葡萄糖转运蛋白与糖尿病肾病
作者：李颖健
单位：李颖健(南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所 南京，210002)；刘志红(南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所 南京，210002)
关键词：葡萄糖转运蛋白；糖尿病；糖尿病肾病
肾脏病与透折肾移植杂志000217 刘志红 审校
高血糖、细胞代谢紊乱是糖尿病导致组织器官损伤的一个基本病理生理改变，而上述过程的启动因素是细胞内糖摄入过多。尽管严格控制血糖能够明显减少糖尿病肾病(DN)的发生和延缓DN的进展，但在一些长期血糖控制良好的患者中同样能够发生DN[1，2]。上述现象表明，除了细胞外高糖环境外，细胞膜上葡萄糖转运的调控机制在其中起着重要的作用。在生物体内，葡萄糖无法自由通过细胞膜的脂质双层结构，必须借助于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，因此，葡萄糖转运蛋白是调控细胞糖代谢的第一道关卡[3]。今年来，葡萄糖转运蛋白在糖尿病及其并发症中的作用开始受到人们的重视。毫无疑问，研究糖尿病患者葡萄糖转运蛋白的功能状态及其调控机制，对于进一步阐明DN的发病机制具有重要的意义。
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1 葡萄糖转运蛋白在肾脏中的分布
研究表明，肾脏中存在两大类葡萄糖转运蛋白[4，5](表1)，一类是钠依赖的葡萄糖转运蛋白(sodium dependent glucose transporter，SGLT)；另一类是易化扩散的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT)。SGLT以主动方式逆浓度梯度转运葡萄糖，同时消耗能量，而GLUT以易化扩散方式顺浓度梯度转运葡萄糖，其转运过程不消耗能量。
SGLT主要分布于肾小管上皮细胞管腔侧，小管液中葡萄糖通过SGLT进入细胞后，又能被上皮细胞基底膜侧的GLUT转运至周围毛细血管网中，从而完成肾小管对葡萄糖的重吸收。糖尿病状态下，肾小球滤过液中含大量的葡萄糖，肾小管SGLT处于饱和状态，导致小管液中的糖不能被完全重吸收而随尿排出，这就是肾糖阈的形成机制。肾脏中SGLT有两种亚型，SGLI1和SGLT2，而SGLT2在糖的重吸收中起了主要的作用[5]。SGLT所介导的葡萄糖转运参与了肾小球滤过液中5%～10%的钠重吸收，因而参与了机体的水盐平衡[6，7]。在糖尿病状态下，肾小管葡萄糖重吸收的增加引起了钠重吸收的增加，一方面造成上皮细胞钠离子的潴留，导致细胞发生肥大；另一方面，流经致密斑处小管液中钠离子浓度降低，通过球管反馈增加了肾小球的滤过率。Oku等[8]发现，采用SGLT的抑制剂阻断肾小管对糖的重吸收，能够明显降低STZ大鼠餐后血糖的水平，长期应用能控制STZ大鼠的血糖，改善高胰岛素血症，高甘油三酯血症，并降低蛋白尿的水平，这为临床糖尿病的治疗提供了一个新的思路。
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表1 葡萄糖转运蛋白在肾脏中的分布 类型
肾脏中分布
SGLT1
肾小球系膜细胞、近端肾小管S3段
SGLT2
近端肾小管S1段
GLUT1
肾脏内广泛分布，包括肾小球、近端肾小管S3段、髓袢升支粗段、集合管
GLUT2
近端肾小管S1段
GLUT3
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肾小球、髓袢升支粗段、皮质集合管
GLUT4
肾小球、髓袢升支粗段、血管平滑肌
GLUT5
近端肾小管S3段
GLUT7
肾脏中无表达
