基底膜蛋白质与糖尿病的微血管病变
作者：任伟 张素华
单位：(重庆医科大学附一院 400016)
关键词：
重庆医学000369 基底膜主要由胶原蛋白和非胶原蛋白组成，Ⅳ型胶原(Collagen Ⅳ，CIV)是基底膜的核心胶原成分，层粘连蛋白(Laminin,LN)是广泛分布于基底膜的透明层，二者结合形成基底膜的骨架，是基底膜主要的组成蛋白。近年来的研究发现，基底膜蛋白与糖尿病(DM)微血管病变关系密切。本文就近年来关于CIV和LN与DM微血管病变关系的研究进展作一简述。
1 CIV及LN的分子结构特点
CIV和LN是细胞外间质基底膜的主要成分。基底膜主要由胶原蛋白和非胶原蛋白组成，胶原的类型众多，目前发现10多种类型的胶原蛋白。胶原由前胶原转变而来，首先在细胞内合成由三条肽链互相卷曲成螺旋结构的前胶原，分泌到细胞外，再切下两端(氨基端和羧基端)，主体部分为原胶原，相互共价交链形成胶原纤维。CIV型是基底膜的核心胶原成分，至少由5种不同的α1，α2，α3，α4，α5)组成。其分子中含有4个区域：中央主螺旋区，次螺旋7S区和非螺旋球形结构的NC1和NC2区，氨基端的7S区和羧基端的NC1区以及分子间相互交链在基底膜中形成网络结构[1]。
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LN与CIV有很高的亲和力，是细胞外间质中的非胶原糖蛋白，广泛分布于基底膜的透明层，紧贴细胞基底部，与CIV结合形成基底膜的骨架，影响细胞的粘附、运动，调节细胞的生长、分化。LN的分子量为900KD，分子由三条肽链组成，每条链的末端为球形区域。据三条链的结构基因及分子结构差异有七种不同类型的异质体，它们的免疫学特性相同[2]。LN经蛋白酶消化后可分解为7个肽片段，大部分抗原决定族存在于片段1(LNP1)，目前研究和检测的LN主要为LNP1。
CIV和LN与DM的微血管病变
病程长的DM患者，毛细血管和小血管基底膜增厚是一个显著的病理损害，在糖尿病微血管病变的进展中起着重要作用。血清基底膜蛋白水平可反映基底膜纤维化的活动性。在DM这一病理状态下，血清CIV和LN水平是增高的，这已为大量的临床和动物实验所证实[3，4，5，12]。进一步的研究发现，血清CIV和LN与DM的微血管病变密切相关。Watanabe等[3]等用夹心酶标法测定DM患者的血清和尿CIV水平，发现有微血管病变的患者显著高于无微血管病变的患者(P<0.05)，血清CIV不受糖代谢情况的影响，而测定血清或尿CIV水平是监测糖尿病微血管病变发展的有用指标。Matsumoto等[4]应用同样方法测定了DM患者的血清CIV水平以研究血清CIV与DM微血管病变的关系，结果发现，伴微血管病变患者的血清CIV水平随临床表现的恶化而升高，尤其糖尿病肾病(DN)患者，其血清CIV水平随血尿素氮(BUN)、肝酐(Cr)、β2微球蛋白(β2-uG)水平的升高而升高，因而认为血清CIV是评价DM微血管病变活动性或进展的有用标志。Simo等的研究发现，血清LNPI水平在增殖型视网膜病变(DR)患者显著高于非增殖型DR和无DR患者，在大量蛋白尿患者高于微量蛋白尿或正常蛋白尿患者。因而认为LNP1可作为反映DM微血管病变的有用指标[5]。
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2.1 CIV和LN与DN
糖尿病肾病的肾脏结构变化的主要特点在于肾小球细胞外基质的推积。CIV和LN是肾小球细胞外间质的主要成分。对肾小球基底膜标本的生化分析提示人肾小球基底膜CIV量是增加的[6]。Hayashi等[7]研究发现，伴大量蛋白尿或肾功不全的DM患者血清和尿CIV浓度是增高的。Ishimura等[8]的研究发现DN患者的血清CIV水平随肾病的进展(尿白蛋白排泄的增多)而增高，测定血清CIV在评价DN方面是可行的、有价值的。Kado等的研究结果也提示尿CIV可作为早期DN的标志[9]。Matasumota等[10]的研究发现，DN患者的血清CIV随血清BUN、血清Cr、β2-uG的增高而增高，而随尿β2-uG和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)NAG的升高却没有发现血清CIV的升高，因而作者认为DN患者血清CIV的升高是与肾小球的功能不良有关，而与肾小管功能不良无关。
