糖尿病肾病是由于长期糖脂代谢紊乱而导致的慢性肾脏病，占糖尿病患病总人数的40%,是糖尿病最严重的微血管并发症之一，也是导致终末期肾脏病的主要原因[1-2]。肾纤维化是糖尿病肾病发生、发展的重要环节，也是各种慢性肾脏病进展为终末期肾脏病的共同病理特征。研究表明，1980—2017年，全球范围约有60万人死于糖尿病肾病[3]。目前，临床治疗糖尿病肾病的基本方法包括控制血糖、血压和抑制肾素-血管紧张素系统等，这些疗法虽然能够有效延缓糖尿病肾病的进展，但糖尿病肾病仍不可避免地向终末期肾脏病进展[4-5]。因此，深入挖掘其发病机制并寻找有效的治疗方法成为当前的研究热点。

肾纤维化的发展与转化生长因子(transforming growth factor, TGF)- β1/Smad信号通路、炎症因子水平、氧化应激、脂质代谢、肾素-血管紧张素系统等有关[6-7],其中，TGF-β1/Smad信号通路在肾纤维化的发病机制中起核心作用[8]。近年来，中药的有效成分在改善糖尿病肾病的研究中取得了显著进展，TGF-β1/Smad信号通路是中药在糖尿病肾病中通过改善糖脂代谢、抑制细胞外基质(extracellular matrix, ECM)沉积、拮抗肾纤维化、改善肾功能等方面发挥重要作用的有效途径。本文基于中药有效成分调控TGF-β1/Smad信号通路改善糖尿病肾病的研究进展进行总结，以期为糖尿病肾病的治疗和相关中药的开发提供依据。

1、TGF-β1/Smad信号通路的组成与激活

1.1 TGF-β1/Smad信号通路的组成

TGF-β1是TGF-β超家族的主要成员，哺乳动物的TGF-β主要分为三种同分异构体，即TGF-β1、TGF-β2和TGF-β3。TGF-β受体几乎存在于所有的组织细胞中，目前已知的TGF-β受体分为三型，即 TGF-βⅠ 型受体(transforming growth factor-β receptor Ⅰ,TβR-Ⅰ)、TGF-βⅡ型受体(transforming growth factor-β receptor Ⅱ,TβR-Ⅱ)、TGF-βⅢ型受体型(transforming growth factor-β receptor Ⅲ,TβR-Ⅲ),作为单次跨膜的丝/苏氨酸蛋白激酶受体，具有丝/苏氨酸蛋白激酶的活性。

Smad蛋白是TGF-β家族的一类细胞内信号蛋白和转录因子，是TGF-β受体作用的直接产物，能够将配体与受体作用的信号由胞浆内传导至细胞核。Smad家族成员按其功能可分为三类：(1)受体调节型Smad蛋白(receptor-regulated smads, R-Smads),包括Smad2、Smad3、Smad1、Smad5、Smad8、Smad9;(2)共同调节型Smad蛋白(common-mediator smads, Co-Smads),其中只有一个成员，即Smad4;(3)抑制型Smad蛋白 (inhibitor smads, I-Smads)包括Smad6 和Smad7,其中参与TGF-β信号传导的主要是Smad2、Smad3、Smad4、Smad7。

1.2 TGF-β1/Smad信号通路的激活

潜伏的TGF-β以非活性形式分泌，储存在细胞和ECM表面，在强酸、强碱、高温、纤溶酶、组织蛋白酶作用下，TGF-β脱去潜活性相关蛋白(latent-associated protein, LAP)而活化，与细胞表面的TβR-Ⅱ相结合，使TβR-Ⅱ发生自磷酸化而激活，进而使 TβR-Ⅰ 发生磷酸化，有活性的TβR-I通过激活下游的转录因子包括c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase, JNK)、磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylin-ositol-3-kinase, PI3K)、丝裂原活化蛋白激酶(mitogen-activated protein kinase, MAPK)和蛋白激酶B等，从而进一步磷酸化Smad2/3。被激活而具有活性的Smad2、Smad3继续与Smad4结合，形成异源三聚体，然后转移至细胞核内，在细胞核内调控与肾纤维化相关靶基因的转录[9]。TGF-β1/Smad信号通路在维持体内平衡中起着关键作用，参与许多生理病理过程。在生理上，控制胚胎发育和组织的稳态[10];在病理上，参与了多种疾病的发病机制，包括组织纤维化、癌症、心血管疾病、代谢紊乱等[11-14]。