Spiro等最近发现，肾小球系膜细胞在体外培养中存在SGLT1的表达[9]，并随着细胞的传代而丧失表达。系膜细胞SGLT的表达与活性是否影响细胞外基质(ECM)的合成，目前还不清楚。在正常状况下，SGLT逆浓度梯度转运葡萄糖。但在糖尿病状态下，高糖反而会刺激系膜细胞钠的摄入，从而影响细胞内的离子强度，引起细胞肿胀及其它病理改变。
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肾脏中GLUT的研究处于起步阶段，目前已在肾脏中发现了GLUT1～5的表达[4]。值得注意的是肾血管平滑肌中存在GLUT4的表达。在糖尿病状态下，肾血管平滑肌GLUT4表达下降，葡萄糖摄入减少，细胞内ATP的合成降低，这使得细胞膜KATP通道开放，导致血管松弛，并可能参与了高滤过的形成[10]。
目前发现肾小球中存在三种GLUT的表达[4]，即GLUT1，GLUT3和GLUT4。其中GLUT1和GLUT4主要由系膜细胞及上皮细胞表达，尽管已发现GLUT3在肾小球毛细血管丛中有表达，但其在肾小球中的确切定位还不清楚。这三种GLUT对葡萄糖均具有高亲和力，它们的Km值大约在1～7 mmol/L，即在生理糖浓度下已接近饱和状态。在糖尿病状态下，尽管细胞外糖浓度升高，肾小球细胞对葡萄糖的摄入因GLUT的饱和而受到限制，从而对细胞起保护作用。
我们的研究发现，培养的人系膜细胞中存GLUT1的表达，并伴有少量的GLUT4表达，而GLUT4随着细胞的传代而逐渐消失，因此GLUT1是系膜细胞主要的葡萄糖转运蛋白[11]。GLUT1是一种胰岛素非敏感性的葡萄糖转运蛋白，主要负责细胞的基础代谢。作为调控细胞内糖代谢的重要关卡之一，GLUT1可能在糖尿病时系膜细胞表型的改变中起重要的作用。下面重点讨论GLUT1与DN之间的关系。2 GLUT1与糖尿病肾病的发生
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Heilig等[12]最近的研究发现，GLUT1表达量的增加可能具有与高糖相类似的病理作用。利用基因转染技术将GLUT1基因转入体外培养的大鼠系膜细胞中，使其大量表达，增加了细胞对糖的摄取。结果即使在生理糖浓度下，系膜细胞出现了细胞内糖代谢增加，细胞肥大及ECM合成增多的改变，这与正常细胞在高糖培养环境下的表型改变类似。这就表明，与单纯的高血糖相比，在某些情况下系膜细胞GLUT1的功能状态在细胞表型的改变中可能起更重要的作用。
我们应用免疫组织技术和特异性抗体，对DN患者肾组织中GLUT1的表达进行了观察。结果发现DN患者肾小球内GLUT1的表达明显增加，其表达强度与肾脏病变程度相关，并呈局灶节段性增强[13]。有趣的是，在大多数血糖控制良好的DN患者中仍有肾小球GLUT1的持续高表达。Fioretto等[14]对DN患者胰腺移植术后的随访发现，术后10年患者的肾组织结构与功能几乎能得到完全逆转，但在术后5年肾脏病变并无明显改善，甚至有加重的迹象。这表明DN的肾脏病变可以消失，但这是一个漫长的过程，这可能是因为肾脏固有细胞对高糖存在一种“记忆效应”，其机制目前尚不明了。血糖正常的DN患者肾小球内GLUT1持续高表达有可能是保持细胞对糖尿病“记忆”的机制之一。
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动物实验发现，在STZ大鼠肾小管中，GLUT2的表达增高，而GLUT1的表达下降，SGLT无明显改变[15]，GLUT2主要分布于近端肾小管S1段，是一种低亲和性、高容量的糖转运体。GLUT2与SGLT2在肾小管糖的重吸收中起了主要的作用，而GLUT1仅负责肾小管中残余糖的吸收。糖尿病状态下，肾小球滤过液中糖浓度明显增高，上皮细胞通过SGLT摄入细胞内的糖亦增多，GLUT2表达的增加能够保证将糖转运出上皮细胞，保证肾小管对糖的重吸收。
