吴 进 郑艳辉 吴雪楠

1 南京中医药大学，江苏省南京市 210000； 2 南京中医药大学附属南京中医院肾病科

糖尿病肾病是糖尿病最常见、最严重的慢性并发症之一,也是导致糖尿病患者死亡的主要原因。截至2017年,全世界有4.51亿糖尿病患者,成人糖尿病患病率为8.4%,预计到2045年,患者人数将增加到6.93亿,患病率将升至9.9%[1]。在我国,18岁及以上人群糖尿病患病率为10.4%,有20%～40%的糖尿病患者合并糖尿病肾病[2]，由糖尿病肾病导致的终末期肾病(ESRD)在我国占16.4%[3], 并呈现逐年增长趋势。糖尿病肾病的主要表现是持续性白蛋白尿、高血压、进行性肾功能受损，如病情无法及时获得有效控制，随着病情进一步恶化，患者会出现高血压、蛋白尿、水肿等症状，甚至可引起尿毒症、肾功能不全等，威胁患者生命[4]。目前糖尿病肾病已经成为全球慢性肾脏病(Chronic kidney disease, CKD)和终末期肾病的主要原因[5]。目前糖尿病肾病的发病机制并未阐明,现有研究数据表明,血液动力学因素、糖代谢紊乱、遗传因素、组织缺氧及炎性细胞浸润等均能引起糖尿病肾病[6]。现目前对于糖尿病肾病的治疗主要是降糖类药物、选择性内皮素(ETA)受体拮抗剂、盐皮质激素受体拮抗剂、磷酸二酯酶抑制剂、抗炎类药物、抗血小板药物、单克隆抗体治疗[7]。Calpain 10通过在肾组织的异常表达参与糖尿病肾病的发病机制，为糖尿病肾病发病机制的研究提供了新靶点。

1 Calpain 10的分子特点、生物学特性及蛋白表达

1.1 Calpain 10的分子特点和生物学特性 Calpain 10是Calpains(钙蛋白酶)家族的一员，是一种广泛表达的线粒体和胞浆Ca2+调节的半胱氨酸蛋白酶[8]，Calpains是Ca2+激活的非溶酶体半胱氨酸蛋白酶[9]，定位于胞浆和线粒体，可以调节细胞凋亡和坏死[10],参与了疾病的发展，如2型糖尿病、阿尔茨海默病、心肌梗死、急性肾损伤和调节细胞凋亡[11-14]。2006年，Arrington DD等[8]首次发现线粒体内存在Calpain 10，利用兔线粒体，Calpain 10在所有的线粒体室中都被发现，大部分活性在线粒体基。进一步分析发现，N端的前15个氨基酸作为线粒体靶向序列。Calpain 10有8个剪接变异体，大小15～75kDA不等，并且用酶谱显示75、56和50kDA大小的Calpain 10的变异体在线粒体中。Calpain 10底物中含有大量脯氨酸、谷氨酸、丝氨酸的蛋白质，并且苏氨酸残留体被钙蛋白酶快速降解[15-17]。

1.2 Calpain 10的蛋白表达 Calpain 10的蛋白表达在多个领域都有研究，可能参与多种疾病状态,有广泛意义。迄今为止，Calpain 10与线粒体功能障碍、细胞凋亡、GLUT4囊泡移位、胰岛素β细胞胞吐、白内障、高甘油三酯血症有关,并且与2型糖尿病有遗传关系[18]，Calpain 10对糖尿病易感基因的全基因组连锁扫描显示Calpain 10与2型糖尿病的风险增加有关[19]。近年来，有研究表明Calpain 10在肾脏组织也有变表达，Calpain 10 蛋白在衰老或疾病期间的表达减少会导致肾细胞死亡、动态功能和/或增加肾脏对损伤的易感性。Marisa D等人[18]实验中利用肾功能不全的肾组织样本来检测老年雄性大鼠中Calpain 10的表达，发现大鼠肾脏Calpain 10的蛋白表达在开始19个月时下降，在24个月时进一步下降，表明Calpain 10随着时间的增加而下降，同时检测肾SGLT1(肾小管上皮标志物)和podocin(肾小球标志物)的蛋白表达，结果显示SGLT1和podocin也随时间的增加不断下降。为了研究Calpain 10在人肾脏中的表达，Marisa D等人[18]检测了不同年龄段人肾脏样本Calpain 10水平，21～77岁人类女性肾脏样本中Calpain 10蛋白表达呈线性下降；在38～77岁男性肾脏肾组织中，Calpain 10表达也有类似下降，这种人类男性和女性肾脏Calpain10蛋白表达丢失，是Calpain 10表达的特异性缺失造成的，表明Calpain10是肾功能所必需的，是肾衰老的标志物。Calpain10电子传递链蛋白，Calpain10的过度表达或敲除导致线粒体功能障碍和肾细胞受损和凋亡[10],虽然Calpain 10在肾脏老化中发挥了重要作用，肾脏的大小和功能随着老化而退化，但是其具体机制目前尚未有人报道，尚不清楚[20]。