2、TGF-β1/Smad信号通路在糖尿病肾病肾纤维化中的作用

在糖尿病肾病的炎症和肾纤维化过程中，活跃的TGF-β1 和 Smad3、Smad4具有致病性，而潜伏的 TGF-β1 和 Smad2、Smad7 具有保护作用。研究表明，糖尿病肾病患者或动物模型中，肾小球、肾小管和肾间质中的TGF-β1配体、TβR、Smad2、Smad3均被高度激活[15-16]。TGF-β/Smad信号通路的激活不仅促使肾小球系膜细胞增殖、系膜基质沉积及肾小球硬化，也导致肾小管间质纤维化[17]。高血糖会刺激肾脏各种细胞中TGF-β1的转录，包括系膜细胞、成纤维细胞和近端肾小管细胞[18-19]。周青等[20]通过建立糖尿病肾病大鼠模型发现，肾小管上皮细胞表达的TGF-β1、Smad2/3、Smad4均参与肾纤维化的发生。

2.1 TGF-β1在糖尿病肾病中，通过多种途径发挥促肾纤维化的作用

TGF-β1可以直接促进肾小管成纤维细胞转变为包含上皮间质转化(epithelial-mesenchymal transition, EMT)的肌成纤维细胞，肌成纤维细胞促进分泌ECM,从而诱导肾纤维化[21]。TGF-β1通过TβR-Ⅱ和TβR-Ⅰ激活下游的Smad3,活性的Smad3与Smad4形成复合物，并向细胞核移动，诱导肾小管上皮细胞发生EMT。研究表明，EMT在糖尿病肾病发病机制中起着重要作用，会促进ECM的过度沉积[22-23]。活性氧是参与糖尿病肾病 TGF-β1信号激活的另一个因素，通过激活蛋白-1,促进TGF-β1表达[24],促进结缔组织生长因子(connective tissue growth factor, CTGF)表达增加，从而增加了纤连蛋白和胶原蛋白Ⅳ的表达[25],通过抑制基质金属蛋白酶(matrix metalloproteinase, MMP)和激活金属蛋白酶组织抑制物(tissue inhibitor of matrix metalloproteinases, TIMPs)来抑制ECM降解，促进肾纤维化[26]。高血糖推动TGF-β1的各种下游介质产生，包括晚期糖基化终末产物(advanced glycosylation end products, AGEs)、蛋白激酶C和二酰甘醇，共同促进ECM沉积[27]。TGF-β1调节多种上皮细胞和组织蛋白的表达，包括钙黏蛋白、连环蛋白和肌动蛋白细胞骨架，诱发α-平滑肌肌动蛋白、Ⅰ型胶原蛋白表达及细胞增生，促进ECM表达[28-29]。TGF-β1对肾小管上皮细胞和足细胞有促凋亡作用。研究证实[30],在纤维化过程中，肾素-血管紧张素醛固酮(renin-angiotensin-aldosteronesystem, RAAS)系统被激活，导致血管紧张素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,AngⅡ)分泌增加。AngⅡ不仅可以激活下游的TGF-β1,导致肾纤维化，而且能够通过氧化应激、炎症反应等导致肾固有细胞凋亡，加剧肾纤维化。TGF-β信号在肾脏炎症中发挥调节作用。TGF-β 以Smad3依赖性方式激活核苷酸结合寡聚化结构域样受体家族pyrin结构域蛋白3[nucleotide-binding and oligomerization domain (NOD)-like receptors family pyrin-domain-containing 3,NLRP3]炎症小体，促进白细胞介素(interleukin, IL)-1β、IL-18 等炎症细胞因子释放，从而加重肾脏炎症反应[31]。TGF-β1除了参与典型的Smad信号通路外，还参与了非典型Smad信号通路。已知的细胞外信号调节蛋白激酶、p38MAPK都可以被TGF-β1激活发挥生物学效应，活化的p38MAPK通过诱导足细胞凋亡，从而加快糖尿病肾病的进展[32]。

