第2章-细胞基质与疾病.doc

第2章 细胞外基质与疾病人体是由器官组成的，器官是由组织组成的，组织是由细胞组成的。那么这些不同的细胞是怎样连接在一起，发挥其生命活动呢?将不同的细胞连接在一起，以形成组织、器官的物质基础就是体内无处不在的细胞外基质(ECM，extracellular matrix)。由胶原(collagen)和非胶原糖蛋白(non-collagenous protein)构成的细胞外基质，不仅是将各种细胞连接在一起，赋予各种组织、器官的基本结构和形状，也赋予其力学性质。ECM是存在于细胞之间的动态网状结构,主要含有胶原、糖蛋白、蛋白多糖、葡萄糖氨基糖苷、弹力纤维等五大类物质。胶原是ECM中最丰富的结构成分。ECM不仅是网状结构,而且对组织的迁移、分化、增殖等生理过程和炎症、新生血管的形成等病理过程起着重要的作用。近年来的研究表明，人体内的细胞外基质的生物学意义，决不限于物理学作用和性质，而是在人体的发育、细胞分化与移行、信号转导等生理过程和炎症、损伤与修复、免疫应答以及肿瘤转移等病理过程中具有重要的功能和作用。但是，相对于细胞研究来讲，细胞外基质的研究在一定程度上没有受到应有的重视。近年来，细胞外基质的研究已成为细胞生物学与生物学研究中的一个热点，细胞外基质与临床疾病的关系也越来越受到人们的重视。第1节 透明质酸与呼吸系统疾病透明质酸(HA)系N-酰葡糖胺与D葡糖醛酸组成的粘多糖,是细胞外基质(ECM)的重要组成部分。肺脏富含HA,它由间质细胞特别是成纤维细胞合成,然后通过淋巴循环入血。现代医学研究表明,HA在肺ECM中具有多种重要功能：它具有水合作用,维持内环境的稳定,维持细胞的结构和功能,调节炎症反应,影响组织的修复及重构,以及在各种呼吸系统疾病中保护肺组织免受损伤,因此HA日益受到呼吸界学者的重视。一、内源性HA与肺疾病1肺纤维化肺纤维化以肺内成纤维细胞增殖和ECM在肺组织内过多沉积为其特征,因此HA是反映肺纤维化的一个较好的指标。王佑娟等采用放射免疫分析法测定肺纤维化患者和人血清HA含量,结果肺纤维化患者的血清HA含量明显高于正常人,表明肺纤维化患者的血清HA水平增高,其增高程度与肺功能损害程度密切相关,故监测血清HA水平能反映临床病变的轻重程度及预后。2慢性阻塞性肺疾病(COPD)慢性气道炎症是COPD的重要特征,而HA是COPD敏感的炎症标志物,英国学者Dentener MA检测COPD患者痰液中的HA平均为234 ng/ml明显高于正常对照组66 ng/ml，组间比较有统计学意义。故HA测定对COPD病情判定有一定实用价值,并能早期发现继发性肺纤维化。3支气管哮喘支气管哮喘(以下简称哮喘)是一种慢性气道炎症性疾病，是由肥大细胞、嗜酸性粒细胞和T淋巴细胞等多种细胞参与发病的气道变应性炎症。李庆、马云宝对哮喘患者血清HA进行检测,结果表明发作期血清水平显著升高(P0.01),病情缓解后,其水平显著下降,但仍高于正常对照组(005)。其升高的原因可能为： 由于哮喘主要是由IgE介导的型变态反应,可刺激免疫活性细胞(如浆细胞、巨噬细胞)增殖,同时炎症可促进成纤维细胞增殖，HA合成增多。 因哮喘时呼气困难,晚期血中二氧化碳堆积，pH值下降,直接影响特异降解酶的活性,使HA的降解代谢速率减低。国外学者用免疫化学的方法证实在气道中HA和versican(蛋白聚糖分子中的一种)位于平滑肌束中和平滑肌束周围,在哮喘患者的气道壁基质中,平滑肌束周围versican和HA沉积显著增多,这是气道黏膜下层体积增加的主要因素之一,导致的后果是加重哮喘的气道狭窄。