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葫芦巴碱调节肾移植术后代谢紊乱的应用前景

发布日期:2021/7/23 16:39:06

摘要

肾移植术后易发生糖、脂质等代谢紊乱,导致移植肾功能障碍及长期存活率降低。葫芦巴碱是一种具有多种生物活性的天然生物碱,具有改善糖、脂质等代谢紊乱的作用,可减轻肾脏的炎症反应、氧化应激及细胞凋亡,从而保护肾功能。因此,葫芦巴碱可能是调节肾移植术后代谢紊乱的潜在药物。本文对葫芦巴碱与糖代谢紊乱、脂质代谢紊乱、其他代谢紊乱及葫芦巴碱在肾移植中的应用前景进行综述,旨在为改善肾移植术后代谢紊乱、提高肾移植受者及移植肾的长期存活率提供参考。

葫芦巴碱(trigonelline,TRIG)是一种植物生物碱,是葫芦巴的主要生物碱成分, 广泛分布于双子叶植物亚纲的植物激素,也存在于软体动物、海洋鱼类和哺乳动物等[1-2]。TRIG的化学名称为N-甲基烟(C7H7NO2),是一种水溶性的生物碱,具有与底物D-氨基酸相似的两性离子结构,是D-氨基酸氧化酶的有效活性位点探针[3-4]。TRIG也是一种维生素B6衍生物,可以代谢产生烟酸。TRIG同时还是一种核因子E2相关因子2(nuclear factor E2-related factor 2,Nrf2)抑制剂[5]。在我国和印度,葫芦巴用作食品和药品具有很长的历史,食用葫芦巴对人体肝、肾、甲状腺功能无不良影响[6-7]。研究表明,大鼠口服高剂量TRIG(5 000 mg/kg)不会出现严重不良反应[8]。目前,体内、外实验均证实TRIG具有抗糖尿病、抗肥胖、抗纤维化、抗氧化、抗炎、抗病毒、抗菌、抗肿瘤、调脂、保护心血管、保护神经等多种生物学效应[3, 7, 9-13]。

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代谢紊乱在肾移植等待者和肾移植受者中较常见,会对肾脏产生不良影响,对肾移植等待者和肾移植受者进行糖尿病管理和肥胖管理至关重要[14]。在肾移植等待者中,代谢紊乱与终末期慢性肾病(chronic kidney disease,CKD)等有关[15]。在肾移植受者中,肾移植短期内不能完全逆转多年来肾功能下降和透析所造成的损害,且术后免疫抑制剂(尤其是糖皮质激素)的使用会增加代谢紊乱发生的风险[16]。肾移植术后代谢紊乱可能会增加移植肾功能障碍的风险,并降低移植肾的长期存活率[15]。目前治疗肾移植术后代谢紊乱的药物较少,探究改善肾移植术后代谢紊乱的药物,对于改善移植肾功能、延长移植肾存活时间意义重大。TRIG可改善糖代谢及脂质代谢,具有潜在的抗糖尿病和抗肥胖的作用[10-11],且在糖尿病及肥胖患者中具有明显的肾保护作用[17-18]。

1  TRIG与糖代谢紊乱

约60%术前不伴有糖尿病的肾移植受者在肾移植术后短期内会出现高血糖[14]。在一项对374例肾移植术后稳定状态受者的研究中,1/3的受者在术后4年内发现了糖尿病前状态[19]。有研究报道,肾移植术后糖尿病的发生率为10%~40%[20]。肾移植术后糖尿病的发生与年龄、种族、术后应用免疫抑制剂等多个因素有关[21],其中免疫抑制剂可显著影响肾移植受者的糖代谢[22]。Cole等[23]证实肾移植术后早期高血糖会增加排斥反应和感染的风险。长期高血糖不仅会对受者和移植物存活产生不良影响,还与高血压、蛋白尿以及不良心血管事件相关[24]。因此,有效管理肾移植术后糖代谢紊乱至关重要。

越来越多的证据表明TRIG具有干预胰岛素信号传导途径、逆转导致胰岛素抵抗和葡萄糖耐受不良的细胞分子缺陷、改善糖尿病相关并发症的作用[17]。其主要机制包括保护β细胞和改善胰岛素抵抗。TRIG可通过增加β细胞胰岛素分泌、调节炎症反应、下调半胱氨酸天冬氨酸蛋白酶(cysteinyl aspartate specific proteinase,Caspase)-3表达及提高抗氧化酶活性,抑制β细胞凋亡等途径保护糖尿病小鼠[25]。胰岛素抵抗被认为是代谢综合征(葡萄糖代谢障碍、血脂异常和肥胖等)常见的致病背景[26]。胰岛素抵抗在肾移植受者中较为常见,其中年龄、体质量指数(body mass index,BMI)、糖皮质激素剂量和肌酐清除率是胰岛素抵抗的主要影响因素[27]。体外和体内研究已经观察到胰岛素刺激肾小球膜细胞增殖和肾小球膜基质产生。肾脏暴露于高胰岛素血症下,可加剧肾功能障碍[28]。TRIG可显著诱导2型糖尿病大鼠中葡萄糖转运蛋白4(glucose transporter 4,GLUT4)和过氧化物酶体增殖物激活受体γ(peroxisome proliferators-activated receptor γ,PPARγ)的表达,并抑制瘦素和肿瘤坏死因子(tumor necrosis factor,TNF)-α蛋白的表达,从而减轻胰岛素抵抗[29]。

