环氧化酶2与糖尿病肾病.doc

环氧化酶2与糖尿病肾病 糖尿病是由遗传和环境因素共同作用而引起的一组以高血糖为主要表现的临床综合征，目前，被认为是一种慢性、低度炎症性疾病。糖尿病肾病（diabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常见的并发症之一，已成为导致肾功能衰竭的一个主要原因。 环氧化酶2（cyclooxygenase 2，COX-2）作为一种重要的炎症介质，在糖尿病的发生与发展过程中的作用日益受到关注。本文就COX-2与DN作一综述。 一、COX-2的生物学性质 COX是花生四烯酸代谢过程中前列腺素（prostaglandins，PGs）合成的限速酶。传统观念认为，COX有两种结构亚型，即结构型COX-1和诱导型COX-2。近期，COX的第三种同工酶COX-3，在神经系统组织内被发现。COX-1主要存在于正常的组织细胞中，催化产生维持正常生理功能的PGs。COX-2是一种膜结合蛋白。研究证实，在巨噬细胞、成纤维细胞、内皮细胞和单核细胞中COX-2均可被诱导表达。生理状态下绝大部分组织细胞不表达COX-2；而在炎症、肿瘤等病理状态下受炎性刺激物、损伤、有丝分裂原和致癌物质等促炎介质诱导后，呈表达增高趋势，参与多种病理生理过程，具体是细胞膜磷脂通过磷脂酶A2途径被水解释放出花生四烯酸，在COX-2的催化下，合成前列腺素E2（PGE2），最后产生系列炎症介质，并通过瀑布式级联反应参与机体各生理、病理过程。 人类COX-2基因位于1号染色体q 25.2q 25.3，长8.3 kb，含有10个外显子和9个内含子，编码604个氨基酸，含有17个氨基酸残基的信号肽。 二、COX-2与糖尿病 Pickup研究发现，炎症细胞因子、氧化应激等在2型糖尿病中具有重要作用，首次将2型糖尿病和亚临床炎症联系起来。COX-2作为重要的炎症介质，参与糖尿病的发病机制以通过诱导合成PGs类衍生物来实现。PGE2作为COX-2的产物之一，能抑制葡萄糖刺激胰岛素分泌，导致糖耐量减低。COX-2抑制剂能增加细胞胰岛素的合成，且呈剂量依赖形式。同时，COX-2作为炎性反应的介质，能降低人体对胰岛素的敏感性。 相关动物实验显示，NOD小鼠和BALB/C小鼠进展为糖尿病前，COX-2仅仅表达于胰腺内分泌细胞，糖尿病时期主要表达于胰腺巨噬细胞和树突状细胞，并且COX-2和胰岛素在胰腺的不同细胞群中表达。提示了COX-2病理表达会影响胰岛素分泌，并在胰岛细胞的病理生理过程中发挥重要作用。 通过Heitmeier等的研究也证实，在1型糖尿病患者的胰岛细胞中，一些细胞因子如IL-1、IFN-、TNF-通过诱导刺激COX-2表达，使PGE2合成增加，造成胰岛细胞功能障碍和退化。在高葡萄糖浓度的刺激下，1型和2型糖尿病患者的胰岛细胞、血管平滑肌细胞、内皮细胞及其离体培养的单核细胞中COX-2的表达均会增加。表明高血糖的刺激或炎性因子诱导都能使COX-2异常表达，造成胰岛细胞损害。 三、COX-2与DN DN作为糖尿病常见的微血管病变，又称肾小球硬化症。COX-2主要在肾小球致密斑、皮质髓襻升支粗段、足细胞和肾髓质的间质细胞表达，与其他炎性介质共同参与肾小球和肾小管间质结构功能改变，在DN发生中起重要作用。 1. COX-2在糖尿病肾组织中的表达及对肾损伤的影响：刘志纯等检测链脲霉素（streptozotocin，STZ）诱导糖尿病大鼠模型肾组织COX-2发现，糖尿病组大鼠肾脏COX-2蛋白表达明显增加。陈芳等8观察了3周及6周糖尿病大鼠肾组织COX-2表达后得出，糖尿病早期肾小球滤过率（GFR）大约增加50%，重要成因之一是PGs代谢紊乱。而应用COX-2抑制剂罗非昔布干预3周和6周糖尿病大鼠后，药物干预组肾脏肥大指数（分别为1.190.17、1.250.21）均显着低于非干预组（分别为1.250.19、1.390.21，P0.05）。以24 h尿蛋白、尿白蛋白为肾损伤生化指标，检测到药物干预组中两指标在各时间点上都均显着低于非干预组（P0.01，P0.05），且药物干预组COX-2在肾组织表达显着低于非干预组。综合分析，糖尿病组肾组织COX-2的表达与24 h尿蛋白、尿白蛋白呈明显正相关。Komers等通过研究4周及12周2型糖尿病动物模型的尿蛋白与COX-2的变化关系发现，糖尿病模型12周的尿蛋白较4周糖尿病模型显着升高。与此同时，肾皮质中COX-2表达和尿PGE2也随之相应升高。 以上研究共同证明了COX-2在糖尿病肾组织中的表达上调，且在病理、生化指标的分析中均提示COX-2导致肾损害。 大量动物实验及临床研究均证实高血糖是上调肾小球系膜细胞COX-2表达的最主要因素。其具体机制未完全明确。 2. 活性氧簇（ROS）产物作用：通过将人系膜细胞（HMC）置于不同葡萄糖浓度中培养，Kiritoshi等发现，在30 mmol/L葡萄糖条件中HMC的COX-2 mRNA表达增加，同样条件下，利用荧光探针检测发现线粒体内ROS产物也增加。