因此,清除气道细胞外基质的沉积是支气管哮喘治疗的一条新思路。4肺结核肺结核病变的发生发展与结缔组织的代谢有着密切关系,肺结核反复发作,可使细胞外基质过度沉积,形成纤维化。姜全心等对肺结核患者血清HA检测分析,结果表明较正常人显著升高,且升高程度与肺部病变范围的大小有关,病变广泛者显著高于局限者。李清泉等对肺结核患者分组进一步研究,得出如下结论:浸润型肺结核活动期和慢性纤维空洞型肺结核血清HA较正常对照显著升高,尤以慢性纤维空洞型肺结核升高为著,浸润型肺结核稳定期与正常对照组比较无显著性差异。5肺癌最新的研究表明HA在调节细胞内活动方面也起着重要的作用。CD44是细胞表面最重要的透明质酸受体,是与HA结合的主要部位。现已知CD44可选择性地与多种癌基因信号转导分子或(和)细胞骨架蛋白结合,是促进肿瘤细胞异常移动的关键步骤之一。HA通过与CD44相互作用而促进细胞移动,诱导信号转导,进而促进肿瘤发生发展。胡连才等对肺癌患者血清HA进行检测发现晚期肺癌与早期肺癌血清HA值有显著性差异,两者均高于正常对照组,说明血清HA含量的改变与肿瘤的负荷程度、分期相一致,这对良恶性肿瘤的鉴别、病情估计及预后判断有重要意义。二、外源性HA在呼吸科临床的应用研究国外有学者通过动物实验证实雾化吸入HA可治疗肺气肿及COPD。原因可能为HA结合在肺的弹性纤维上,能保护其免受弹性蛋白酶的直接破坏作用,进而防止肺泡的破坏。Petrigni G等则应用HA气雾剂来治疗哮喘,结果发现HA能缓解哮喘患者的气道痉挛,降低气道高反应性,机理可能与哮喘病人的气道基质缺陷有关。基于HA对癌基因信号转导的调节作用,有学者应用HA来治疗肺癌,结果发现HA对肺原发癌及转移癌均有抑制作用。此外,另有学者应用HA来保护、治疗肺损伤,也取得了满意的结果,在此不一一赘述。三、结语肺脏是人体最易受损伤的器官之一,从广义上讲,大气污染、微生物感染、机体的免疫反应或过敏反应、以及一切可以引起肺缺血、乏氧的疾病都可引起肺损伤。肺损伤发生后有转化生长因子、血小板源性生长因子、白细胞介素等多种细胞因子释放,形成复杂的因子网络,介导炎症反应,这些细胞因子尤其是转化生长因子还可促进成纤维细胞增殖和ECM的沉积,进而引起HA的分泌增多,开始发挥其多种生物学功能,抑制炎症反应,保护肺组织。因此，HA与肺关系极为密切。第2节 细胞外基质与肝纤维化肝纤维化（Fibrosis）是指肝脏纤维结缔组织的过度沉积，是纤维增生（Fibrogenesis，即细胞外基质合成增加）和纤维分解（Fibrolysis，即细胞外基质降解）不平衡的结果。纤维增生是机体对于损伤的一种修复反应，一旦有害因素去除、细胞外基质成分得到恢复则纤维增生停止。所以急性或一过性肝脏疾患即使很严重也不会导致肝纤维化。但各种病因所致反复或持续的慢性肝实质炎症、坏死可导致肝脏持续不断的纤维增生而形成肝纤维化，向前发展发生肝小叶结构的破坏及结节形成即成为肝硬化。从肝硬化的病理学的定义来看，仅有弥漫性肝纤维化而无结节形成（如先天性肝纤维化，心力衰竭所致的肝腺泡第三区纤维化）不能称为肝硬化；仅有结节形成而无弥漫性肝纤维化（如局灶性结节性肝细胞增生，结节性肝细胞再生性增生）也不是肝硬化。但是从许多慢性肝病，特别是慢性病毒性肝炎的临床及病理演变来看，肝纤维化和肝硬化是连续的发展过程，二者难以截然分开。