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CIV和LN作为基底膜网的两种重要组成成分，有作者对DM患者血清或尿中二者水平进行了联合研究。Banu等[11](1995)为了确定尿CIV和LN的排泄作为DN的诊断价值，将测定的尿CIV和LN结果与尿白蛋白和小管功能损害的标志物进行比较，发现在所研究的DM病人中，尿白蛋白排泄(UAE)、NAG、α1巨球蛋白(α1-MG)排泄增高的分别有49.7%，53.4%，32.4%，而尿CIV和LN超过正常上限的患者各占54%和53%。CIV和LN排泄的水平及其排泄增高的患病率表明了一种随肾病级别的增高而增加的趋势。在UAE正常的患者中，分别有28.3%和26.3%的患者伴有尿CIV和LN排泄的增多，即使在UAE≤10mg/g.cr时，尿CIV和LN的排泄依然明显增多。CIV和LN排泄之间存在良好的线性关系(R=0.73，P<0.0001)，二者与UAE、NAG、α1-MG排泄之间也有显著意义的相关。由此作者认为，测定尿CIV和LN可以评价DN的严重程度。Odazaki等[12]测定了87例NIDDM患者的血清CIV及LN的浓度，同时检测DN的并发情况，对66例患者进行了3～4年的临床随访，其中45例DN没有恶化的患者血清CIV和LN显著低于21例DN有恶化的患者，多元分析提示血清CIV、血清LN值和平均血压是区分恶化组和非恶化组的三个独立的因素，他们认为血清CIV和LN水平可以反映DN的预后。
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2.2 CIV和LN与DR
与DN患者一样，DR患者同样具有高水平的血清CIV。Matasumoto等的研究发现，DR患者的血清CIV水平随DR病变程度的加重而增加，增殖型DR患者比背景型DR患者的血清CIV浓度显著增高[10]。视网膜毛细血管膜上的内皮细胞组成，而基底膜则以周围细胞为依托。DR患者的视网膜组织的病理学研究已经证实，该部位存在基底膜的增厚和周围细胞的丧失。Hosoda等[13]用免疫组化方法对8例增殖型DR患者的球内新生血管组织进行研究。发现8例均有Ⅱ型胶原(玻璃体胶原)的阳性免疫反应，在组织的细胞外间隙弥散分布有Ⅰ、Ⅲ型胶原，而Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白(FN)形成新生血管的基底膜基础。他们的研究说明，随新生血管组织增殖的进展产生Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原和FN。有研究表明，DR患者的基底膜与非DR患者的主要不同点在于前者视网膜内膜有大量的FN和Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型胶原堆积。随DR的出现，DM基底膜的增厚似乎累及基底膜成分质的变化[14]。
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增殖型视网膜病变的发生可能存在遗传控制。DR的眼底毛细血管病理改变在于基底膜的增厚伴有CIV蛋白量的增加。因而有学者推测，CIV1α链基因的变异可能解释DR的家族易感性。Alcolado等[15]应用限制性片段长度多态性(RFLP)方法研究了DR和对照患者该基因的HindⅢ等位基因频率，结果发现两组间并没有显著差异。但这并不能排除DR患者可能存在CIV的其他链基因的变异。
3 DM患者基底膜蛋白血清水平增高的机制
血清CIV水平的增高可能反映了新生胶原增加，原有Ⅳ型胶原网降解增多，或其清除速度的减慢。关于DM患者的血清CIV水平升高的意义，Matasumoto等[10]研究发现，DM患者的血清CIV水平与血清肌酐水平间并没有密切联系，因而认为其血清水平的增高反映了基底膜合成活性的增加，而不是清除率的减低，新生的Ⅳ型胶原分子不能在组织中沉积，而进入血流导致血清水平的增高。Makino等对Ⅱ型DM患者的肾标本进行了免疫级化研究，发现早期肾小球硬化以系膜基质和胶原的扩展为特点，晚期肾小球硬化则以分子量相对小的胶原组分或正常情况下不存在的胶原的增加为特征[16]。这进一步支持Matasumoto等的观点。有学者认为，DM患者存在胶原合成的增加、胶原降解的减弱，二者可以以不同的速度同时起作用，合成增加可能在早期占优势，而降解减弱在较晚期出现[17]。