3 GLUT1 在糖尿病肾病发病机制中的作用
系膜细胞GLUT1的过度表达使细胞葡萄糖摄入增加，继而导致细胞肥大及ECM合成增多的机制目前尚不清楚。多元醇途径，蛋白激酶C(PKC)，转化生长因子β1(TGFβ1)等生长因子可能在其中起了重要的作用。
3.1 多元醇途径 研究证实，多元醇途径的活化参与了DN的病理改变。体外实验发现，高糖能上调系膜细胞，近端小管上皮细胞及乳头管细胞醛糖还原酶(Aldose reductose，AR)的活性，使进入多元醇途径的葡萄糖增多，导致细胞内山梨醇积聚[16]。AR基因可被渗透压所调控，渗透压反应元件已在AR基因中鉴定[17]。在GLUT1基因转染的系膜细胞中，即使不存在高渗环境，细胞内也存在山梨醇的堆积，推测AR基因中可能除了渗透压反应元件外，还可能存在葡萄糖反应元件。这在DN可能非常重要，因为不论葡萄糖摄入的增加还是高糖引起的高渗都能导致系膜细胞AR的表达。高糖刺激下，系膜细胞内肌醇含量可能增加或不变。高糖对肌醇可能存在两种相反的作用，一方面细胞外糖浓度的升高能竞争性抑制细胞对肌醇的摄取；另一方面，GLUT1转染的系膜细胞在正常糖浓度下存在肌醇蓄积，葡萄糖摄入的增加能引起肌醇的积聚[12]。这提示钠-肌醇转运体基因中可能存在与AR基因相类似的葡萄糖反应元件。
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3.2 PKC 糖尿病患者肾小球及高糖处理的系膜细胞中都存在PKC的活化。系膜细胞GLUT1的过度表达可以引起PKCα转录量增加7倍，总PKCα蛋白增40%，活化PKCα增加60%，而PKCδ和PKCζ无明显改变[12]。PKCα是一种钙和二酰基甘油(DAG)敏感的PKC亚型。高糖及GLUT1的表达增加均能激活PKC，这是由于葡萄糖代谢所引起的DAG从头合成的增加[18]，而与细胞膜中磷脂酰肌醇无关。此外，糖酵解和多元醇途径的活化也可能对DAG的从头合成具有重要作用。多元醇途径的活化产生过多的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，从而可能有利于磷酸二羟丙酮(DHAP)向DAG的转化。外周神经及视网膜色素上皮细胞中，已证实NADH能促进DAG的合成[19]，而在系膜细胞中还有待证实。
PKC活性的升高使c-fos和c-jun原癌基因表达产物增加，形成AP-1复合物增多，可能通过TPA反应元件或cAMP反应元件[20]，进而刺激胶原Ⅳ和纤维联接蛋白的转录。PKC的活化可能参与了高糖引起的TGFβ1表达增加。
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3.3 TGFβ1 研究表明，TGFβ1在DN肾小球硬化和ECM合成增多中起关键的作用[21]。糖尿病大鼠肾小球及高糖处理的系膜细胞中TGFβ1表达量都明显增高。用TGFβ1抗体和Decorin抑制TGFβ1的作用，可以改善多种病因引起的肾小球硬化。高糖促进系膜细胞TGFβ1的表达，而这种作用必须依赖葡萄糖进入细胞。高糖通过活化PKC及多元醇途径，进而上调TGFβ1的表达。最近研究发现，己糖胺通路的活化可能在高糖诱导TGFβ1产生中起了重要的作用[22]。转基因实验发现，大鼠肌肉、脂肪中GLUT1的过度表达能活化己糖胺通路。因此，系膜细胞GLUT1的上调，可能活化己糖胺通路而增加TGFβ1的表达。
4 糖尿病肾病中系膜细胞GLUT1表达的调控
糖尿病状态下，系膜细胞GLUT1表达的调控机制，目前还不清楚。系膜细胞PKC与促细胞分裂素活化蛋白激酶(MAPK)活性的增高，可能进一步活化特定的转录因子，启动GLUT1的表达。最近的研究结果表明，转录因子 USF2α(Upstream stimulating factor 2α)可能介导了糖尿病情况下系膜细胞GLUT1表达的异常增高[23，24]。