近年来随着细胞生物学和分子生物学的迅速发展，人们对肝脏细胞外基质的组成、代谢及其生物学功能的认识不断深入，因而对肝纤维化的发生机理、诊断和治疗的研究也有了较大的进展。一、细胞外基质的组成及其代谢和生物学功能细胞外基质一般包括胶原、非胶原糖蛋白、蛋白多糖及弹性硬蛋白。按照最新的观点，ECM还应包括间质金属蛋白酶（MMP），金属蛋白酶组织抑制物（TIMP），基质粘附分子（即细胞外基质受体），以及与间质成分大分子结合的各种生长因子和细胞因子。现在认为ECM不是杂乱无章、仅起支架作用的静态物质，而是组织有序、代谢活跃，且对细胞、组织和器官的形态、生长、分化和代谢等结构和功能有重要影响的生命分子。 胶原（Collagen）胶原是细胞外基质的最重要成分，目前已发现至少19型基因序列不同的胶原。在肝脏总含量较高的有5型，分别为型33%，型33%，型1%，型1%10%，型0.1%1%。正常人肝脏的胶原含量约为5.5mg/g肝湿重，/型胶原的比为1:1；肝纤维化和肝硬化时肝脏胶原含量可增加数倍，且/型的比值增加，到后期此比例可增至2.38。根据胶原的形态和结构特点及分布部位，可分为两大类：纤维性胶原：包括、型，型胶原：去除C端肽后分布于血窦周围和门脉区，作为核心使、型胶原形成粗大的纤维。型胶原呈串珠样结构分布于、和型胶原形成的纤维束之间起粘附作用。基底膜性胶原：即型胶原，它的端肽不去除而是借此相连形成三维网格状结构，主要分布于肝血窦内皮下，为肝细胞和内皮细胞功能基底膜的主要成份。胶原的合成步骤包括基因转录、翻译、翻译后修饰（羟基化和糖基化）形成肽链，三条链形成三螺旋即胶原的基本单位-前胶原（Precollagen），经微管排泌到细胞外切去N端和C端肽后相互交联形成胶原纤维或网格状结构。 非胶原糖蛋白（Noncollagenous Glycoproteins）是细胞外基质的另一重要组分，其分子中的多个功能区可与其他细胞外基质及多种细胞膜的跨膜蛋白受体结合，从而影响细胞的生长、分化、代谢等各种生物学行为。其种类很多，现择要列举如下： 纤维连结蛋白质（Fibronectin）可分为血浆性（可溶性）和细胞性（不溶性），前者主要由肝细胞产生，后者主要由贮脂细胞、巨噬细胞及血管内皮细胞产生。在肝纤维化早期其含量增多，作为以后胶原沉积的支架。 层连蛋白（Laminin） 是由三个亚单位（一条链和两链链）组成的“十”字型结构，其分子内部有可与细胞表面受体和肝素结合的功能区。它和型胶原一起构成基底膜的主要成份，分布于血管、胆管基底膜上，肝血窦内皮下亦有少量分布，这对于维持细胞的分化状态有重要意义。 细胞粘合素（Tenascins, Cytotactin, Bronionectin, Hexabronchions） 是由6个相同的亚单位组成的六聚体，由贮脂细胞产生。肝纤维化时沉积于细胞损伤严重的区域，如中央静脉周围和细的纤维间隔中，可能在早期ECM的沉积中起作用。 粗纤维调节素（Undulin）由3个亚基组成，其单体和层连蛋白相似，但少一个短臂，主要分别于紧密排列的、型胶原纤维中，它对维持胶原的超分子结构起重要作用，其细胞来源尚不明了。 血栓粘合素（Thrombospondin） 由3个相同亚基的末端在中央形成一个小球体，能结合肝素、型胶原、纤维连结蛋白、血浆纤溶酶原和纤维蛋白原。其功能是防止细胞扩散。 副纤维连接蛋白（Vitronection，VN） 由肝细胞产生，其分布与纤维连接蛋白相似，具有结合胶原的功能。肝硬化时分布于胶原纤维沉积的部位。