氧化应激秦教授

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1、1氧化应激与糖尿病肾病秦贵军 郑州大学第一附属医院内分泌科 2 糖尿病肾病（diabetic nephropathy, DN）系慢性高血糖所致的肾脏损害，病变可累及全肾，是导致终末期肾衰竭的主要因素。 研究表明糖尿病肾病约占新诊断终末期肾功能衰竭的40%，伴有终末期肾脏疾病的糖尿病患者5年生存率只有20%。Choudhury D, et al. Discov Med, 2010, 10(54): 406-415.我国糖尿病肾脏病变的患病率3 2009年至2013年文献报道的我国社区2型糖尿病患者DN患病率为10% 40% 。 糖尿病与心血管疾病行动研究（ADVANCE）已证实即使在相同的降糖、

2、降压条件下，亚洲2型糖尿病患者总肾脏事件的发生风险比经济发达地区高出73%。 我国DN在终末期肾病（ESRD）中占16.4%，且未来可能会成为ESRD的首位病因。 徐嵘,等.中华内科杂志,2012,51(1):18-23. 柯萧韵, 等.中国全科医,2013,16(12):1373-1375. Liu ZH. Nat Rev Nephrol,2013,9(9):523-528. Woodward M, et al. DiabetesCare,2011,34(12):2491-2495.糖尿病肾病发病机制（一）遗传因素 （二）代谢与血液动力的影响 （三）肾小球滤过屏障功能改变 （四）蛋白质的非酶

3、糖化 （五）多元醇通路活性增加与肌醇代谢紊乱 （六）高血压 （七）激素和细胞因子 （八）反应氧中间产物糖尿病学，主编：许曼音2001年Brownlee提出糖尿病肾病的统一机制学说，认为经典的多元醇途径、糖基化终末产物途径、蛋白激酶C途径和氨基己糖途径均是高糖环境下线粒体呼吸链中ROS生成过多的结果，即高糖损伤的共同基础“氧化应激”。5Brownlee M, et al. Nature, 2001, 414(6865): 813-820. 氧化应激是机体正常氧化/还原动态平衡被打破，造成生物大分子氧化损伤，干扰正常生命活动的一种严重应激状态。 氧化应激产物（ROS）主要包括超氧阴离子（ O2-）

4、、过氧化氢（ H2O2 ）和羟自由基（ OH-）等活性含氧化合物。6氧化应激 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； 长期高血糖导致ROS产生增多，氧化应激水平升高，损伤肾脏组织，从而导致了DN的发生。7氧化应激与DN 动物研究发现，单一剂量链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠在8周病程时已经出现肾功能损害，同时伴随氧化应激水平升高、肾脏丙二醛（MDA)含量增加； 体外研究发现，糖尿病大鼠近端肾小管细胞经分离后暴露于氧化剂中，活性氧自由基和细胞凋亡增加。8氧化应激与DNXu M, et al. Am J Nephrol, 2009,

5、29(3): 252-256. Zhang Q, et al. Toxicol Appl Phamacol, 2009,241(1):1-13. 虽然越来越多的研究表明氧化应激在DN的发生发展中起重要作用，但是其具体机制目前尚不十分清楚。 糖尿病肾组织中氧化应激增强主要有两个原因，即：肾组织中ROS产生增多及ROS清除减少。9DN氧化应激发生的机制主要包括以下机制：一、线粒体呼吸传递链：高糖环境下线粒体功能障碍，激活氧化应激通路，导致组织损伤。二、糖基化终产物（AGE）途径：长期高血糖造成AGE堆积，多元醇途径增强亦引起AGEs生成增多，而AGE形成过程中可不断产生氧自由基。10肾组织中ROS