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长期的高血糖状态可能通过下述机制影响DM患者基底膜的结构和功能[17]：(1)增强非酶性糖化反应，其产生的糖基化终未产物常影响基质成分尤其胶原成分，可能引起基底膜结构和功能的改变。基质分子的降解减弱可能也是这些反应的结果。(2)激活多元醇通路，引起细胞功能不良，如激素反应信号传递通路异常。后者部分由细胞肌醇代谢紊乱所诱导，补充肌醇可能纠正一些因多元醇通路活跃而出现的紊乱，如Sorbinil治疗可以显著降低DM患者肾脏的高过滤状态，可以降低DM鼠的肾小球基底膜厚度。(3)某些DN的表现可能是局部或循环生长因子改变的结果。如β转化生长因子(β-TGF)在促使不同的细胞外基质成分的合成和堆积中起着中心作用。Ziyadeh等报道，高糖环境可诱导远曲小管细胞肥大，促进Ⅳ型胶原基因的转录[18]。这提示血糖可以影响DN患者的Ⅳ型胶原蛋白水平，高血糖可能是使血清CIV增高的原因之一。
参考文献
1，Yurchenco PD and Ruben GC.J Cell Bio,1987,105(61):2559
, 百拇医药
2，Niemela O,et al.Eur J Clin Inverst,1985,15:132
3，Watanabe T,Negishi K,Katayama S, et al.J Diabet Complications,1991,5(2-3):191
4，Matasmoto E,Matasumoto G,Bessho H,et al.J Diabet Complications,1991，(2-3):189
5，Simo R,Masmiquel L,Garcia-Pascual L,et al.Diabetes Res Clin Pract,1996,32(1-2):45
6，Mohan PS,Carter WG,Spiro RG.Diabetes,1990,39:31
, 百拇医药
7，Hayashi Y, Makino H,Shikata K,et al. J Diabet Complications,1991,5(2-3):195
8，Ishimura E,Nishizawa Y,Shoji S,et al.Life Sci,1996,58(16):1331:103-108
9，Kado S,Aoki A,Wada S,et al.Diabetes Res Clin Pract,1996,31(1-3):103
10，Matsumoto E,Matsumoto G,Ooshima A,et al.Diabetes,1990;39:885
11，Banu N,HaraH,Okamura M,et al.Diabetese Res Clin Pract,1995,29(1):57
, 百拇医药
12，Okzaki R,Matsuoka K,Atsumi Y,et al. Diabetes Res Clin Pract,1995,27(1):39
13，Hosoda Y,Okada M,Matsumura M,et al. Ophthalmic Res,1992,24(5):260
14，Ljubimov AV,Burgeson RE,Butkowski RJ,et al.J Histochem Cytochem,1996,44(12):1469
15，ALcolado JC,Baroni MG,Li SR,et al.Hum Hered,1993,43(2):126
16，Makino H,shika K,Wieslander J,et al.Diabet Med,1994,11(3):304
17，Ziyadeh FN,Kidney International,1993,43(1993):114
18，Ziyadeh FN, Snipes ER, Watanabe M, et al. Am J Physiol,1990,259(28):F704, 百拇医药