血浆VN水平和肝纤维化程度有一定的相关性。 副层连蛋白（Entactin，Nidogen） 呈不对称哑铃形，它可与层连蛋白中心部位特异性以共价键结合，从而调节后者与其受体的结合。其分布和层连蛋白的单位相似，主要分布于基底膜。 蛋白多糖（Proteoglycan）蛋白多糖是一类由蛋白质作核心骨架，在N或O位上连有糖胺聚糖（Glycosaminoglycan，GAG）侧链的大分子物质，它们与胶原一起分布于细胞外基质和基底膜上，同时也分布于细胞膜上。其糖胺多糖可分为硫酸乙酰肝素（Heparan Sulfate）、硫酸皮肤素（Dermatan Sulfate）、硫酸软骨素（Chondroitin Sulfate）及硫酸角质素（Keratan Sulfate）。正常肝脏中硫酸乙酰肝素含量最多，占肝脏总GAG的60%；肝纤维化时其含量下降，而硫酸皮肤素和硫酸软骨素的含量增加。透明质酸（Hyaluronic Acid）是一特殊的多糖，未经硫化亦不含蛋白骨架。近年已将许多蛋白多糖核心蛋白的cDNA克隆出来，对其生物学功能的了解也日趋深入。根据其分布不同大体可将蛋白多糖分为两类。与肝纤维化的关系尚不清楚。 细胞-间质粘附分子（Cell-Matrix Adhension Molecules）细胞和细胞外基质成份之间的分子相互作用是通过特定的质膜蛋白即各种粘附分子来实现的。一些在其他上皮细胞和内皮细胞上经常表达的粘附分子，在正常肝细胞和血窦内皮细胞中不表达，但在纤维化的发生过程中这些粘附分子的表达呈上调（Upregulation）改变。细胞-间质粘附分子主要包括Integrin家庭和CD44蛋白家庭。 Integrin是由和链非共价格结合组成的二聚体，现已知有17种链和8种链共组成21种有功能的二聚体。作为受体Integrin可以结合多种配体，而一种细胞外基质成分可由多种Integrin通过不同的识别位点结合。最重要的识别位点是细胞外基质分子中的R-G-D（精-甘-天）序列，大多数Integrin受体皆可识别之。各种Integrin有其特定的组织分布，一种细胞可以存在多种Integrin，其配体识别位点亦可有重叠。在非极性细胞上，Integrin分布于各个面，在极性细胞只分布于其底面和侧面。它们不仅起粘附作用，而且因其细胞内功能区与细胞骨架相连，故可以传递信号，促进细胞的增殖、分化和移行。 CD44蛋白家族是一类大量糖基化的跨膜蛋白，广泛分布于体细胞，可以介导细胞-细胞，细胞-间质的相互作用。本家族的成员亦很多，在正常状态下，肝细胞内检测不到CD44蛋白的表达，但在血窦内皮细胞中可有表达。粘附分子在肝纤维化过程中最显著的改变是肝细胞和血窦内皮细胞诱导表达Integrin家族中的层连蛋白受体，而且其表达上调改变早于肝硬化的形成。致纤维化的细胞因子如TGF-和促进炎症的细胞因子如TGF-、IL-1、IFN-均可促进Integrin受体和CD44蛋白的高表达。不管其基础疾病如何，Integrin受体的诱导表达情形相似，提示这是一种对细胞相邻细胞外基质成分改变的非特异性反应。Integrin受体的激活可以直接和间接地触发一系列的细胞内事件，如细胞的形态、生化、代谢、分泌、胞浆底物的酪氨酸磷酸化等，提示细胞外基质对于调节肝细胞和血窦内皮细胞的结构和功能起重要作用。在肝纤维化的早期，Integrin受体的表达可能促进细胞外基质在局部的沉积和组织，因而这种细胞-间质粘附分子的表达上调作用不仅是对细胞微环境改变的适应性反应，而且很可能在启动纤维化本身的过程中起主动的作用。