6、产生增加三、还原型辅酶II（NADPH）氧化酶：糖尿病时，高血糖、高脂血症、细胞因子、生长因子、血管紧张素II等各种途径活化NADPH氧化酶，产生大量ROS。四、细胞因子和生长因子信号转导和放大：高血糖诱导细胞因子和生长因子（如，TGF-1、NF-B、PKC等）过度表达，可诱导ROS的合成。11肾组织中ROS产生增加五、山梨醇/多元醇途径活性增高：糖尿病时，葡萄糖生成大量山梨醇，一方面引起细胞水肿和损伤；另一方面使还原型谷胱甘肽减少，诱导ROS合成。六、NO/解偶联一氧化氮合成酶（NOS）：在糖尿病患者，NOS解偶联受到底物L-精氨酸可用性的限制或辅助因子缺乏影响，被认为是NO产生氧自由基的原

7、因。12肾组织中ROS产生增加 高血糖时，超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物酶、过氧化氢酶等抗氧化酶的基因表达下调，活性下降，机体清除ROS能力受损； 此外，体内非酶类抗氧化剂水平降低，使肾组织抗氧化能力显著降低。13肾组织中ROS清除减少一、对肾血流动力学的影响：ROS可使肾血管通透性增加，血管内皮功能障碍等；当血管动力学发生变化，功能异常的细胞会产生大量ROS，导致进一步的损伤。二、肾内基质重构及肾小管间质纤维化：糖尿病及高血糖状态下，氧化损伤可使肾脏内基质构建，组织纤维化，促进DN的发生。14氧化应激对糖尿病肾脏组织的可能损害三、肾组织炎症的发生：糖尿病时存在的高血糖及血流动力学障碍等可损

8、伤肾脏固有细胞，释放炎症因子和炎症介质（如肿瘤坏死因子-、NF-B等），加重肾细胞损伤，促进纤维化的发生。四、足细胞损伤：高血糖可通过ROS使足细胞标志蛋白表达减少，足突消失融合；ROS亦可通过激活促凋亡因子诱导足细胞凋亡。15氧化应激对糖尿病肾脏组织的可能损害16高血糖和氧化应激 葡萄糖毒性是指长期异常升高的血糖对细胞的毒性作用；大量临床研究发现2型糖尿病患者处于氧化应激状态。 葡萄糖自身可通过多种途径产生活性氧。如下图：17胰岛素抵抗和氧化应激 胰岛素对Ang II的I型受体有上调作用，并可激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，而全身和局部组织Ang II 水平增高是胰岛素抵抗导致氧化应激的重

9、要机制。 氧化应激亦可加剧胰岛素抵抗的程度，其通过诱发多种丝氨酸激酶的级联反应影响胰岛素信号转导。18游离脂肪酸和氧化应激 游离脂肪酸（FFA）水平增高可使线粒体功能发生障碍，导致ROS产生，超氧分子的形成及氧化磷酸化的解偶联等。 同时，FFA可减少细胞内的还原型谷胱甘肽水平，造成内源性抗氧化功能的障碍。 FoxO亚家族（ FoxO s）是一类DNA结合区具有翼状螺旋结构的转录因子。 研究表明其可通过激活下游抗氧化靶基因如锰超氧化物歧化酶（MnSOD）及过氧化氢酶（CAT）等的表达，发挥抗氧化应激作用。19Kousteni S. Bone, 2012, 50(2): 437-443 . Fur

10、ukawa-Hibi Y, et al. Antioxid Redox Signal, 2005, 7(5-6): 752-760.FoxOs与氧化应激 Kato等研究表明在STZ诱导的糖尿病大鼠肾皮质中FoxO1、 FoxO3a磷酸化水平增高（图A）。 研究发现在STZ诱导的糖尿病大鼠肾皮质中， FoxO1磷酸化水平升高（图B） ，肾皮质MDA含量明显增加（图C）。说明高血糖状态下肾脏氧化应激的发生可能与FoxO1抗氧化活性降低有关。20FoxOs在糖尿病肾脏中活性下降Kato M, et al. J Am Soc Nephrol, 2006, 17: 33253335. Wu L, et