有研究表明,TRIG在高血糖状态下具有肾脏保护作用。肾素-血管紧张素系统(renin-angiotensin system,RAS)在肾损伤的病理生理机制中起关键作用[30]。高血糖可诱导Nrf2介导的肾内血管紧张素原(angiotensinogen,Agt)基因表达和RAS激活,导致糖尿病小鼠发生高血压和肾损伤,而TRIG可通过抑制Nrf2,从而抑制肾内RAS激活,减轻高血压相关性肾损伤[5]。PPARγ在肾小球、肾近曲小管、肾成纤维细胞和肾集合小管中广泛表达,具有良好的肾脏保护作用[31-32]。TRIG可通过上调PPARγ表达水平,下调2型糖尿病(高血糖状态下)大鼠肾脏炎症因子[白细胞介素(interleukin,IL)-1β、IL-6、IL-18]水平,从而减轻肾损伤[29]。高血糖状态通常会引起葡萄糖代谢紊乱,导致活性氧簇(reactive oxygen species,ROS)大量产生,而ROS生成是糖尿病患者近端肾小管细胞发生凋亡的中心环节[33]。TRIG可通过上调超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)、谷胱甘肽(glutathione,GSH)和GSH过氧化物酶(GSH peroxidase,GSH-px)表达水平,减少ROS生成,减轻氧化应激,减少肾近端小管细胞凋亡,从而保护肾脏[29]。

2  TRIG与脂质代谢紊乱

体质量增加超过10%会增加糖皮质激素所致的血脂异常和糖尿病的发生率[34]。肥胖不仅与脂代谢紊乱、糖尿病和心血管疾病发生密切相关,还与肾移植术后移植肾衰竭相关[14]。因此,肥胖管理是调控肾移植术后脂质代谢紊乱的关键步骤。

TRIG具有改善肥胖性脂质代谢紊乱及肾脏保护作用。动物实验结果表明,小鼠长期服用TRIG可减少食物摄入,防止高脂饮食性肥胖[18]; TRIG可减少3T3-L1前脂肪细胞分化和脂质蓄积,从而改善脂质代谢紊乱[35]; TRIG可通过抑制弗氏柠檬酸杆菌(革兰阴性菌,需氧或兼性厌氧,是人和动物肠道内的正常菌群)和肝脏黄素单加氧酶3(flavin-containing monooxygenase 3,FMO3),下调三甲胺-N-氧化物(trimethylamine-N-oxide,TMAO)水平[36],其中TMAO是一种促动脉粥样硬化的代谢产物,血清TMAO水平与肾损伤程度、心血管疾病和糖尿病发生率呈正相关[37]。以上研究表明,TRIG能通过影响肠道微生物改善脂质代谢。

肥胖相关并发症的发生与慢性炎症、氧化应激、晚期糖基化终末产物(advanced glycation end product,AGE)的产生相关,TRIG可上调肾内AGE解毒相关成分的水平,下调AGE水平,发挥抗糖基化作用[18]。此外,核因子(nuclear factor,NF)-κB激活和促凋亡因子Bax可通过糖基化作用加速肾损伤[38],而TRIG可通过下调NF-κB的表达水平保护肾脏[18]。TRIG可通过多种机制发挥抗肥胖作用,可用于作为预防或治疗肥胖相关并发症的潜在治疗药物[18]。

3  TRIG与其他代谢紊乱

3.1   TRIG与草酸代谢紊乱

Elgstoen等[39]在研究无原发性高草酸尿症的肾移植受者术后血浆草酸盐变化时发现,约61%的肾移植受者血草酸水平 > 30 μmol/L(正常参考值为3~11 μmol/L)。当血草酸水平 > 30 μmol/L,尿液中的草酸盐会呈过饱和状态,很可能导致草酸钙结晶形成并沉积在肾小管中,造成肾小管上皮细胞损伤进而影响肾功能[40]。研究表明,草酸盐与组织损伤有关,草酸钙沉积可能导致移植物功能延迟恢复甚至移植物失功[41]。目前尚无直接证据表明TRIG对草酸盐代谢的影响,但近期的研究表明TRIG能减轻草酸盐诱导的肾小管上皮细胞损伤,并阻止草酸盐诱导的细胞迁移、ROS过度生成和Nrf2表达下调,从而减轻纤维化[12]。

