同型半胱氨酸与糖尿病肾病关系的研究进展2

同型半胱氨酸与糖尿病肾病关系的研究进展2013年底在世界糖尿病大会上公布了最新的全球糖尿病版图（第6版）。版图显示全球目前有约3.82亿糖尿病患者，其中46%的患者未被诊断，预计到2035年全球糖尿病患者将增至5.92亿。目前我国是世界上糖尿病患者最多的国家（据估计有9800万患者）。而作为糖尿病微血管并发症之一的糖尿病肾病（diabeticnephropathy,DN），对中国住院患者回顾分析显示，其患病率高达34.7%[1]，而且这一比例也在逐年上升。面对如此庞大数量的糖尿病肾病患者，如果不能早期发现，一旦临床上出现持续性蛋白尿，将不可遏制的最终发展为终末期肾病(end-stagerenaldisease,ESRD,给个人和社会带来沉重的经济负担。因此明确糖尿病肾病的发病机制，寻找糖尿病肾病早期诊断方法，对糖尿病肾病的防治及预后具有重要意义。同型半胱氨酸（homocysteine,Hcy）是人体内的含硫氨基酸，是蛋氨酸（甲硫氨酸）转化成半胱氨酸代谢过程中的中间产物，是血管损伤性氨基酸，是心、脑血管疾病的独立危险因素[2]，且与包括糖尿病在内的一系列疾病密切相关，并与DN发病、进展之间存在着相关性[3]。现就其与糖尿病肾病关系的最新研究进展综述如下。1、同型半胱氨酸的代谢Hcy于1932年由DeVgneaud首次发现，在正常人体内含量极少，来源于饮食中摄取的蛋氨酸，成人每日需要蛋氨酸0.9g,是蛋氨酸循环中S-腺苷Hcy水解反应后的产物，即蛋氨酸去甲基形成Hcy.。故蛋氨酸循环的重要生理意义在于提供甲基以合成多种生理活性物质，并参与蛋白质的合成。生成的Hcy生理作用是维持体内含硫氨基酸的平衡。Hcy的代谢途径有三条：①再甲基化途径：Hcy在甲硫氨酸合成酶（methioninesynthase,MTR）的作用下，接受5-甲基四氢叶酸提供的甲基，重新合成蛋氨酸。而在这一过程中需要甲硫氨酸合成酶还原酶（methio-ninesynthasereductase,MTRR），将氧化型维生素B12还原成还原型维生素B12,同时需要亚甲基四氢叶酸还原酶（methylenetetrahydrofolatereductase,MTHFR）催化5,10-亚甲基四氢叶酸生成5-甲基四氢叶酸。叶酸、维生素B12是这一循环的重要辅酶。其替代途径是在肝细胞内进行，以甜菜碱为甲基供体，在甜菜碱Hcy甲基转移酶催化下接受甲基再次合成蛋氨酸和二甲基甘氨酸。②转硫化途径：Hcy在胱硫醚β合成酶（cystathionine-β-synthase,CBS）催化作用下，以维生素B6作为辅酶，与丝氨酸缩合成胱硫醚。在生理条件下，这一反应是不可逆的，然后继续在胱硫醚酶的作用下，以维生素B6为辅酶，生成半胱氨酸和a-酮丁酸。最终代谢为硫酸盐由肾脏排出。③直接释放到细胞外液：与细胞内蛋氨酸浓度有关，低浓度蛋氨酸时，MTR影响细胞释放Hcy；高浓度时，CBS影响Hcy释放。细胞外液的Hcy水平代表着细胞内Hcy的代谢状态。2、影响Hcy的代谢因素和高Hcy血症的病因Hcy在蛋氨酸代谢过程中发挥着重要作用，其将含硫氨基酸、还原型叶酸、维生素B12、维生素B6等代谢过程均联系在一起。所以任何原因造成Hcy代谢通路的障碍，就有可能引起Hcy在体内的蓄积，导致高同型半胱氨酸血症。①遗传因素：即Hcy代谢过程中几种关键酶基因突变或其活性受损。目前研究最多的有MTHFR,CBS,MTRR[4-6],编码上述酶的相关基因发生碱基突变或插入、缺失，使得Hcy血浓度增高。②饮食营养因素：许多研究表明维生素B6、维生素B12、叶酸均是Hcy代谢过程中重要的辅酶，如其摄入不足，Hcy的代谢将会异常，其中以叶酸关系最大[7]。同时，长期饮酒、吸烟[8]、过度摄入没有过滤的咖啡等造成额外需要量增加，以及高蛋氨酸饮食使其相对缺乏，均会导致Hcy水平增高。