2.2 Smad3是糖尿病肾病主要的促纤维化转录因子

在单侧输尿管梗阻小鼠模型中，敲除Smad3能够显著减少小鼠肾纤维化[33]。Wang等[34]通过一项动物实验发现，敲除链脲佐菌素链(streptozocin, STZ)诱导的糖尿病肾病小鼠的Smad3,可减轻小鼠肾小球基底膜增厚、ECM沉积及蛋白尿，从而缓解肾脏纤维化。Smad4作为Smad家族的一员，在糖尿病肾病中发挥促纤维化的作用。有研究表明[35],敲除Smad4会增加Smad7的表达、降低Smad3的活性，减轻肾炎症反应。Li等[36]通过动物实验证实，通过抑制Smad4的表达，能够改善系膜基质扩张和肾小球硬化。此外，Smad信号通路是其他促纤维化因子，包括AngⅡ和晚期糖基化终产物诱导肾纤维化的关键途径。这些促纤维化因子可以不依赖于TGF,而直接刺激Smads, 还能够通过细胞外信号调节激酶/p38丝裂原活化蛋白激酶Smad信号串扰通路而引发肾纤维化。

2.3 Smad2、Smad7是糖尿病肾病的保护因子

Smad7由Smad3诱导，竞争性地与TβR-I结合，抑制Smad2和Smad3的磷酸化，从而抑制纤维化过程[37-39]。有研究表明[40],Smad7除了能够抑制TGF-β/Smad信号通路介导的纤维化，还可以通过改善核转录因子-κB介导的炎症反应，发挥保护糖尿病肾病大鼠肾功能的作用。Chen等[41]通过建立链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠模型发现，在糖尿病肾病小鼠中，敲除Smad7后，微量蛋白尿、纤连蛋白、IL-1、肿瘤坏死因子、单核细胞趋化蛋白-1的含量均显著增加，肾脏炎症和纤维化情况加重，从而证实Smad7缺陷小鼠比野生型小鼠肾损伤更加严重，进一步证明Smad7在糖尿病肾病中发挥保护作用。

3、中药单体调控TGF-β1/Smad信号通路干预糖尿病肾病

中医理论认为，糖尿病肾病的发生与肾脏疾病久治不愈、失治误治导致的肾脏亏虚、浊毒内生有关，其病机本质为正虚邪实。有研究证明，中药可以通过改善TGF-β1/Smad信号通路延缓肾纤维化[42-43]。中药的有效成分多为天然药物，具有多靶点、多途径、多向性等优势，在糖尿病肾病的治疗中可发挥益气养阴、补肾活血等作用，扶正的同时兼顾祛邪，治疗糖尿病肾病可取得满意疗效。黄连、连翘、夏枯草、三七、黄葵、黄芪、大黄是治疗糖尿病肾病的常用中药。实验研究表明[44],它们的部分单体可以调控TGF-β1/Smad信号通路，显著干预糖尿病肾病的发生发展过程，且取得良好的临床疗效。

3.1 生物碱类

小檗碱是从中药黄连中分离出来的季铵生物碱，具有降血糖、保护肾脏的作用[45]。黄连是临床治疗糖尿病和糖尿病肾病最常用的中药之一。Xiao等[46]研究发现，小檗碱给药8周后，db/db小鼠的糖尿病肾病症状明显减轻，TGF-β1、Smad2表达下降，可能是小檗碱通过干预阻止血管紧张素原介导的TGF-β1/Smad信号传导实现的。

3.2 木脂素类

李杲言连翘具有“散诸经血结气聚，消肿”之功，能改善毛细血管通透性。木脂素类是从连翘中提取的主要活性成分。研究表明[47],木脂素的主要成分——连翘苷具有抗炎、抗氧化和抑制细胞凋亡的作用。冷伟等[48]通过STZ建模糖尿病肾病大鼠模型，研究结果显示，连翘苷可降低血尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)、血肌酐(serum creatinnine, Scr)、24小时尿蛋白定量(24 h urine protien quantitation, 24 hUTP)及TGF-β1的含量，以上结果说明，连翘苷通过抑制TGF-β1/Smad信号通路，减少ECM积聚，减轻肾纤维化，保护了肾功能。