二、细胞外基质的细胞来源肝脏细胞（Liver Cells）可分为：肝实质细胞即肝细胞（Hepatocyte）；非实质细胞，包括贮脂细胞（Ito细胞）、血窦内皮细胞、Kupffer细胞和陷窝细胞（Pit Cell）。经过体外细胞培养、免疫组织化学及分子原位杂交研究，对细胞外基质的来源有了较多的了解。以前曾认为胶原主要由肝细胞合成，后来发现主要由贮脂细胞产生；而且其它细胞外基质亦主要由贮脂细胞产生。三、肝纤维化的血清学诊断鉴于肝脏穿刺组织病理检查的局限性，人们一直致力于寻找血清学指标来监测肝纤维化的发展过程和判断抗纤维化的疗效。理想的肝纤维化血清学指标应具备一些条件：肝脏特异性高；能确定肝脏纤维增生或降解的过程，反映肝脏纤维化的程度及肝脏实质和间质结构的紊乱；不被血窦内皮摄取，不经胆道和肾脏排泄；测定方法简便易行，敏感性高。实际上现有的测定血清中细胞外基质成分的试验都不完全符合这些条件，但是经过动物实验和临床病理研究发现了不少对判断肝纤维增生有一定价值的指标。总的来说，在动物实验中这些指标和肝脏中相应的细胞外基质成分及其mRNA水平有较好的相关性；在临床研究中这些指标和肝组织病理学纤维化程度也有一定的关联，慢性活动性肝病（所谓慢性活动性肝炎和活动性肝硬化）时高于非活动性肝病（慢性迁延性肝炎和非活动性肝硬化）。但是各组之间有较多的重叠，难以凭一次结果作出肯定的诊断；联合应用多项指标和动态测定可能更有助于判断纤维增生和纤维降解的相对强度。下面仅介绍研究较多的几种肝纤维化血清学指标。 血清型胶原（CI）及型前胶原羧基端肽（PICP）肝脏中型胶原含量较多，在肝纤维化和肝硬化晚期升高明显，血清中含量和肝纤维化程度有较高的相关性，有人建立RIA方法并测定了正常人血清CI的含量的上限为197g/L (Mean2SD)，在急性肝炎不升高，在各种慢性活动性肝病中升高，且与肝脏纤维化积分的相关系数为0.67 (P0.0001)，而与肝脏炎症指数无相关性。在慢性肝炎和酒精性肝病中若血清CI高于300g/L，则诊断肝硬化的特异性很高。在酒精性肝病患者血清CI升高且停止饮酒后其血清PICP水平降低，而此时血清CI水平无明显变化，提示PICP能反映肝脏纤维增生情况，而CI反映的是肝脏原纤维的沉积。但是，CI和CCP受骨代谢的影响较大，因而肝脏特异性较差，故限制了其临床应用。 血清型胶原（C）及型前胶原氨基端肽（PNP）国外有人用RIA测定了正常人的血清C的上限为40g/L (Mean2SD)，在慢性活动性肝病时升高，其升高可能是新分泌的过量的型胶原从血窦内皮细胞的间隙漏到血循环。血清中C水平和肝组织纤维化有相关性（r=0.35, P0.01)，且和炎症活动也有一定的相关性。国内报道血清C水平和肝组织纤维化程度密切相关 (r=0.984, P0.01)，并有人证明在慢性肝炎和肝硬化患者中血清C和PNP有相关性 (r=0.510)。这是研究得最多的肝纤维化血清学指标。它是型前胶原分泌到细胞外后被肽酶切下的N端肽，端肽（N，C）切下后才形成胶原分子，相互交联成微纤维。故PNP升高反映的是肝脏纤维增生情况。动物实验表明血清PNP水平升高和肝脏组织中胶原mRNA及TGF-mRNA水平的升高密切相关；临床研究也发现血清PNP水平和肝脏组织纤维化程度有良好的相关性，是反映肝脏纤维增生的指标。 