糖尿病肾病中细胞衰老的病理作用与机制

目前，已有研究证实细胞衰老在动脉粥样硬化、神经退行性疾病、糖尿病等多种疾病的发生发展中发挥重要作用，且亦有研究表明衰竭或患病肾脏中衰老细胞数量会增加并加速疾病进展，因而抑制细胞衰老可能是控制DN发生发展的新思路。本文将简单介绍DN下细胞衰老机制的研究进展。1 端粒缩短一项系统评价分析了8项观察性研究及1项临床试验评估端粒长度与CKD之间的关联，研究发现端粒长度与估测的肾小球滤过率 (eGFR)存在高度关联，端粒缩短与CKD进展风险增加密切相关，亚组分析显示糖尿病患者中端粒长度缩短与CKD进展的关系更显著。 实际上，炎症、氧化应激，高血糖等因素都可以加速端粒缩短，诱发细胞衰老，恶化DN。氧化应激和慢性炎症通过干扰端粒酶活性和端粒合成来加速细胞衰老。在近端肾小管细胞中，高血糖加速端粒缩短可能是由高血糖引起的氧化应激介导的。在肾小球系膜细胞中，高糖通过激活端粒-p53-p21-Rb 和 JAK/STAT 信号通路引起细胞过早衰老。2 氧化应激与炎症 氧化应激是DN发病机制中的重要机制。 氧化应激的主要参与者是活性氧 (ROS) 和氮 (RNS)，统称为RONS。 持续的高血糖状态和晚期糖基化终产物 (AGEs) 的增加以及高血压损伤是氧化应激和随之而来的ROS过量产生的主要原因。氧化应激可以影响许多信号分子和系统，例如转化生长因子-β（TGF-β）、核因子kappa-B（NF-κB）。氧化应激可诱导细胞核和线粒体内的DNA损伤，特别是链断裂和碱基改变，而持续的 DNA 损伤反应会激活 p53 及其下游通路，从而诱导细胞周期停滞或细胞凋亡，这是氧化应激诱导细胞衰老的重要机制。 • 具体而言，所有DNA 损伤应激源都可能引发永久性 DNA 损伤反应 (DDR)，从而导致激活磷脂酰肌醇-3-激酶，随后激活 P53 及其转录靶点 p21CIP1/WAF1，p21CIP1/WAF1抑制细胞周期蛋白依赖性激酶 2 (CDK2) 介导的视网膜母细胞瘤蛋白 (Rb) 磷酸化，与此同时，应激源激活的p16Ink4a也抑制细胞周期进程，p21CIP1/WAF1和p16Ink4a通过阻止Rb的失活使E2F 靶基因的持续抑制，最终导致永久性细胞周期停滞。 此外，ROS可使 TGF- β1表达增加，促进肾小管上皮细胞的上皮间质转化，这是糖尿病肾脏中肾纤维化的核心环节。  3 表观遗传学改变 01  DNA甲基化： DNA 甲基化主要发生在胞嘧啶-鸟嘌呤（CpG）二核苷酸上，通过DNA 甲基转移酶使甲基和胞嘧啶结合。甲基化胞嘧啶通常位于基因的启动子附近，并且与基因表达水平相关，DNA甲基化通常通过招募抑制复合物或阻碍转录因子来抑制基因转录，在转录沉默中起关键作用。 有研究显示尿毒症毒素可通过诱导氧化应激影响DNA 甲基转移酶的表达，进而通过DNA高甲基化沉默肾保护性抗衰老基因Klotho，加重肾纤维化。 全基因组 DNA 甲基化分析表明，DNA 甲基化与 DN 患者的肾脏损伤和肾脏炎症密切相关。 Chengxiang Qiu等在181名糖尿病患者中分析了397,063 个基因组 CpG 位点的胞嘧啶甲基化水平与六年内eGFR下降的关系，确定了其中三个位点与人体肾脏组织纤维化方向一致且有显著的相关性，因而，DNA甲基化水平可能作为DN进展的生物标志物。02  组蛋白翻译后修饰： 核小体是染色质的基本单位，由 DNA 和包裹的组蛋白组成。染色质组蛋白的PTM参与了DN一系列的病理过程，包括肾纤维化、慢性炎症和某些并发症。组蛋白PTM包含乙酰化、甲基化、泛素化和磷酸化等，其中研究较多的是组蛋白乙酰化和甲基化。组蛋白乙酰化促进基因转录，而组蛋白甲基化促进或抑制基因转录。 