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高血糖是DN的始动因素，高糖对系膜细胞表达与功能的直接影响目前还存在争论。Heilig等[25]认为，细胞外高糖可以刺激系膜细胞GLUT1 mRNA与蛋白质的表达以及对糖的摄入。但其它研究及我们的结果与此相反，高糖抑制系膜细胞GLUT1的表达[26]。这在理论上也是行得通的，系膜细胞可能存在一种负反馈机制来调节糖的转运，使细胞在高糖状态下维持一个相对稳定的代谢水平。高糖对GLUT1的调节机制比较复杂，可能高糖本身下调GLUT1的表达，而高糖引起细胞代谢的其它改变则上调GLUT1的表达。
许多生长因子可以调节GLUT1的表达与活性，这可能在DN的发生中起重要的作用。TGFβ1能促进体外培养系膜细胞葡萄糖的摄取，进一步研究发现，TGFβ1能刺激系膜细胞GLUT1的表达[27]。高糖又能刺激系膜细胞TGFβ1的合成，TGFβ1与GLUT1之间的相互作用可能在DN细胞代谢异常中起重要的作用。动物实验表明，大黄酸可以抑制糖尿病大鼠肾脏的高代谢，减少蛋白尿并控制肾脏的肥大。体外实验进一步发现，大黄酸具有拮抗TGFβ1上调GLUT1表达的作用[28]，因此大黄酸可能抑制糖尿病状态下系膜细胞葡萄糖的异常代谢，进而预防和治疗DN。胰岛素样生长因子1(IGF1)和胰岛素，对系膜细胞糖摄入有促进作用，它们可能促进GLUT1在细胞内的转位，它们对系膜细胞GLUT1表达与活性的影响目前还不清楚。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)对GLUT1的影响还未见报道，由于AngⅡ与TGFβ1关系密切，AngⅡ对细胞GLUT1的表达与功能影响还有待进一步研究。
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某些磺脲类降糖药(如达美康)，可能促进系膜细胞GLUT1的表达与糖摄入，并刺激TGFβ1的分泌和ECM的合成，而Meftormin则无这种作用[29]。磺脲类降糖药的长期服用，是否会引起DN发病率的增加，这还有待于进一步研究。
体外实验发现，细胞内钙离子的升高会促进LLC-PK1表达GLUT1[30]，这可能在小管的缺氧损伤修复中起作用。小管上皮通过摄入过多的葡萄糖，无氧酵解产生ATP，以弥补缺氧造成氧化磷酸化的抑制。
5 GLUT1基因多态性的研究
流行病学研究发现，仅30%～40%的糖尿病患者合并DN，这提示DN的发生中，除了高血糖作为始动因素外，患者的遗传背景是决定肾脏是否受累的决定因素之一。GLUT1作为肾小球系膜细胞表面主要的葡萄糖转运蛋白，其功能状态在某些情况下可能比细胞外糖浓度起的作用更重要。因此，糖尿病患者不同个体之间肾脏系膜细胞GLUT1功能调控上的差别，可能是引起部分患者肾脏更易受累的重要因素。为此，我们选择了GLUT1作为研究糖尿病肾脏的候选基因。研究发现，2型糖尿病患者XbaI(-)等位基因的携带率明显高于正常人，其中伴DN者XbaI(-)等位基因的携带率又明显高于不伴肾脏损害的患者[31]。为进一步阐明GLUT1基因型与其表型之间联系的物质基础，我们利用从GLUT1不同基因型正常人及DN患者中获取的皮肤成纤维细胞，对GLUT1基因多态性对其功能的影响进行了研究。结果发现，携带GLUT1基因XbaI(-)等位基因的正常人及DN患者其成纤维细胞葡萄糖摄入率明显高于不携带该等位基因者，并表现出细胞肥大，增生缓慢等[32]，为进一步阐释GLUT1基因多态性在DN发病中所起的作用提供了重要依据。