③药物因素：常见的抗癫痫药物卡马西平、苯妥英钠等，口服避孕药、利尿剂、烟酸、异烟肼、二甲双胍[9]等，因其具有抑制、干扰叶酸及维生素B6、维生素B12在Hcy转化过程的代谢或拮抗其吸收的作用，导致Hcy升高。④疾病：如肾功能不全、恶性贫血、癌症、急性淋巴细胞性白血病、甲状腺功能低下、糖尿病、硬皮病、器官移植、肥胖症等，使蛋氨酸代谢障碍或Hcy排泄障碍，造成Hcy蓄积，血Hcy浓度上升。⑤年龄：血Hcy在40岁之前相对稳定，然后随着年龄的增长，Hcy水平呈上升趋势[10]。ASUNSKYA等研究发现老年人年龄每增加10岁，血浆Hcy水平就会增加10μmol/L。⑥性别：一般男性血浆Hcy浓度比女性高[11]，男女均随年龄增大而增加，绝经期后Hcy可以增高或不变。3、同型半胱氨酸与糖尿病肾病的关系在20世纪60年代末，由McCully提出了动脉粥样硬化和Hcy水平相关的病理学机制。于是关于Hcy与血管疾病的研究成为热点。经过国内外学者大量的临床研究和流行病学调查，我们现在可以肯定的说Hcy对于大血管（心血管、脑血管、外周血管）的致动脉粥样硬化机制是肯定的。那么对于糖尿病来说，其特有的血管病变包括微血管病变，作为微血管病变之一的糖尿病肾病研究虽多，但说法不一。肾脏在Hcy代谢过程中起着重要作用，不仅是Hcy的排泄器官，也是其代谢器官。正常肾脏每日可产生与肾小球滤过等量的Hcy,以使血循环中的Hcy保持量的动态平衡。这种平衡很大程度上需要依赖正常的肾功能状态，所以不论是肾小球滤过率下降，还是肾小管上皮细胞Hcy代谢异常均可破坏Hcy稳态。故Hcy与肾脏的关系密切。HofmannMA[12].对75例1型糖尿病患者及40例正常人进行Hcy与糖尿病微血管病变关系的研究，结果显示：糖尿病肾病患者普遍存在高Hcy血症，同时发现排除高血脂、高血压、吸烟等传统血管病变的危险因素以外，Hcy可能会导致1型糖尿病肾病患者的发病率及死亡率提高。LanfrediniM[13]和ChicoA[14]也得出Hcy与尿白蛋白排泄率成正相关的理论，认为血中Hcy水平每增高5μmol/L,微量白蛋白尿出现的危险性就增加30%[15]。之后国内廖瑛[16]等人开始对69例2型糖尿病患者按年龄、性别及有无肾脏病变进行分组,发现高血糖不是Hcy代谢的影响因素，Hcy水平的升高并非继发于高血糖、高血压及血脂异常，同时也支持早期糖尿病肾病与高Hcy血症有关的理论，拉开了国内研究Hcy与2型糖尿病及肾病关系的序幕。之后越来越多的研究表示Hcy可作为糖尿病肾病的影响因素及严重程度的指标[17]，Hcy高于正常先于DN出现[18]，其同高血糖、高血压、蛋白摄入等一起共同作用于肾脏促进DN的发生、发展[19]，是糖尿病肾病的独立危险因素之一[20]。但是对于Hcy与DN的因果关系，仍存在着不同的观点，认为高Hcy血症是继发于DN的结果。首先，人们认为与Hcy代谢有关的酶如蛋氨酸合成酶（MS）、MTHFR分布于全身各组织，但在肾脏中活性最强，而且甜菜碱、Hcy甲基转移酶仅在肝脏及肾脏存在，DN时肾脏受损，这些酶的活性及合成也同样受到损害，导致高Hcy血症[21].其次，有研究显示糖尿病初期肾脏功能处于高滤过状态时，Hcy浓度低于正常对照组[22]，而终末期肾病患者肾小球滤过率减低时伴有Hcy升高，且与血肌酐成正相关[23]。也就是说糖尿病出现肾脏病变时，随着肾功能细胞减退，尿蛋白不断增加，继而出现Hcy代谢功能异常，从而引起其血中浓度增高。(再加一段相互关系的)4、高Hcy可能致DN的发病机制DN病理改变在早期主要表现为肾小球肥大，肾小球和肾小管基底膜的增厚及系膜区细胞外基质（ECM）的聚积，后期主要表现为肾小球、肾小管间质纤维化，最终导致持续性蛋白尿和肾功能衰竭。但究其确切的发病机制，目前仍不明确。传统机制多认为与糖代谢紊乱（晚期糖基化终末产物的形成，多元醇通路的激活，蛋白激酶C活性增高）、肾脏血流动力学改变等有关，近些年研究证实遗传易感性、氧化应激增强、炎症因子、细胞因子以及免疫因素在DN的发病过程中起着重要作用，同时内皮系统、GTP结合蛋白以及自噬、足细胞损伤等也成为研究的新动向。