单位：(重庆医科大学附一院 400016)
关键词：
重庆医学000369 基底膜主要由胶原蛋白和非胶原蛋白组成，Ⅳ型胶原(Collagen Ⅳ，CIV)是基底膜的核心胶原成分，层粘连蛋白(Laminin,LN)是广泛分布于基底膜的透明层，二者结合形成基底膜的骨架，是基底膜主要的组成蛋白。近年来的研究发现，基底膜蛋白与糖尿病(DM)微血管病变关系密切。本文就近年来关于CIV和LN与DM微血管病变关系的研究进展作一简述。
1 CIV及LN的分子结构特点
CIV和LN是细胞外间质基底膜的主要成分。基底膜主要由胶原蛋白和非胶原蛋白组成，胶原的类型众多，目前发现10多种类型的胶原蛋白。胶原由前胶原转变而来，首先在细胞内合成由三条肽链互相卷曲成螺旋结构的前胶原，分泌到细胞外，再切下两端(氨基端和羧基端)，主体部分为原胶原，相互共价交链形成胶原纤维。CIV型是基底膜的核心胶原成分，至少由5种不同的α1，α2，α3，α4，α5)组成。其分子中含有4个区域：中央主螺旋区，次螺旋7S区和非螺旋球形结构的NC1和NC2区，氨基端的7S区和羧基端的NC1区以及分子间相互交链在基底膜中形成网络结构[1]。
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LN与CIV有很高的亲和力，是细胞外间质中的非胶原糖蛋白，广泛分布于基底膜的透明层，紧贴细胞基底部，与CIV结合形成基底膜的骨架，影响细胞的粘附、运动，调节细胞的生长、分化。LN的分子量为900KD，分子由三条肽链组成，每条链的末端为球形区域。据三条链的结构基因及分子结构差异有七种不同类型的异质体，它们的免疫学特性相同[2]。LN经蛋白酶消化后可分解为7个肽片段，大部分抗原决定族存在于片段1(LNP1)，目前研究和检测的LN主要为LNP1。
CIV和LN与DM的微血管病变
病程长的DM患者，毛细血管和小血管基底膜增厚是一个显著的病理损害，在糖尿病微血管病变的进展中起着重要作用。血清基底膜蛋白水平可反映基底膜纤维化的活动性。在DM这一病理状态下，血清CIV和LN水平是增高的，这已为大量的临床和动物实验所证实[3，4，5，12]。进一步的研究发现，血清CIV和LN与DM的微血管病变密切相关。Watanabe等[3]等用夹心酶标法测定DM患者的血清和尿CIV水平，发现有微血管病变的患者显著高于无微血管病变的患者(P<0.05)，血清CIV不受糖代谢情况的影响，而测定血清或尿CIV水平是监测糖尿病微血管病变发展的有用指标。Matsumoto等[4]应用同样方法测定了DM患者的血清CIV水平以研究血清CIV与DM微血管病变的关系，结果发现，伴微血管病变患者的血清CIV水平随临床表现的恶化而升高，尤其糖尿病肾病(DN)患者，其血清CIV水平随血尿素氮(BUN)、肝酐(Cr)、β2微球蛋白(β2-uG)水平的升高而升高，因而认为血清CIV是评价DM微血管病变活动性或进展的有用标志。Simo等的研究发现，血清LNPI水平在增殖型视网膜病变(DR)患者显著高于非增殖型DR和无DR患者，在大量蛋白尿患者高于微量蛋白尿或正常蛋白尿患者。因而认为LNP1可作为反映DM微血管病变的有用指标[5]。
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2.1 CIV和LN与DN
糖尿病肾病的肾脏结构变化的主要特点在于肾小球细胞外基质的推积。CIV和LN是肾小球细胞外间质的主要成分。对肾小球基底膜标本的生化分析提示人肾小球基底膜CIV量是增加的[6]。Hayashi等[7]研究发现，伴大量蛋白尿或肾功不全的DM患者血清和尿CIV浓度是增高的。Ishimura等[8]的研究发现DN患者的血清CIV水平随肾病的进展(尿白蛋白排泄的增多)而增高，测定血清CIV在评价DN方面是可行的、有价值的。Kado等的研究结果也提示尿CIV可作为早期DN的标志[9]。Matasumota等[10]的研究发现，DN患者的血清CIV随血清BUN、血清Cr、β2-uG的增高而增高，而随尿β2-uG和N-乙酰-β-D-氨基葡萄糖苷酶(NAG)NAG的升高却没有发现血清CIV的升高，因而作者认为DN患者血清CIV的升高是与肾小球的功能不良有关，而与肾小管功能不良无关。