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(2000-02-22收稿), 百拇医药
单位：李颖健(南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所 南京，210002)；刘志红(南京军区南京总医院 解放军肾脏病研究所 南京，210002)
关键词：葡萄糖转运蛋白；糖尿病；糖尿病肾病
肾脏病与透折肾移植杂志000217 刘志红 审校
高血糖、细胞代谢紊乱是糖尿病导致组织器官损伤的一个基本病理生理改变，而上述过程的启动因素是细胞内糖摄入过多。尽管严格控制血糖能够明显减少糖尿病肾病(DN)的发生和延缓DN的进展，但在一些长期血糖控制良好的患者中同样能够发生DN[1，2]。上述现象表明，除了细胞外高糖环境外，细胞膜上葡萄糖转运的调控机制在其中起着重要的作用。在生物体内，葡萄糖无法自由通过细胞膜的脂质双层结构，必须借助于细胞膜上的葡萄糖转运蛋白，因此，葡萄糖转运蛋白是调控细胞糖代谢的第一道关卡[3]。今年来，葡萄糖转运蛋白在糖尿病及其并发症中的作用开始受到人们的重视。毫无疑问，研究糖尿病患者葡萄糖转运蛋白的功能状态及其调控机制，对于进一步阐明DN的发病机制具有重要的意义。
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1 葡萄糖转运蛋白在肾脏中的分布
研究表明，肾脏中存在两大类葡萄糖转运蛋白[4，5](表1)，一类是钠依赖的葡萄糖转运蛋白(sodium dependent glucose transporter，SGLT)；另一类是易化扩散的葡萄糖转运蛋白(glucose transporter，GLUT)。SGLT以主动方式逆浓度梯度转运葡萄糖，同时消耗能量，而GLUT以易化扩散方式顺浓度梯度转运葡萄糖，其转运过程不消耗能量。
SGLT主要分布于肾小管上皮细胞管腔侧，小管液中葡萄糖通过SGLT进入细胞后，又能被上皮细胞基底膜侧的GLUT转运至周围毛细血管网中，从而完成肾小管对葡萄糖的重吸收。糖尿病状态下，肾小球滤过液中含大量的葡萄糖，肾小管SGLT处于饱和状态，导致小管液中的糖不能被完全重吸收而随尿排出，这就是肾糖阈的形成机制。肾脏中SGLT有两种亚型，SGLI1和SGLT2，而SGLT2在糖的重吸收中起了主要的作用[5]。SGLT所介导的葡萄糖转运参与了肾小球滤过液中5%～10%的钠重吸收，因而参与了机体的水盐平衡[6，7]。在糖尿病状态下，肾小管葡萄糖重吸收的增加引起了钠重吸收的增加，一方面造成上皮细胞钠离子的潴留，导致细胞发生肥大；另一方面，流经致密斑处小管液中钠离子浓度降低，通过球管反馈增加了肾小球的滤过率。Oku等[8]发现，采用SGLT的抑制剂阻断肾小管对糖的重吸收，能够明显降低STZ大鼠餐后血糖的水平，长期应用能控制STZ大鼠的血糖，改善高胰岛素血症，高甘油三酯血症，并降低蛋白尿的水平，这为临床糖尿病的治疗提供了一个新的思路。
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表1 葡萄糖转运蛋白在肾脏中的分布 类型
肾脏中分布
SGLT1
肾小球系膜细胞、近端肾小管S3段
SGLT2
近端肾小管S1段
GLUT1
肾脏内广泛分布，包括肾小球、近端肾小管S3段、髓袢升支粗段、集合管
GLUT2
近端肾小管S1段
GLUT3
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肾小球、髓袢升支粗段、皮质集合管
GLUT4
肾小球、髓袢升支粗段、血管平滑肌
GLUT5
近端肾小管S3段
GLUT7
肾脏中无表达