血清型胶原（C）及胶原羧基端肽（CCP，NC1）和胶原氨基端肽（CNP，7S）型胶原在合成代谢过程中不需去除端肽而沉积于细胞外基质，故血中型胶原的含量升高可能反映了肝血窦基底膜的更新率（Turnover）加快。基础和临床研究均发现血清型胶原水平和肝纤维化及门脉高压程度密切相关，与肝脏炎症活动关系较小。血清CCP（NC1）和CNP（7S）亦与肝纤维化程度相关。因为型胶原在肝血窦、增生的胆管和界板周围基底膜沉积，故血中CCP（NC1）和CNP（7S）的升高反映了基底膜的持续重建（Remodeling）过程中的降解。在肝脏纤维化晚期纤维性胶原（、型胶原）增生不活跃时这些指标仍可增高。 血清透明质酸（HA）肝纤维化时血清HA水平升高一方面是由于贮脂细胞对其合成增加，另一方面可能是由于肝血窦毛细血管化（内皮细胞失去HA受体）、肝血窦内皮细胞受损伤（失去代谢HA的能力）导致肝脏对血清中的HA摄取和降解减少所致。国内张鲁榕等首先建立HA的RIA测定方法，在254例肝病患者中发现有慢性活动性肝病者HA升高明显，若以350ng/ml为界值，则诊断肝硬化的敏感性为87.5%。在晚期肝硬化时，由于肝血窦内皮细胞功能更低下，故血清HA值可能更高，此与血清PNP等反映活动性肝脏纤维增生的指标不同。 血清纤维连续蛋白受体（Fn-R）Fn-R是Integrin家族的一个成员，肝纤维化时可在肝窦周细胞浆膜和纤维增生区过度表达。日本学者观察到在慢性肝炎、肝硬化、酒精性肝病和肝细胞癌时血清Fn-R明显升高并与组织学纤维化程度一致，认为是较好的肝纤维化血清学指标。 粗纤维调节素（Undulin）粗纤维调节素存在于胶原致密纤维的表面，当胶原结构破坏时，它游离出来而进入血中，故和型胶原一样属于反映胶原降解的指标。 细胞粘合素（Tenascin） 细胞粘合素主要分布于肝血窦周间隙，于肝纤维化早期在中央静脉周围、细纤维间隔内及细胞外基质和肝细胞的交界处沉积。可能是一种反映活动性肝纤维增生的指标。第3节 细胞间黏附分子1与糖尿病肾病糖尿病肾病(diabetic nephropathy, DN)是糖尿病常见而严重的微血管并发症，也是导致患者死亡的主要原因之一，其发病机制不十分清楚。近年来的研究认为，DN可能与血流动力学障碍、代谢异常及遗传等多因素有关，其中黏附分子与DN关系密切。在糖尿病状态下,细胞间黏附分子1 ( intercellular adhesion molecule-1, ICAM-1)等细胞表面黏附分子的异常表达可介导血管内皮细胞与单核细胞黏附，引起内皮损伤、血管通透性增加、血小板聚集增多以及血栓形成等，在DN的发生、发展中起着重要的作用。一、ICAM-1的组成ICAM-1,又名CD54,是细胞间黏附所必须的单链跨膜糖蛋白,属黏附分子中免疫球蛋白超家族成员，相对分子质量为76103114103的单链糖蛋白。ICAM-1由3个部分组成:胞外区、疏水跨膜区、胞质区。二、ICAM-1的生物学作用ICAM-1的主要受体是淋巴细胞功能相关抗原(function associated antigen, LFA-1) (CD11a/ CD18)、巨噬细胞分化抗原1(CD11b/CD18),二者均为整合素2家族成员。LFA-1是ICAM-1的主要受体,表达于中性粒细胞和除红细胞以外的所有造血细胞。ICAM-1所参与的细胞黏附在胚胎的发育和分化、维持正常组织结构、炎性反应和免疫调节中起着关键作用。