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CIV和LN作为基底膜网的两种重要组成成分，有作者对DM患者血清或尿中二者水平进行了联合研究。Banu等[11](1995)为了确定尿CIV和LN的排泄作为DN的诊断价值，将测定的尿CIV和LN结果与尿白蛋白和小管功能损害的标志物进行比较，发现在所研究的DM病人中，尿白蛋白排泄(UAE)、NAG、α1巨球蛋白(α1-MG)排泄增高的分别有49.7%，53.4%，32.4%，而尿CIV和LN超过正常上限的患者各占54%和53%。CIV和LN排泄的水平及其排泄增高的患病率表明了一种随肾病级别的增高而增加的趋势。在UAE正常的患者中，分别有28.3%和26.3%的患者伴有尿CIV和LN排泄的增多，即使在UAE≤10mg/g.cr时，尿CIV和LN的排泄依然明显增多。CIV和LN排泄之间存在良好的线性关系(R=0.73，P<0.0001)，二者与UAE、NAG、α1-MG排泄之间也有显著意义的相关。由此作者认为，测定尿CIV和LN可以评价DN的严重程度。Odazaki等[12]测定了87例NIDDM患者的血清CIV及LN的浓度，同时检测DN的并发情况，对66例患者进行了3～4年的临床随访，其中45例DN没有恶化的患者血清CIV和LN显著低于21例DN有恶化的患者，多元分析提示血清CIV、血清LN值和平均血压是区分恶化组和非恶化组的三个独立的因素，他们认为血清CIV和LN水平可以反映DN的预后。
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2.2 CIV和LN与DR
与DN患者一样，DR患者同样具有高水平的血清CIV。Matasumoto等的研究发现，DR患者的血清CIV水平随DR病变程度的加重而增加，增殖型DR患者比背景型DR患者的血清CIV浓度显著增高[10]。视网膜毛细血管膜上的内皮细胞组成，而基底膜则以周围细胞为依托。DR患者的视网膜组织的病理学研究已经证实，该部位存在基底膜的增厚和周围细胞的丧失。Hosoda等[13]用免疫组化方法对8例增殖型DR患者的球内新生血管组织进行研究。发现8例均有Ⅱ型胶原(玻璃体胶原)的阳性免疫反应，在组织的细胞外间隙弥散分布有Ⅰ、Ⅲ型胶原，而Ⅳ型胶原和纤维连接蛋白(FN)形成新生血管的基底膜基础。他们的研究说明，随新生血管组织增殖的进展产生Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ型胶原和FN。有研究表明，DR患者的基底膜与非DR患者的主要不同点在于前者视网膜内膜有大量的FN和Ⅰ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ型胶原堆积。随DR的出现，DM基底膜的增厚似乎累及基底膜成分质的变化[14]。
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增殖型视网膜病变的发生可能存在遗传控制。DR的眼底毛细血管病理改变在于基底膜的增厚伴有CIV蛋白量的增加。因而有学者推测，CIV1α链基因的变异可能解释DR的家族易感性。Alcolado等[15]应用限制性片段长度多态性(RFLP)方法研究了DR和对照患者该基因的HindⅢ等位基因频率，结果发现两组间并没有显著差异。但这并不能排除DR患者可能存在CIV的其他链基因的变异。
3 DM患者基底膜蛋白血清水平增高的机制
血清CIV水平的增高可能反映了新生胶原增加，原有Ⅳ型胶原网降解增多，或其清除速度的减慢。关于DM患者的血清CIV水平升高的意义，Matasumoto等[10]研究发现，DM患者的血清CIV水平与血清肌酐水平间并没有密切联系，因而认为其血清水平的增高反映了基底膜合成活性的增加，而不是清除率的减低，新生的Ⅳ型胶原分子不能在组织中沉积，而进入血流导致血清水平的增高。Makino等对Ⅱ型DM患者的肾标本进行了免疫级化研究，发现早期肾小球硬化以系膜基质和胶原的扩展为特点，晚期肾小球硬化则以分子量相对小的胶原组分或正常情况下不存在的胶原的增加为特征[16]。这进一步支持Matasumoto等的观点。有学者认为，DM患者存在胶原合成的增加、胶原降解的减弱，二者可以以不同的速度同时起作用，合成增加可能在早期占优势，而降解减弱在较晚期出现[17]。