3.3 三萜类

《本草通玄》曰：“夏枯草补养厥阴血脉，又能疏通结气。”夏枯草可改善糖尿病肾病患者的血压，降低蛋白尿。熊果酸是来自于夏枯草的三萜类化合物，具有抗炎、抗氧化等多种作用。毛勇等[49]通过研究发现，熊果酸能够减少肾组织中的Smad2/3水平，减轻小鼠肾小管EMT分化，提示熊果酸可能通过抑制TGF-β1/Smad信号通路改善肾纤维化。

3.4 皂苷类

三七具有和营止血、活血化瘀的功效，在糖尿病肾病患者的微血管病变和大血管损伤中，均有广泛应用。三七总皂苷是三七的天然活性成分，能够改善微循环、控制血压。有研究证实[50],三七总皂苷能够保护肾脏、抑制肾纤维化进展。高洁等[51]研究发现，三七总皂苷明显降低肾功能衰竭大鼠BUN、Scr、24 hUTP水平，下调TGF-β1、Smad2/3表达，上调了Smad6表达，以上结果说明，三七总皂苷通过抑制TGF-β1/Smad信号通路，抑制了Smad2/3,激活了Smad6,发挥抑制肾纤维化作用。

绞股蓝皂苷是从中药绞股蓝中提取的主要活性成分。研究表明[52],绞股蓝皂苷具有抗炎、抗氧化等作用，能够通过减轻氧化应激、保护足细胞而达到治疗糖尿病肾病的目的。一项动物实验说明[53],绞股蓝皂苷通过阻断糖基化终末产物受体(receptor of AGEs, RAGE)信号通路，抑制下游效应因子TGF-β1及其他促纤维化因子的表达，抑制TGF-β1/Smad信号通路，减轻了肾纤维化。

3.5 黄酮类

黄葵胶囊治疗糖尿病肾病具有确切疗效。金丝桃苷是从黄葵中提取的天然黄酮类化合物。有研究表明[54],金丝桃苷能够显著改善糖尿病肾病小鼠肾小球硬化，缓解糖尿病肾病的临床症状。王苑菲等[55]为了研究金丝桃苷对糖尿病肾病大鼠肾纤维化的作用机制，构建STZ大鼠模型，结果显示，金丝桃苷能明显降低糖尿病肾病大鼠空腹血糖、尿肌酐、BUN,改善肾组织纤维化程度，肾组织E-钙黏蛋白、Smad7蛋白水平显著升高，α-平滑肌肌动蛋白、纤连蛋白、TGF-β1、smad2、smad3水平显著下调。以上结果说明，金丝桃苷减轻糖尿病肾病大鼠肾纤维化、抑制EMT过程，可能与抑制TGF-β1/Smad信号通路有关。

二氢杨梅素是从中药藤茶中提取的主要活性成分，有研究表明，二氢杨梅素具有抗炎、抗肾纤维化等多种作用[56]。刘宗亮等[57]通过建立STZ诱导糖尿病肾病大鼠模型发现，二氢杨梅素通过抑制 TGF-β1/Smad信号通路表达，减轻了肾脏组织胶原蛋白的沉积，降低了Smad7蛋白含量，上调了TGF-β1、Smad2蛋白表达，减轻了肾纤维化，保护了肾功能。

3.6 多糖类

黄芪是治疗糖尿病肾病，降低蛋白尿，延缓肾病进展最常用的药物。黄芪多糖是从黄芪中提取的水溶性多糖类成分，具有降低血糖、抗炎、改善糖尿病肾病的作用[58-59]。李承德等[60]在探索黄芪多糖对糖尿病肾病的抗肾纤维化作用时发现，黄芪多糖可以通过调控TGF-β1/Smad信号通路，抑制下游效应子Smad2、Smad3的表达，增加抑制性Smad7的表达，同时会增加基质金属蛋白酶的表达，从而促进ECM的降解，减轻肾纤维化，降低大鼠BUN、Scr含量。