UTX是一种HDM，在DN 患者的肾小管和系膜细胞中 UTX 的表达上调，而UTX 过表达促进了棕榈酸诱导的炎症以及增加了DNA 损伤，抑制UTX可以改善糖尿病引起的肾功能障碍、形态异常、炎症、细胞凋亡和 DNA 损伤，这可能成为DN的潜在治疗靶点。 与之类似，HDAC在DN的发病机制中起了关键作用，HDAC9的沉默可以减轻肾小球硬化、炎性细胞因子释放、足细胞凋亡和肾损伤，尤其是足细胞损伤。 另有研究证实DN中HDAC4升高，可通过抑制 STAT1 信号传导而加剧炎症，加重足细胞损伤。目前发现了新型纳米复合物靶向沉默HDAC4基因，在体内实验中抑制肾纤维化进展。 总而言之，组蛋白PTM作为DN的潜在治疗靶点具有广阔前景。  4 Klotho  Klotho是一种衰老抑制基因，其编码的Klotho蛋白有两种形式，一种是膜结合形式，一种是可溶性循环形式。Klotho被认为是一种具有多效性功能的抗衰老蛋白，主要在近端和远端肾小管细胞中表达。 Klotho的保护作用体现在抗炎、抑制氧化应激、抗纤维化等方面。Klotho可以刺激抗炎因子的产生，在长期用脂多糖诱导免疫衰老样表型的单核细胞中，Klotho 介导的 JAK2/STAT3 信号轴的激活引起白细胞介素-10（IL-10）分泌的上调。 此外，Klotho 可以负向调节 NF-κB 相关炎症蛋白的产生，跨膜和可溶性 Klotho 均可特异性阻断Ser536处的 RelA 磷酸化及其随后募集到多种细胞因子的 NF-κB 依赖性启动子，从而抑制这些促炎分子的产生并保护肾组织免受炎症相关损伤。Klotho 还可以减少肾脏白细胞浸润、肾损伤。 除了抗炎作用，Klotho 通过抑制各种信号通路 （包括胰岛素样生长因子 1、蛋白激酶 1/2 和 p38 丝裂原活化蛋白激酶） 来降低高血糖诱导的氧化应激，从而减少足细胞损伤。 Klotho的表达减少是DN的共同特征，并且可以在疾病的早期阶段看到，这种缺乏可能与加速衰老、细胞衰老、血管钙化、氧化应激和肾纤维化相关。 Klotho 的缺失可能与多种机制有关，例如 Klotho 基因的高甲基化、NF- κ B 诱导的 Klotho 基因水平下降。 有研究表明血清Klotho水平随着年龄的增长而显著下降，并且与CKD的阶段无关，Klotho 也许可做为独立于肾功能的衰老生物标志物。  5 SIRT1 Sirtuins (SIRT) 是烟酰胺腺嘌呤二核苷酸 (NAD) +依赖性 III 类HDAC家族，它使用辅酶 NAD +使组蛋白和非组蛋白中的赖氨酸残基脱乙酰化。由于它们能够对各种细胞底物进行翻译后修饰，Sirtuins 对许多生物过程至关重要，包括增殖、DNA 修复、线粒体能量稳态和抗氧化活性。 目前已发现七种不同的Sirtuins蛋白，其中表达最广泛和研究最深入是SIRT1。 肾脏中，SIRT1 在肾小管细胞和足细胞上广泛表达，主要存在于细胞核中，也可在细胞质中。越来越多的证据表明，SIRT1在 DN 的发病机制中起着至关重要的作用。SIRT1 可以通过抑制肾脏炎症、抗肾纤维化，降低线粒体氧化应激和细胞凋亡，提供对DN的保护作用。SIRT1也参与了细胞衰老过程。6 自噬自噬与肾脏生理、肾脏衰老和多种肾脏疾病有关，并在各种动物模型中发挥肾脏保护作用。临床数据显示DN患者中自噬生物标志物Beclin-1的血清水平较低，且与DN阶段、蛋白尿的程度相关，自噬机制参与了DN的进展。细胞衰老在DN的进展中起着至关重要的作用，将细胞衰老做为DN治疗的靶点前景广阔、意义深远，然而，目前的研究现状仍未满足临床需求，目前所发现的机制多种多样、相互影响，共同促进DN中的细胞衰老，还有些机制仍未完全了解，需要继续挖掘，为DN的细胞衰老方面的治疗提供理论支持。 （ 作者： 林瑶 周赛君 刘红岩 张睿 于珮 ）
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