11、al. Mol Biol Rep, 2012, 39(9):9085-9093.ABC21 Venkatesan等研究表明在体外培养的肾小球系膜细胞（ MCs ）中H2O2通过PI3K/AKT信号通路作用于FoxO1，使其磷酸化水平升高，活性降低，从而下调其靶基因过氧化氢酶的表达。 FoxO1调节系膜细胞ROS水平Venkatesan B, er al. J Cell Physiol, 2007, 211: 457467.22 Venkatesan等研究发现过表达FoxO1可增加H2O2处理的MCs中过氧化氢酶的表达，下调ROS水平。 研究发现上调高糖培养的MCs中FoxO1表达及活性，其抗氧

12、化靶基因MnSOD表达升高（图A），MCs中ROS水平下降（图B）。 上调FoxO1表达降低系膜细胞ROS水平Venkatesan B, er al. J Cell Physiol, 2007, 211: 457467. Ji H, et al. Mol Biol Rep, 2014, 41:21512159.AB糖尿病肾病的治疗发生糖尿病肾病的危险因素不可改变的因素 年龄 性别 糖尿病病程 遗传可改变的因素 高血压 高血糖 血脂代谢异常 血液高凝状态2007年NKF指南（ 第一个针对DM并 发CKD指南）DM并发CKD治疗的指南及建议DN治疗原则2014年糖尿病肾 病防治专家共识营养治疗调脂

13、治疗 控制血压减少尿蛋白控制血糖综合治疗综合治疗抗氧化应激2007 NKF糖尿病和慢性肾脏病临床实践指南DN治疗原则UKPDS Group. Lancet. 1998;352:837-853.Over 10 years, HbA1c was 7.0% (6.2-8.2) in the intensive group (n=2,729) compared with 7.9% (6.9-8.8) in the conventional group (n=1,138).UKPDS：强化血糖控制减少并发症的相对危险DCCT&EDIC：严格控糖可延缓DN病程进展De Boer IH, et al. Ar

14、ch Intern Med, 2011, 171: 412-20.29 虽然DCCT和UKPDS均证实强化血糖控制可显著降低DM患者肾脏并发症的发生率，但未涉及其具体机制，这种获益是否和降低了氧化应激水平有关无从得知。30 和造模成功后即开始强化血糖控制的DM大鼠相比，造模成功6月后才开始强化血糖控制的大鼠肾皮质过氧化脂质和NO水平增高，GSH降低，提示早期强化血糖控制能减少DN的发生可能和氧化应激的减轻有关。*%0-10-20-30-40-50* P0.05与严格的血糖控制相比严格的血糖控制 严格的血压控制中风糖尿病终 点事件糖尿病 死亡微血管 合并症Bakris GL, et al. Am

15、erican Journal of Kidney Diseases, 2000: 646-661.DN严格控制血压较血糖更重要*常用降压药物的抗氧化应激机制 ARB可以降低DN患者尿8-羟基-脱氧鸟苷和8-异构-前列腺素F2水平，并切断高血糖-活性氧簇-Ang II-血管紧张素II受体-活性氧簇的恶性循环。 硝苯地平可以降低暴露于AGE中的肾脏系膜细胞AGER mRNA的表达水平，进而减少ROS的产生。32Oqawa S, et al. Biomark Insights, 2009, 4: 97-102. Matsui T, et al. Biochem Biophys Res Commum,

16、 2009, 385: 269-272. 生活方式干预是DN的基础治疗手段，有研究发现其在降低DN肾脏氧化应激水平方面同样具有重要作用。 DN患者连续6个月每天饮用118ml红酒后，24h尿蛋白和8-OHdG浓度降低，提示红酒的肾脏保护作用可能和降低氧化应激水平有关。Nakamura T, et al. Metabolism, 2009,58: 1185-1190.34 白藜芦醇是一种天然的具有生物学活性的抗氧化剂 ，主要存在于葡萄、藜芦、虎杖等植物中。 研究发现白藜芦醇能减少肾脏活性氧产生，肾皮质纤连蛋白、胶原IV表达降低（如图），对糖尿病大鼠肾脏有保护作用。Wu L, et al. Mol Biol Rep, 2012, 39(9):9085-9093.35注：A为NC组；B为DM组；C为RSV组 与NC组比较，*P 0.05；与DM组比较 ，#P 0.05白藜芦醇治疗能增加STZ诱导的糖