细胞焦亡机制在糖尿病肾病上的临床新见解

细胞焦亡是一种特殊的溶解性程序性细胞死亡过程，其特点是细胞肿胀、破裂、分泌细胞内容物和显著的促炎作用。在焦亡过程中，通过炎症小体、激活半胱氨酸蛋白酶和裂解胃泌素D(GSDMD)以及分泌IL-18和IL-1β来检测危险信号和细胞事件。焦亡可分为典型途径和非典型途径，其中NLRP3炎症小体是最重要的引发物。糖尿病肾病(DKD)是糖尿病最严重的微血管并发症之一。目前的证据报道了高血糖诱导的细胞应激在肾细胞焦亡中的刺激作用，并且不同的信号通路已经被证明可以调节焦亡的起始。此外，由焦亡引起的炎症和细胞损伤与DKD进展、加重肾纤维化、肾小球硬化和肾小管损伤密切相关。一些已上市的降糖药物在焦亡调节通路中发挥抑制作用。最近的研究也报道了一些潜在的靶向焦亡途径的方法，这些方法在体内或体外模型中可以有效抑制肾细胞焦亡，减轻DKD。本位综合整理DKD中焦亡调控的相关信息，对相关的新见解进行归纳总结。

根据国际糖尿病联合会糖尿病地图集第9版的数据，到2020年，全球将有近10亿人罹患糖尿病，预计到2030年，这一数据将增加25%，到2045年，预计将增加51%。作为糖尿病患者最严重的微血管并发症之一，DKD的发病率也在逐年上升。DKD是一种由多种炎症因子介导的具有复杂生理病理机制的代谢性疾病。多种因素，如高血糖、脂代谢紊乱、氧化应激和晚期糖基化终产物(AGEs)等贯穿于DKD的整个过程。值得注意的是，目前的一些研究已经证明，高血糖、脂肪酸和其他损伤相关分子可以被细胞中一些特定的模式识别受体(Prr)识别，并诱导发生细胞焦亡，导致肾脏损害和功能下降，焦亡的信号转导途径与DKD的发病机制密不可分。

 

典型的炎症小体焦亡途径

炎症小体是一种多蛋白复合物，在细胞焦亡过程中起分子开关作用，参与多种炎症疾病的发生。不同类型的炎症小体在细胞焦亡过程中起着转换作用，主要包括结节样受体(NLRs)、黑色素瘤缺失的Pyrin和HIN200蛋白(AIM2)。特别是与焦亡有关的NLRP1、NLRP3、NLRP6、NLRP7和NLRC4，主要炎症小体的结构如图1所示。

图1（来源于文献）

NLRP3炎症小体被证明是与焦亡发生联系最紧密的分子，NLRP3炎症小体可被多种刺激激活，参与多种信号机制。目前的研究表明，它在DKD的焦亡起始和促炎细胞因子的产生中起关键作用。例如，小鼠NLRP3缺失可显著阻断caspase -1介导的IL-1β分泌，保护DKD肾脏免受损伤。研究人员还发现，糖尿病组织中与焦亡相关的蛋白ELA VL1、NLRP3和caspase-1明显上调。随着研究的深入，NLRP3炎性小体激活的许多信号机制已被证实参与了DKD的进展，这些诱发因子都与肾脏复杂的代谢变化相互作用。

 

非典型炎症体焦亡途径

研究发现，在人类中凋亡的非典型途径通过caspase-4和caspase-5介导，在小鼠研究中则为caspase-11。Caspase-4/5和caspase-11具有较高的特异性和亲和力，可直接与脂多糖(LPS)或脂质A结合激活。经检测，GSDMD是炎性caspases的直接底物，而活化的caspase-1/4/5/11为四聚体，用于裂解纯化的重组GSDMD。最近，也有报道称Caspase -8在细胞焦亡中表现出类似于热解的作用。Caspase 11在LPS作用下，通过裂解53 kda的GSDMD前体形式，产生成熟GSDMD的n端前热解片段，从而触发焦亡诱导。同时，也证实了caspase-11介导的GSDMD成熟有助于Nlrp3依赖的caspase-1激活和IL-1β释放。激活的caspase-4/5/11可逆转激活NLRP3炎性小体，推动IL-1β和IL-18的成熟和分泌。Caspase-11甚至可以在没有LPS的刺激下激活NLRP3。此外，有证据报道除了GSDMD外，caspase-4/5/11还可以作用于通道蛋白Pannexin-1，调节炎症介质的释放。