Spiro等最近发现，肾小球系膜细胞在体外培养中存在SGLT1的表达[9]，并随着细胞的传代而丧失表达。系膜细胞SGLT的表达与活性是否影响细胞外基质(ECM)的合成，目前还不清楚。在正常状况下，SGLT逆浓度梯度转运葡萄糖。但在糖尿病状态下，高糖反而会刺激系膜细胞钠的摄入，从而影响细胞内的离子强度，引起细胞肿胀及其它病理改变。
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肾脏中GLUT的研究处于起步阶段，目前已在肾脏中发现了GLUT1～5的表达[4]。值得注意的是肾血管平滑肌中存在GLUT4的表达。在糖尿病状态下，肾血管平滑肌GLUT4表达下降，葡萄糖摄入减少，细胞内ATP的合成降低，这使得细胞膜KATP通道开放，导致血管松弛，并可能参与了高滤过的形成[10]。
目前发现肾小球中存在三种GLUT的表达[4]，即GLUT1，GLUT3和GLUT4。其中GLUT1和GLUT4主要由系膜细胞及上皮细胞表达，尽管已发现GLUT3在肾小球毛细血管丛中有表达，但其在肾小球中的确切定位还不清楚。这三种GLUT对葡萄糖均具有高亲和力，它们的Km值大约在1～7 mmol/L，即在生理糖浓度下已接近饱和状态。在糖尿病状态下，尽管细胞外糖浓度升高，肾小球细胞对葡萄糖的摄入因GLUT的饱和而受到限制，从而对细胞起保护作用。
我们的研究发现，培养的人系膜细胞中存GLUT1的表达，并伴有少量的GLUT4表达，而GLUT4随着细胞的传代而逐渐消失，因此GLUT1是系膜细胞主要的葡萄糖转运蛋白[11]。GLUT1是一种胰岛素非敏感性的葡萄糖转运蛋白，主要负责细胞的基础代谢。作为调控细胞内糖代谢的重要关卡之一，GLUT1可能在糖尿病时系膜细胞表型的改变中起重要的作用。下面重点讨论GLUT1与DN之间的关系。2 GLUT1与糖尿病肾病的发生
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Heilig等[12]最近的研究发现，GLUT1表达量的增加可能具有与高糖相类似的病理作用。利用基因转染技术将GLUT1基因转入体外培养的大鼠系膜细胞中，使其大量表达，增加了细胞对糖的摄取。结果即使在生理糖浓度下，系膜细胞出现了细胞内糖代谢增加，细胞肥大及ECM合成增多的改变，这与正常细胞在高糖培养环境下的表型改变类似。这就表明，与单纯的高血糖相比，在某些情况下系膜细胞GLUT1的功能状态在细胞表型的改变中可能起更重要的作用。
我们应用免疫组织技术和特异性抗体，对DN患者肾组织中GLUT1的表达进行了观察。结果发现DN患者肾小球内GLUT1的表达明显增加，其表达强度与肾脏病变程度相关，并呈局灶节段性增强[13]。有趣的是，在大多数血糖控制良好的DN患者中仍有肾小球GLUT1的持续高表达。Fioretto等[14]对DN患者胰腺移植术后的随访发现，术后10年患者的肾组织结构与功能几乎能得到完全逆转，但在术后5年肾脏病变并无明显改善，甚至有加重的迹象。这表明DN的肾脏病变可以消失，但这是一个漫长的过程，这可能是因为肾脏固有细胞对高糖存在一种“记忆效应”，其机制目前尚不明了。血糖正常的DN患者肾小球内GLUT1持续高表达有可能是保持细胞对糖尿病“记忆”的机制之一。
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动物实验发现，在STZ大鼠肾小管中，GLUT2的表达增高，而GLUT1的表达下降，SGLT无明显改变[15]，GLUT2主要分布于近端肾小管S1段，是一种低亲和性、高容量的糖转运体。GLUT2与SGLT2在肾小管糖的重吸收中起了主要的作用，而GLUT1仅负责肾小管中残余糖的吸收。糖尿病状态下，肾小球滤过液中糖浓度明显增高，上皮细胞通过SGLT摄入细胞内的糖亦增多，GLUT2表达的增加能够保证将糖转运出上皮细胞，保证肾小管对糖的重吸收。
3 GLUT1 在糖尿病肾病发病机制中的作用