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长期的高血糖状态可能通过下述机制影响DM患者基底膜的结构和功能[17]：(1)增强非酶性糖化反应，其产生的糖基化终未产物常影响基质成分尤其胶原成分，可能引起基底膜结构和功能的改变。基质分子的降解减弱可能也是这些反应的结果。(2)激活多元醇通路，引起细胞功能不良，如激素反应信号传递通路异常。后者部分由细胞肌醇代谢紊乱所诱导，补充肌醇可能纠正一些因多元醇通路活跃而出现的紊乱，如Sorbinil治疗可以显著降低DM患者肾脏的高过滤状态，可以降低DM鼠的肾小球基底膜厚度。(3)某些DN的表现可能是局部或循环生长因子改变的结果。如β转化生长因子(β-TGF)在促使不同的细胞外基质成分的合成和堆积中起着中心作用。Ziyadeh等报道，高糖环境可诱导远曲小管细胞肥大，促进Ⅳ型胶原基因的转录[18]。这提示血糖可以影响DN患者的Ⅳ型胶原蛋白水平，高血糖可能是使血清CIV增高的原因之一。
参考文献
1，Yurchenco PD and Ruben GC.J Cell Bio,1987,105(61):2559
, 百拇医药
2，Niemela O,et al.Eur J Clin Inverst,1985,15:132
3，Watanabe T,Negishi K,Katayama S, et al.J Diabet Complications,1991,5(2-3):191
4，Matasmoto E,Matasumoto G,Bessho H,et al.J Diabet Complications,1991，(2-3):189
5，Simo R,Masmiquel L,Garcia-Pascual L,et al.Diabetes Res Clin Pract,1996,32(1-2):45
6，Mohan PS,Carter WG,Spiro RG.Diabetes,1990,39:31
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7，Hayashi Y, Makino H,Shikata K,et al. J Diabet Complications,1991,5(2-3):195
8，Ishimura E,Nishizawa Y,Shoji S,et al.Life Sci,1996,58(16):1331:103-108
9，Kado S,Aoki A,Wada S,et al.Diabetes Res Clin Pract,1996,31(1-3):103
10，Matsumoto E,Matsumoto G,Ooshima A,et al.Diabetes,1990;39:885
11，Banu N,HaraH,Okamura M,et al.Diabetese Res Clin Pract,1995,29(1):57
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12，Okzaki R,Matsuoka K,Atsumi Y,et al. Diabetes Res Clin Pract,1995,27(1):39
13，Hosoda Y,Okada M,Matsumura M,et al. Ophthalmic Res,1992,24(5):260
14，Ljubimov AV,Burgeson RE,Butkowski RJ,et al.J Histochem Cytochem,1996,44(12):1469
15，ALcolado JC,Baroni MG,Li SR,et al.Hum Hered,1993,43(2):126
16，Makino H,shika K,Wieslander J,et al.Diabet Med,1994,11(3):304
17，Ziyadeh FN,Kidney International,1993,43(1993):114
18，Ziyadeh FN, Snipes ER, Watanabe M, et al. Am J Physiol,1990,259(28):F704, 百拇医药