3.2   TRIG与铁代谢紊乱

Bilar等[42]研究发现肾移植受者血清铁过载的发生率为15%,血清铁过载会在术后持续很长时间,但其机制尚不完全清楚。铁可以催化ROS的形成,导致细胞损伤[43]。在全身性铁过载中,由于肾小球滤入肾小管内腔循环铁增加,使近端肾小管上皮细胞长期暴露于有害的高铁水平,而生物体内没有去除铁的生理机制[44-45]。因此,慢性铁过载会导致肾脏中铁的积累增加,可引起相关的肾毒性[44, 46]。尽管尚无直接证据表明TRIG可改善铁代谢,但TRIG可诱导人近端肾小管上皮细胞铁蛋白基因的表达[44]。铁蛋白与铁结合,可增加铁的储存,减轻氧化应激[47]。此外,TRIG还可减少ROS的产生,但不影响血红素加氧酶1基因的表达水平[44]。总之,这些发现表明TRIG可减轻慢性铁暴露诱导的氧化应激,从而减轻长期铁过载相关肾损伤。

4  TRIG在肾移植中的应用前景

4.1   TRIG与稳定状态肾移植受者的内皮细胞功能障碍

肱动脉血流介导的血管扩张(flow-mediated dilation,FMD)主要是由一氧化氮(nitric oxide,NO)介导的内皮依赖性血管扩张,以应对血流量和切应力的增加,也是检查心血管疾病病理生理的一种工具,可识别心血管疾病的潜在风险[48]。Junarta等[49]研究表明,稳定状态肾移植受者的血管结构和功能逐渐恶化,FMD下降,通过干预FMD可改善这种不良心血管状况[49]。研究表明,TRIG可显著改善FMD,并有助于改善人的血管内皮细胞功能[50]。此外,免疫抑制剂亦存在加速血管疾病进展的作用,如钙调磷酸酶抑制剂可通过增加内皮素的释放和消除NO诱导的血管扩张,加重血管收缩[51]。NO释放减少可引起内皮细胞功能障碍,而TRIG可促进NO产生,其潜在机制为引起细胞质Ca2+水平升高,触发内皮细胞Ca2+通道开放,导致Ser 1177的磷酸化和Thr 495的去磷酸化,最终激活内皮NO合酶(NO synthase,NOS)[52]。目前仍需要在血管疾病患者中进行大规模的临床试验,以进一步确定TRIG的临床益处。

4.2   TRIG与免疫抑制剂的相互作用

环孢素在肝脏中被细胞色素P450 3A(cytochrome P450 3A,CYP3A)系统广泛代谢,主要代谢物M1、M9和M4N分别由1-β、9-γ和4-N-去甲基化位置的氧化形成[53]。TRIG可影响CYP3A和P-糖蛋白转运体[3]。Al-Jenoobi等[54]研究结果表明,当环孢素和TRIG联合给药时,TRIG不会影响环孢素的药代动力学。环孢素和他克莫司同属钙调磷酸酶抑制剂,许多与环孢素有关的药物相互作用数据都可应用于他克莫司[55]。虽然环孢素和他克莫司都是CYP3A4的底物和抑制剂,但环孢素被认为是中度抑制剂,而他克莫司是轻度抑制剂[55]。两种钙调磷酸酶抑制剂都是P-糖蛋白底物,但只有环孢素在体内显示出抑制P-糖蛋白的作用[55]。以上研究表明,TRIG与环孢素的相互作用更强,TRIG更能影响环孢素的药代动力学。相比他克莫司,环孢素更有可能与这些酶和转运系统的其他底物相互作用。一些分子研究和临床试验表明,TRIG与CYP3A和P-糖蛋白底物(他克莫司)一起使用是安全的[54]。

肾移植术后骨病导致骨折发生风险明显升高,并且增加了医疗保健成本、住院率和病死率。减少糖皮质激素的使用可以最大程度地减少骨质流失,对于肾移植前骨质减少或骨质疏松症患者应予以考虑[56]。早期停用糖皮质激素可使骨折发生率下降31%,同时降低骨折相关的住院率,但会导致排斥反应的风险增加。新近的研究表明,TRIG可通过增强骨密度,恢复骨生理,提高雌二醇、钙、磷水平以及降低地塞米松诱导的骨质疏松症中的甲状旁腺激素和碱性磷酸酶水平,改善并防止骨质疏松症的进展[57]。

5  小  结

肾移植术后易发生糖、脂质代谢紊乱,严重影响受者的生活质量及移植肾的存活率,目前调控各种代谢紊乱的特效药物较少。TRIG可通过抗炎、抗氧化、改善胰岛素抵抗等途径调控糖、脂质代谢紊乱,且其安全剂量范围广、不良反应少、化学结构确切、提纯技术成熟。TRIG在调节肾移植术后代谢紊乱中具有光明的应用前景,但其有效性、具体剂量、安全性、详细机制还有待进一步研究。

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