3.7 蒽醌类

大黄凉血解毒、逐瘀通经，具有降血压、降血脂、抗炎、利尿等作用，在糖尿病肾病的早期和中晚期都有广泛应用。大黄酸是源于大黄的蒽醌类化合物，具有抑制免疫、抗炎、利尿等作用[61]。陈亚坤等[62]在一项动物体外实验中发现，大黄酸降低了糖尿病肾病大鼠24h UP、BUN、Scr的含量，下调了TGF-β、CTGF的水平。以上结果说明，大黄酸通过抑制MAPK,抑制TGF-β1/Smad信号通路，保护内皮细胞免受炎性因子损伤，改善肾纤维化。

4、结语

糖尿病肾病是糖尿病最常见的微血管并发症之一，已经成为我国第2位的需要肾脏替代治疗的病因，也是世界范围内导致终末期肾脏病的重要原因。高血糖环境下机体的代谢紊乱，炎性因子水平升高，氧化应激平衡失调，肾细胞外基质活化后大量沉积于肾脏组织内，而使肾小管毛细血管堵塞、硬化，直至肾纤维化，最终导致终末期肾脏病。TGF-β1/Smad信号通路是糖尿病肾病肾脏纤维化的关键信号通路之一。现有研究表明，TGF-β1/Smad信号通路能通过促进ECM积聚，抑制ECM的降解，增加纤连蛋白和胶原蛋白Ⅳ表达，促进炎症因子释放，诱导足细胞凋亡等方面对肾纤维化过程进行调控，并扮演了关键的角色。Smad家族蛋白是TGF-β1受体胞内激酶底物，能直接参与TGF-β1的胞内信号转导。高血糖、终末糖基化产物、肾素-血管紧张素系统等都可激活TGF-β1,它是一种多功能，能多向调节的细胞因子，是糖尿病肾病复杂的细胞因子网络中的核心因子。

目前，国内外对TGF-β1/Smad信号通路的研究比较深入，已初步明确TGF-β1/Smad在糖尿病肾病发生发展中的作用机制，但仍存在以下问题：(1)糖尿病肾病有两种不同的临床类型，包括干性糖尿病肾病和湿性糖尿病肾病。湿性糖尿病肾病表现为大量蛋白尿、水肿、肾功能衰竭进展迅速；干性糖尿病肾病蛋白尿较少、不肿或轻度浮肿、肾功能进展较慢。在这两种截然不同临床表现的糖尿病肾病中，TGF-β1/Smad信号通路的参与程度和差异较为明显；(2)不同功效的中药对纤维化保护性通路发挥正向调节和负向调节作用方向尚不明确；(3)TGF-β1/Smad信号通路会与其他通路形成信号串扰，需探索各条通路间的相互影响机制，并在微观领域深入观察各信号通路对细胞的调控机制；(4)很多中药既能干预TGF-β1/Smad信号通路，又能干预其他通路如自噬、凋亡，在糖尿病肾病的临床治疗中，其疗效的核心机制到底是哪一通路，可能需要精准靶向药物对信号通路进行阻断和促进后，观察疗效的变化来确定；(5)现有通过调控TGF-β1/Smad治疗糖尿病肾病的临床研究较少，主要以动物实验和基础实验为主，缺少大样本、多中心、前瞻性、长周期的高质量临床试验；(6)目前关于中药有效成分的研究较多，但在中药单体、单体组合方面存在明显不足。今后，需进一步明确TGF-β1/Smad信号通路在干性糖尿病肾病和湿性糖尿病肾病中的参与程度及差异性，明确不同功效的中药对纤维化保护性通路的调节作用，应用分子对接等技术探索中药的有效成分，尤其是对中药单体及单体组合。

总之，本文通过系统综述TGF-β1/Smad信号通路在糖尿病肾病发生发展中的作用及中药治疗糖尿病肾病的效果，指出了现有研究存在的问题和未来的研究方向，揭示了中医药可通过多靶点、多通路、多功效等优势调控TGF-β1/Smad通路防治糖尿病肾病，将成为未来临床和科研的新方向，也为中医药防治糖尿病肾病提供了广阔应用前景。

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基金资助:国家自然科学基金项目(81973807);

文章来源:徐思宇,王婉婷,邵命海.中药单体调控TGF-β1/Smad信号通路防治糖尿病肾病研究进展[J].河南中医,2024,44(08):1252-1259.