而对于其高Hcy血症导致DN的机制，我们可以归纳如下。①遗传易感性DN作为一种多基因疾病，具有明显的遗传倾向。流行病学调查发现，DN的发生和发展并不完全与血糖、血压控制情况及病程成正比，具有明显的家族聚集性和种族差异。只有在特定的基因背景下才能决定上述因素是否会发挥作用。目前研究最多的是Hcy的代谢酶MTHFR基因的多态性，发现MTHFR是糖尿病肾病的易感基因，所以从基因角度推论血Hcy因代谢酶异常而增高，从而有可能参与了糖尿病肾病的发生。②协同晚期糖基化终末代谢产物作用晚期糖基化终末产物(Advancedglycosylationendproducts,AGEs)是在长期高血糖的刺激下，葡萄糖与蛋白质、核酸、脂质发生一系列非酶性生化反应的产物。AGEs的蓄积造成肾小球基底膜结构改变，电荷屏障减弱，足细胞损伤，细胞外基质增生，最终导致蛋白尿和肾小球硬化[24]。而HofmannMA发现Hcy可协同糖尿病中的糖基化终末代谢产物，加剧血管内皮损伤，加重肾微循环障碍[25]。③氧化应激氧化应激和DN的关系密切。Hcy在血中不稳定，可自发氧化，形成超氧化物和过氧化氢，同时还可通过降低体内谷胱甘肽过氧化酶及超氧化物歧化酶的活性，血管内皮细胞的自由基清除系统的水平下降，产生大量自由基，启动膜脂质过氧化反应，破坏细胞膜的完整性，导致肾血管内皮细胞损伤和功能减退，引起肾小球基底膜增厚，血管通透性变大，从而引起肾血管病变。④炎症反应DN是一种炎症相关性疾病。石蕴琦[26]发现Hcy能促进平滑肌细胞、内皮细胞、单核细胞分泌炎症因子，如IL-8，单核细胞趋化蛋白-1（MCP-1）等，上述这些炎症因子可通过自分泌和旁分泌方式放大炎症反应，导致肾小球细胞外基质产生增多和降解减少，进而导致肾小球硬化及肾小管间质纤维化。⑤蛋白激酶-C（PKC）激活PKC是丝氨酸/苏氨酸相关蛋白激酶，广泛存在于人体各个器官、组织和细胞中，参与细胞增殖、分化及凋亡等多种信号传导过程，同时也在DN发生与发展中起重要作用。PKC被活化后可通过激活核因子启动ECMmRNA的转录，使基质合成增多；抑制内皮型一氧化氮合酶的活性使一氧化氮合成减少，导致血管收缩障碍；使血管内皮因子和血管黏附分子高表达，血管通透性增加，从而导致肾脏损伤。有研究显示在CBS基因突变的纯合子（CBS-/-）小鼠中发现，高同型半胱氨酸血症诱导的细胞损伤与PKC激活有关[27]。⑥Hcy可诱导足细胞损伤足细胞又称肾小球上皮细胞，其足突是肾小球滤过膜的重要组成部分。近年来大量研究证实，足细胞损伤是肾小球硬化的起始事件[28]。在Hcy大鼠模型中，随着Hcy水平的升高，大鼠的尿白蛋白排泄率、肾小球损伤指数逐渐升高。同时随着Hcy升高持续的时间越长，裂孔隔膜相关分子（如nephrin和podocin）的表达逐渐受抑制，而细胞骨架蛋白actinin-4的表达却逐渐升高。据此初步可以得出高Hcy可直接导致足细胞损伤并进一步诱导肾小球硬化的发生和发展。而其中脂筏(LP)聚集继发的NADPH氧化酶激活剂NALP3炎症小体的形成和活化是Hcy所致足细胞损伤的关键分子机制[29]。除此之外，Hcy可通过对血管内皮细胞的毒性作用，导致血小板及凝血系统的紊乱，促进血管平滑肌增生，影响血脂代谢等机制加重肾脏血管的损害，加重DN的发生、发展。5、展望尽管目前有大量的研究，但是DN的发病机制仍不完全清楚，现阶段有效的治疗DN药物也比较匮乏。临床上除了控制高血糖、高血压、高血脂以及限制蛋白的摄入等基础治疗外，血管紧张素转化酶抑制剂和血管紧张素受体抑制剂已成为国际公认的防治DN的一线药物。但仅仅上述措施也不能使糖尿病肾病逆转，因此在肾病的早期进行积极的干预治疗，可延缓其进展。通过上述内容我们可以知道Hcy是糖尿病肾病发生、发展影响因素，所以临床上应该开展Hcy的常规检查，及早发现并治疗高Hcy血症，为早期发现并治疗糖尿病肾病提供新