2 Calpain 10与糖尿病肾病

糖尿病肾病发病机制复杂多样，至今仍不明确，随着糖尿病肾病肾脏组织特异性蛋白分子的发现，为糖尿病肾病发病机制的研究提供了新方向。Calpain 10作为Calpains家族中一个亚型，被发现在糖尿病肾病肾脏组织中有异常表达。但目前关于Calpain 10在糖尿病肾病肾脏中异常表达以及异常表达加剧糖尿病肾病肾损伤机制的研究和报道甚少，有研究发现Calpain 10在糖尿病肾病肾组织的表达与年龄有关，Marisa D等[18]研究表明随着热量限制Calpain 10减弱的老年人、小鼠、大鼠，Calpain 10蛋白和RNA表达降低，并与肾功能的下降有关。Covington MD等[21]研究表明慢性高糖降低了糖尿病肾病肾组织中的Calpain 10，使Calpain 10蛋白和mRNA在体内外均随慢性葡萄糖升高而降低，从而导致肾细胞死亡和糖尿病肾病肾损伤。通过建立肾小管细胞(RPTC)体外模型和Calpain 10基因敲除后大鼠体内肾脏模型，来确定Calpain 10在糖尿病肾病肾功能障碍作用，结果：(1)慢性高糖降低了RPTC中Calpain 10的mRNA表达，慢性高糖暴露的RPTC线粒体功能下降，从而引起RPTC的凋亡；(2)大鼠肾Calpain 10基因敲除后肌酐、Caspase 3裂解增加，导致大鼠肾功能不全。结果证明Calpain 10是肾功能所必需的，肾Calpain 10的丢失是引起肾细胞损伤的关键。

然而在最新研究中，Wang Tao等人[23]发现Calpain 10在糖尿病肾病大鼠肾脏和永生的小鼠足细胞中表达上调，高水平的Calpain 10导致大鼠、小鼠肾功能不全、肾组织破坏、足细胞凋亡，Calpain 10表达增加降低了肾小球足细胞内nephrin蛋白的表达，通过敲除大鼠、小鼠肾脏中Calpain 10基因可以上调nephrin保护足细胞。足细胞位于肾脏的肾小球毛细血管壁中形成最后一层，它们与肾小球基底膜和肾小球内皮细胞一起构成了肾小球滤过屏障，可以使水和小分子通过，并且在健康个体中，可以阻止白蛋白和其他关键蛋白质通过，对于维持健康肾脏中的肾小球功能和完整性至关重要。足细胞是肾小球滤过膜的主要细胞，其破坏是糖尿病肾病早期尿蛋白的主要原因[23]。为了进一步证实Calpain 10在足细胞损伤中的作用，Wang Tao等人用小siRNA抑制其在足细胞中的表达，并用CCK-8法分析其活性，敲除Calpain 10后，结果显示足细胞的活力显著高于健康状态下的足细胞活力。实验研究发现糖尿病肾病大鼠Calpain 10水平与肾功能呈负相关，然而糖尿病肾病大鼠肾功能不全出现的时间比Calpain 10上调晚，Wang Tao等猜测可能是由于肾脏代偿机制引起的[22]。

也有研究表明Calpain 10与细胞分化有关，随着年龄的增长，这种分化会逐渐减少。研究发现[24]Calpain 10在成熟大鼠中表达很高，这可能与分化是的细胞重塑有关，然而大多数肾细胞(包括足细胞)属于终末分化的细胞，由此猜测这也可能是导致Calpain 10在肾组织中过表达的原因之一。Matthew A等[10]研究发现大鼠糖尿病肾病模型，10周后大鼠肾脏Calpain 10蛋白和mRNA均下降，对肾Calpain 1和2无影响，Calpain 10 siRNA的敲除导致大鼠肾Calpain 10凋亡，数据表明，糖尿病导致肾Calpain 10 mRNA和蛋白质减少，细胞凋亡，肾功能下降。

综上所述，Calpain 10表达增加，降低肾小球足细胞内的nephrin蛋白表达，提示Calpain 10参与了足细胞损伤，体内和体外足细胞内的nephrin水平显著降低，表明足细胞损伤、功能障碍和肾功能不全是由Calpain 10上调引起的。

3 小结

Calpain 10在糖尿病肾病肾损伤的具体机制尚不清楚，需要进一步研究。目前研究认为Calpain 10作为糖尿病肾病肾损伤的标志物之一，在糖尿病肾病的发病机制、评价药物疗效和判断预后方面可能发挥重要的作用。鉴于上述研究表明，Calpain 10在糖尿病肾病、特别是足细胞中的表达，无论是Calpain 10蛋白的过表达还是缺失，均表明Calpain 10参与糖尿病肾病的发病，提示Calpain 10有可能成为糖尿病肾病治疗的靶目标。但Calpain 10除了通过上调nephrin蛋白导致足细胞损伤，是否通过其他特异性分子蛋白、炎症因子损伤肾小球其他细胞参与糖尿病肾病肾损伤尚未报道，因此Calpain 10的价值有待进一步研究。