达，并呈现剂量依赖性。钟海花等〔15〕研究结果提示，在高糖作用下，大鼠肾系膜细胞PEDF mRNA的表达明显受到抑制，且呈浓度依赖性。崔静等〔16〕应用免疫组织化学方法检测DM大鼠肾脏PEDF的表达，也证明DM大鼠肾脏PEDF的表达较正常大鼠明显减少，并且肾脏PEDF的表达与尿白蛋白排泄率(UAER)呈明显负相关，提示DM大鼠肾脏PEDF表达的减少可能参与了DN的发病，PEDF可能在DN中发挥了有益的作用。

　　2.2 PEDF在DN中的保护作用机制

　　PEDF在DN的发生发展中发挥了有益的作用。可能是通过以下机制：

　　2.2.1 抗纤维化作用

　　DN主要病理特征为肾小球硬化，基底膜增厚和ECM沉积等。目前其发病机制尚未完全明确，大量研究表明TGFβ1和CTGF在其中发挥了重要作用。在正常大鼠的肾脏，PEDF通过旁分泌和自分泌形式来抑制TGFβ1的表达，起到了内源性TGFβ1抑制剂的作用 。在基质代谢中CTGF是一个位于TGFβ1下游区域调节纤维形成的因子〔17〕。Wang等〔10〕研究表明DM大鼠的PEDF mRNA及蛋白表达水平均显著下降，TGFβ1、CTGF及FN的水平明显升高，给予外源性PEDF治疗后3 w，CTGF、TGFβ1和FN的表达明显下降。高糖条件下培养的HMCs，培养液中PEDF的含量明显减少，甘露醇高渗对照组对PEDF的分泌没有影响，说明PEDF表达的变化归因于高糖的直接作用;而TGFβ1和FN的表达明显上调，给予AdPEDF干预后二者的表达量相应减少，有些甚至恢复到了与非DM的对照组一致的水平。以上研究结果提示PEDF治疗可以降低CTGF、TGFβ1和FN的过量表达，从而缓解这些病理因子导致的纤维化。此外，PEDF上调了DM大鼠肾组织MMP2的水平，抑制ECM的产生、促进基质的降解，也起到了抗纤维化的作用。

　　2.2.2 抑制血管增生和调节血管渗透性

　　在机体正常组织中，血管生成因子和血管生成抑制因子形成相互协调的动态平衡以维持内环境稳态。VEGF是一种有效的血管形成诱导因子，并且可以增强血管通透性〔18〕，PEDF是血管生成最有效的天然抑制剂。DM状态下，血管生成和抑制的平衡被打破，导致内皮细胞结构和功能异常，促进DN的发生发展。体外实验发现，外源性给予PEDF可显著上调内源性PEDF的表达，下调VEGF的表达，通过直接抑制血管内皮细胞的移行和降低血管通透性，发挥了抑制新生血管的生成、改善了血管渗透性，、维持肾脏内环境稳定的作用。研究表明，缺氧可诱导VEGF启动子活性增加，诱导缺氧诱导因子(HIF)核转位及促分裂原活化蛋白激酶(mitogenactivated protein kinase，MAPK)磷酸化，而以上过程可被PEDF抑制。这说明PEDF 对VEGF的抑制作用发生在转录水平。体外实验证明〔6〕，PEDF的另一作用机制是可与VEGF竞争VEGFR2。

　　2.2.3 抑制氧化应激及炎症反应

　　PEDF具有抑制氧化应激(OS)及对抗多种炎症介质的表达等作用。PEDF可以通过抑制糖基化终末产物(AGEs)〔19〕及血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)〔20〕诱导的还原型辅酶Ⅱ(nicotinamideadenine dinucleotide phosphate，NADPH)氧化介导的OS，以减少活性氧簇(ROS)〔21〕的生成及后续的VEGF的表达增加，起到了保护内皮细胞的作用。在DN的发生发展中，炎症反应起着十分重要的作用〔11〕。AdPEDF转染大鼠的干预研究证实PEDF抑制了促炎性因子如ICAM1、MCP1、TNFα和VEGF在肾脏组织的过表达，并且抑制了高糖条件下NFκB和HIF1的激活。NFκB是介导炎症反应的一个关键性的因子，而HIF1是刺激人系膜细胞VEGF表达的激动因子。PEDF对肾脏的保护作用很可能部分是通过阻断NFκB和HIF1通路而发挥其抗炎的特性。

　　2.2.4 抑制ECM产生和增加ECM降解

　　DN主要病理改变是肾小球毛细血管基底膜增厚和系膜区ECM积聚，Ⅳ型胶原和FN是基底膜和ECM的主要成分。MMPs在基质降解中起主要作用，其中MMP2是降解Ⅳ型胶原的主要MMPs。高糖条件下，MMP2在肾小球系膜细胞和上皮细胞的表达和活性明显降低，从而引起ECM降解减少和肾小球系膜增厚。PEDF通过抑制肾脏中过分表达的TGFβ1起到抗纤维化作用，降低ECM产生。给予AdPEDF治疗后〔2〕，FN的表达减少，MMP2恢复到正常水平，提示PEDF是一种有效的ECM产生的抑制剂。

　　3 展 望

　　总之，DN的发生是一个很复杂的病理过程，它是多因素作用、多阶段演变的结果。PEDF通过其抗纤维化、调节血管通透性、抑制血管增生、抗炎等作用对肾脏发挥了保护作用。给予外源性或重组PEDF来补充DN时内源性PEDF的不足成了DN新的治疗方向。因此，PEDF及其诱导剂在治疗DN方面具有非常广阔的应用前景。

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