 

糖尿病肾病细胞焦亡的调控途径

焦亡途径调控在糖尿病肾脏中非常常见，肾损伤与这些调控分子的积累呈正相关。目前的研究表明，在DKD条件下，NLRP3炎症小体激活参与了焦亡途径的调控。确切地说，不同的病原体相关分子模式( PAMPs)直接与Toll样受体( TLRs)结合，触发NLRP3的启动信号，从而刺激NLRP3、caspase-1、pro-IL-1β和pro-IL-18的转录上调。通过这种方式，炎症小体被完全激活，在这一步骤中，多因素风险被整合到不同的细胞应激中(如离子通量、ROS生成、AGEs积累、线粒体功能障碍、吞噬体失稳等)，并发挥间接激活剂的作用。

 

焦亡在糖尿病肾病中的病理作用

糖尿病肾病的发病机制十分复杂，焦亡反应介导的肾脏炎症是导致DKD的一个重要因素，而驻留的肾细胞是触发和维持这种炎症的关键。实际上，肾功能的恶化与焦亡调控分子的强度密切相关。最近的研究显示，在DKD进展过程中，肾驻留细胞焦亡可严重影响肾功能。此外，NLRP3炎性小体的各种激活信号通路参与了肾驻留细胞的焦亡。在DKD的发展过程中，持续肾损伤后未解决的炎症可促进纤维形成阶段，从而导致后期发生胶原沉积和积累，导致肾实质逐渐硬化，形成疤痕，直至肾功能完全衰竭。

 

糖尿病肾病的靶向治疗药物

目前治疗糖尿病肾病的药物主要有血管紧张素转换酶抑制剂(ACEIs)或血管紧张素II受体阻滞剂(ARBs)，它们只能延缓糖尿病肾病的进展，而不能逆转其发展。因此，越来越多的研究聚焦于内在肾脏通路，以发现更多潜在的治疗方法。从焦亡途径出发，目前已经有多种药物正在研发，这些肾保护药物综述如（图2）所示。

图2（来源于文献）

虽然ACEIs和ARB已在临床上使用，但由于其不良反应，仍然存在争议。 典型的钠-葡萄糖共转运体2型抑制剂，如达格列净和恩格列净，可以抑制糖尿病肾脏Asc、Caspase-1、IL-1β的表达和NLRP3炎症体的活性。MCC950可通过抑制NLRP3炎性小体的活化，下调肾树突状细胞IL-18和IL-1β的表达，从而阻止炎症形成，进一步导致肾纤维化。二肽基肽酶-4抑制剂沙格列汀也显示出类似的疗效。虽然这些药物对焦亡的关键分子有明显的抑制作用，并且不依赖于它们的降糖活性来缓解DKD，但它们是否通过细胞焦亡机制发挥这些作用还需要进一步的证实。

 

尽管仍处于试验阶段，但一些潜在的治疗方法在糖尿病肾脏中表现出了优异的药理作用。例如，腺苷A3受体拮抗剂(ADORA3)已经被证明可以通过抑制HK-2中的NF-κB/NLRP3信号来减弱DKD，从而阻断胱天蛋白酶-1、白介素-18和白介素-1β的表达；P2受体拮抗剂如TNP-三磷酸腺苷和苏拉明也在试验中降低了焦磷酸相关分子的表达，并减弱了DKD；此外，短链脂肪酸NaB可通过抑制焦磷酸典型途径来预防氧化应激和缓解DKD病，这些都对后续的药物研究方向提供了参考。

值得注意的是，随着遗传学的研究趋势，白介素-22和一些类型的长非编码RNA 的基因治疗也在抑制肾细胞焦磷酸症方面发挥了巨大作用，从而减轻肾纤维化和DKD进展。

 

参考文献：MDPI Int. J. Mol. Sci. 2020, 21, 7057