系膜细胞GLUT1的过度表达使细胞葡萄糖摄入增加，继而导致细胞肥大及ECM合成增多的机制目前尚不清楚。多元醇途径，蛋白激酶C(PKC)，转化生长因子β1(TGFβ1)等生长因子可能在其中起了重要的作用。
3.1 多元醇途径 研究证实，多元醇途径的活化参与了DN的病理改变。体外实验发现，高糖能上调系膜细胞，近端小管上皮细胞及乳头管细胞醛糖还原酶(Aldose reductose，AR)的活性，使进入多元醇途径的葡萄糖增多，导致细胞内山梨醇积聚[16]。AR基因可被渗透压所调控，渗透压反应元件已在AR基因中鉴定[17]。在GLUT1基因转染的系膜细胞中，即使不存在高渗环境，细胞内也存在山梨醇的堆积，推测AR基因中可能除了渗透压反应元件外，还可能存在葡萄糖反应元件。这在DN可能非常重要，因为不论葡萄糖摄入的增加还是高糖引起的高渗都能导致系膜细胞AR的表达。高糖刺激下，系膜细胞内肌醇含量可能增加或不变。高糖对肌醇可能存在两种相反的作用，一方面细胞外糖浓度的升高能竞争性抑制细胞对肌醇的摄取；另一方面，GLUT1转染的系膜细胞在正常糖浓度下存在肌醇蓄积，葡萄糖摄入的增加能引起肌醇的积聚[12]。这提示钠-肌醇转运体基因中可能存在与AR基因相类似的葡萄糖反应元件。
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3.2 PKC 糖尿病患者肾小球及高糖处理的系膜细胞中都存在PKC的活化。系膜细胞GLUT1的过度表达可以引起PKCα转录量增加7倍，总PKCα蛋白增40%，活化PKCα增加60%，而PKCδ和PKCζ无明显改变[12]。PKCα是一种钙和二酰基甘油(DAG)敏感的PKC亚型。高糖及GLUT1的表达增加均能激活PKC，这是由于葡萄糖代谢所引起的DAG从头合成的增加[18]，而与细胞膜中磷脂酰肌醇无关。此外，糖酵解和多元醇途径的活化也可能对DAG的从头合成具有重要作用。多元醇途径的活化产生过多的烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(NADH)，从而可能有利于磷酸二羟丙酮(DHAP)向DAG的转化。外周神经及视网膜色素上皮细胞中，已证实NADH能促进DAG的合成[19]，而在系膜细胞中还有待证实。
PKC活性的升高使c-fos和c-jun原癌基因表达产物增加，形成AP-1复合物增多，可能通过TPA反应元件或cAMP反应元件[20]，进而刺激胶原Ⅳ和纤维联接蛋白的转录。PKC的活化可能参与了高糖引起的TGFβ1表达增加。
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3.3 TGFβ1 研究表明，TGFβ1在DN肾小球硬化和ECM合成增多中起关键的作用[21]。糖尿病大鼠肾小球及高糖处理的系膜细胞中TGFβ1表达量都明显增高。用TGFβ1抗体和Decorin抑制TGFβ1的作用，可以改善多种病因引起的肾小球硬化。高糖促进系膜细胞TGFβ1的表达，而这种作用必须依赖葡萄糖进入细胞。高糖通过活化PKC及多元醇途径，进而上调TGFβ1的表达。最近研究发现，己糖胺通路的活化可能在高糖诱导TGFβ1产生中起了重要的作用[22]。转基因实验发现，大鼠肌肉、脂肪中GLUT1的过度表达能活化己糖胺通路。因此，系膜细胞GLUT1的上调，可能活化己糖胺通路而增加TGFβ1的表达。
4 糖尿病肾病中系膜细胞GLUT1表达的调控
糖尿病状态下，系膜细胞GLUT1表达的调控机制，目前还不清楚。系膜细胞PKC与促细胞分裂素活化蛋白激酶(MAPK)活性的增高，可能进一步活化特定的转录因子，启动GLUT1的表达。最近的研究结果表明，转录因子 USF2α(Upstream stimulating factor 2α)可能介导了糖尿病情况下系膜细胞GLUT1表达的异常增高[23，24]。