正常情况下，ICAM-1呈低水平表达,且与配基LFA-1和巨噬细胞抗原1的亲和力较低,各种刺激因素可通过丝裂原活化蛋白激酶-激活蛋白1、蛋白激酶C-核因子B(protein kinase C-nuclear factor-B, PKC-NF-B )等途径上调ICAM-1的表达,使ICAM-1与LFA-1亲和力增加,使LFA-1阳性白细胞易于黏附至ICAM-1阳性内皮细胞表面,而后穿过内皮到达炎症组织,促进炎性细胞的迁移和趋化。ICAM-1的持久增强表达可导致各组织器官结构和功能的严重损伤。新近研究表明,醛固酮可通过血清及糖皮质激素诱导型蛋白激酶及NF-B途径上调ICAM-1表达,导致醛固酮诱导的肾脏炎症及纤维化。在糖尿病肾组织中高表达的ICAM-1使炎性细胞黏附于血管内皮,可造成相应毛细血管堵塞和内皮细胞损伤,血管通透性增强,蛋白漏出,形成蛋白尿,肾小球的炎性细胞也释放一些因子如转化生长因子、血小板源生长因子,导致细胞外基质扩张、蛋白尿和肾小球硬化。三、ICAM-1与DN的关系DN早期主要表现为肾小球高滤过、高灌注和肾脏肥大,此期是可逆的,随着病变的发展导致不可逆的肾小球硬化和肾衰竭。大量的病理研究显示,在DN肾组织,单核/巨噬细胞、淋巴细胞在肾小球、系膜组织、间质等的浸润,提示有炎性过程发生。研究发现，DN组sICAM-1显著高于无合并症的糖尿病组。Okada等在剔除ICAM-1基因的ICAM-1-/-大鼠与ICAM-1+/+大鼠相比,肾小球巨噬细胞浸润减少,肾脏和肾小球肥大减轻,转化生长因子表达和型胶原累积也下降,证明了ICAM-1在DN巨噬细胞浸润中的关键作用。研究发现,糖尿病大鼠,其肾脏ICAM-1早在血糖升高后第1天就有表达,巨噬细胞第4天开始浸润,第8天浸润明显增加,提示ICAM-1可能与DN进展有关。糖尿病早期的肾小球高滤过可能是ICAM-1上调机制之一,用前列环素类似物改善糖尿病早期由于肾内皮型一氧化氮合成酶高表达而致的肾小球高压、高滤过,就可以抑制ICAM-1依赖的糖尿病肾小球巨噬细胞浸润。Riser等证实,在DN早期,肾小球高压导致了肾小球系膜细胞环状伸展增加,刺激了肾系膜细胞ICAM-1的表达上调,呈时间、强度依赖关系,导致了吞噬性白细胞的显著黏附,这一研究结果将肾小球内高压与炎性反应联系了起来。有研究表明,高糖能促使大鼠肾系膜细胞增殖以及系膜细胞ICAM-1 mRNA和蛋白的表达增强,且这些作用有时间依赖性；抗ICAM-1单克隆抗体、PKC抑制剂calphostin C和NF-B抑制剂能抑制上述增加。推测高糖可通过PKC-NF-B通路刺激系膜细胞增生和上调系膜细胞的ICAM-1的表达从而促使白细胞黏附增加。新近研究也证明,高糖导致血管紧张素表达上调,增加了ICAM-1和血管细胞黏附分子1在糖尿病鼠肾的表达,引起炎症导致肾脏损伤。广泛研究证实,氧化应激反应可造成微循环障碍。糖尿病时,肾组织中化学性质活泼的活性氧簇产生过多,造成肾组织的氧化应激状态,导致细胞内的信号转导异常,激活NF-B和(或)AP-1核转录因子,启动ICAM-1及其他细胞因子和生长因子的转录,导致DN发生、发展。不仅是高糖,糖基化终末产物(advanced glycation endproducts, AGEs)也可刺激ICAM-1的表达,造成肾脏损害,其机制可能是AGEs与其特异性受体结合后,引发细胞内氧化应激,导致细胞内的信号转导异常,激活NF-B和(或)AP-1核转录因子；同时可进一步增强AGEs受体分子表达,引起持续的细胞损伤和功能紊乱,表明AGEs可致黏附分子