利用定向诱变将含有变异NF-B结合位点序列的COX-2启动子区瞬间转染进HMC，看到单独5或3端变异的序列使COX-2表达分别为5.6 mmol/L葡萄糖条件下的（235.824.0）%、（212.84.8）%较5和3端全变异序列的COX-2表达显着增加。从而该研究认为由于COX-2是受NF-B调控的靶基因，在高糖条件下通过线粒体电子传递链致使ROS产物增加，导致NF-B的活化，进而让HMC的COX-2 mRNA表达增加。 3. 磷脂酰肌醇-3-激酶（PI3K）/丝苏氨酸蛋白激酶（AKT）途径：Sheu等11在一项体外实验中，将鼠肾小球系膜细胞置在含33 mmol/L的高浓度葡萄糖培养基中行24 h培养后发现，PI3K于高糖刺激15 min后活性升高，PI3K下游功能区AKT在高糖刺激520 min后活性增高，ROS及NF-B则分别在高糖刺激15120 min、3060 min后表达升高。COX-2蛋白表达则于高糖刺激6 h后开始升高，24 h时达高峰。而同摩尔浓度的甘露醇却不会影响COX-2蛋白的表达，由此排除了高糖因高摩尔渗透压介质所致COX-2表达升高的机制。同时观察到，若加入10 mol/L的PI3K抑制剂，则能使ROS、NF-B活性减低以致最终COX-2蛋白表达下降。故推测，在系膜细胞中高糖可能通过PI3K/AKT途径激活ROS调控的NF-B从而致使COX-2表达增加。 4. COX-2与12/15-脂氧合酶（12/15-LO）的共同作用：有研究将糖尿病 db/db小鼠、STZ-小鼠的肾皮质系膜细胞在含25 mmol/L葡萄糖培养基中行24 h培养后，两者的12/15-LO和COX-2表达与对照组相比均显着增高（P0.01）。12/15-LO基因敲除小鼠的COX-2 mRNA在肾皮质中的表达量低于野生型小鼠（P0.01）。同时该研究发现，12/15-LO的代谢产物12（S）-HETE也能促使COX-2和PGE2表达增高。具体机制是，12（S）-HETE活化了JNK信号途径使c-jun磷酸化，活化的c-jun通过CRE位点引起COX-2基因的表达。同时还证实了，COX-2和PGE2以正反馈调节12/15-LO的活性。这也说明12/15-LO和 COX-2的共同作用是DN进程中的一个潜在机制。 5. COX-2和PGE2的相互作用：邢杰等在DN大鼠模型中用Western-blot检测COX-2的表达时，不但发现高糖可使肾脏内COX-2蛋白增加，而且PGE2作为COX-2的代谢产物之一，在DN大鼠模型的肾皮质中是刺激肾小球系膜细胞COX-2蛋白表达增加的另一个因素。进一步说明，PGE2和COX-2在DN的发生与发展中可能存在正反馈、交互协同作用。 6. COX-2致DN的机制肾血流动力学改变：糖尿病时肾内血流动力学改变直接参与了DN的发生，是导致蛋白尿、肾小球硬化的重要因素。血流动力学异常也是DN的最早期表现。肾小球高滤则在其中起关键作用。COX-2表达增加可通过改变肾脏血流动力学和增强炎症反应而导致糖尿病肾脏损害。COX-2源性的PGs类化合物与肾小球高滤、高灌注密切相关，是肾血流动力学改变的机制，也是致使DN发生功能与形态学异常的基础。 Nishikawa等研究表明DN早期肾脏超滤是由于COX-2过度表达所致。Komers等在实验性糖尿病大鼠模型中观察到，未经胰岛素治疗的糖尿病大鼠肾皮质与正常大鼠COX-2表达部位相同，但强度增加。分别将COX1抑制剂戊酰水杨酸盐和COX-2抑制剂NS398用于STZ-糖尿病大鼠，并将此组的肾小球滤过分数（FF）和GFR分别与对照组相比，发现以上两反映肾血流动力学的指数明显降低（P0.05），但未对平均动脉压和肾血浆流量产生影响。同时观察到，虽然两种COX抑制剂均可减少尿PGE2，但只有NS398能同时减少此组大鼠尿PGE2（P0.01）和尿血栓烷A2的排泄率（P0.05）。说明COX-2源性的PGs参与了DN发生的肾血流动力学改变。 糖尿病鼠血管平滑肌细胞COX-2高表达，使血管收缩的反应性增高可影响肾血流动力学。Cherney等以GFR、FF为检测指标，在21名病程大于5年的1型糖尿病患者中使用选择性COX-2抑制剂（塞来考昔）以观察COX-2对1型糖尿病患者肾血流动力学的影响。结果在肾小球超滤病例组中，塞来考昔干预组的GFR、FF较对照组显着降低（P0.05）；但在正常滤过组，塞来考昔却使以上两指标较对照组提高（P0.05）。 通过以上研究可得结论，一方面病理条件下，COX-2会导致肾小球高滤，加速DN的发生与发展。肾小球高灌注、高滤过使内皮、上皮细胞损害，破坏正常的滤过屏障，造成蛋白质滤过增加。另一方面生理条件下COX-2能维持正常的肾小球滤过。 四、结语 糖尿病及其并发症是一种慢性、低度炎症的观点已经得到多数共识。诸多实验与研究都已经证实，COX-2作为重要的炎症介质与糖尿病、DN的发生和发展关系密切。进一步寻