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高血糖是DN的始动因素，高糖对系膜细胞表达与功能的直接影响目前还存在争论。Heilig等[25]认为，细胞外高糖可以刺激系膜细胞GLUT1 mRNA与蛋白质的表达以及对糖的摄入。但其它研究及我们的结果与此相反，高糖抑制系膜细胞GLUT1的表达[26]。这在理论上也是行得通的，系膜细胞可能存在一种负反馈机制来调节糖的转运，使细胞在高糖状态下维持一个相对稳定的代谢水平。高糖对GLUT1的调节机制比较复杂，可能高糖本身下调GLUT1的表达，而高糖引起细胞代谢的其它改变则上调GLUT1的表达。
许多生长因子可以调节GLUT1的表达与活性，这可能在DN的发生中起重要的作用。TGFβ1能促进体外培养系膜细胞葡萄糖的摄取，进一步研究发现，TGFβ1能刺激系膜细胞GLUT1的表达[27]。高糖又能刺激系膜细胞TGFβ1的合成，TGFβ1与GLUT1之间的相互作用可能在DN细胞代谢异常中起重要的作用。动物实验表明，大黄酸可以抑制糖尿病大鼠肾脏的高代谢，减少蛋白尿并控制肾脏的肥大。体外实验进一步发现，大黄酸具有拮抗TGFβ1上调GLUT1表达的作用[28]，因此大黄酸可能抑制糖尿病状态下系膜细胞葡萄糖的异常代谢，进而预防和治疗DN。胰岛素样生长因子1(IGF1)和胰岛素，对系膜细胞糖摄入有促进作用，它们可能促进GLUT1在细胞内的转位，它们对系膜细胞GLUT1表达与活性的影响目前还不清楚。血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)对GLUT1的影响还未见报道，由于AngⅡ与TGFβ1关系密切，AngⅡ对细胞GLUT1的表达与功能影响还有待进一步研究。
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某些磺脲类降糖药(如达美康)，可能促进系膜细胞GLUT1的表达与糖摄入，并刺激TGFβ1的分泌和ECM的合成，而Meftormin则无这种作用[29]。磺脲类降糖药的长期服用，是否会引起DN发病率的增加，这还有待于进一步研究。
体外实验发现，细胞内钙离子的升高会促进LLC-PK1表达GLUT1[30]，这可能在小管的缺氧损伤修复中起作用。小管上皮通过摄入过多的葡萄糖，无氧酵解产生ATP，以弥补缺氧造成氧化磷酸化的抑制。
5 GLUT1基因多态性的研究
流行病学研究发现，仅30%～40%的糖尿病患者合并DN，这提示DN的发生中，除了高血糖作为始动因素外，患者的遗传背景是决定肾脏是否受累的决定因素之一。GLUT1作为肾小球系膜细胞表面主要的葡萄糖转运蛋白，其功能状态在某些情况下可能比细胞外糖浓度起的作用更重要。因此，糖尿病患者不同个体之间肾脏系膜细胞GLUT1功能调控上的差别，可能是引起部分患者肾脏更易受累的重要因素。为此，我们选择了GLUT1作为研究糖尿病肾脏的候选基因。研究发现，2型糖尿病患者XbaI(-)等位基因的携带率明显高于正常人，其中伴DN者XbaI(-)等位基因的携带率又明显高于不伴肾脏损害的患者[31]。为进一步阐明GLUT1基因型与其表型之间联系的物质基础，我们利用从GLUT1不同基因型正常人及DN患者中获取的皮肤成纤维细胞，对GLUT1基因多态性对其功能的影响进行了研究。结果发现，携带GLUT1基因XbaI(-)等位基因的正常人及DN患者其成纤维细胞葡萄糖摄入率明显高于不携带该等位基因者，并表现出细胞肥大，增生缓慢等[32]，为进一步阐释GLUT1基因多态性在DN发病中所起的作用提供了重要依据。
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(2000-02-22收稿), 百拇医药