糖尿病肾脏病（Diabetic kidney disease, DKD）是糖尿病最重要的并发症之一，是慢性肾病和终末期肾病的主要病因，严重影响患者的生活质量和预期寿命。即使进行糖尿病强化管理，DKD 进展成为终末期肾病的患者数量仍在逐年增加，造成巨大的医疗和社会经济负担。探索DKD新的治疗靶点和手段具有重要意义。
糖尿病等代谢性疾病以营养物质代谢紊乱为特征，既往研究主要关注糖和脂，对于蛋白质（氨基酸）的作用认识有限。近年来，研究越来越关注到氨基酸在代谢稳态调控中的重要贡献。支链氨基酸（Branched-Chain Amino Acids, BCAAs）是亮氨酸、异亮氨酸、缬氨酸三种必需氨基酸的统称，在8种必需氨基酸中，BCAAs因其对代谢的强大调控作用引起格外关注。一系列基础和临床研究表明BCAAs与糖尿病等代谢性疾病关系紧密，BCAAs代谢紊乱促进糖尿病的发生发展，但BCAA是否影响糖尿病并发症的发生发展尚缺乏研究。
2024年9月22日，天津医科大学朱宪彝纪念医院陈莉明教授、孙海鹏教授研究团队联合在Metabolism上在线发表了研究论文“Disruption of branched-chain amino acid homeostasis promotes the progression of DKD via enhancing inflammation and fibrosis-associated epithelial-mesenchymal transition”。该研究首次揭示了BCAAs代谢失衡作为DKD独立危险因素的重要性，并提出了通过药物或饮食调节BCAAs代谢平衡减缓DKD进展的潜在治疗策略。这一发现不仅为DKD的预防和治疗提供了新的思路，也为理解糖尿病并发症的复杂机制提供了重要线索，具有重要的临床意义和应用前景。
1.BCAAs稳态失衡是2型糖尿病肾脏病的代谢特征
作者首先探索了2型糖尿病肾脏病（T2DKD）中BCAAs代谢的变化。糖尿病肾脏病小鼠模型db/db小鼠的肾脏转录组测序中BCAAs分解代谢途径明显富集，作者在RNA、蛋白和生化水平上验证了db/db小鼠肾脏中BCAAs分解代谢受损，血清和肾脏中BCAAs水平升高。同样，在高脂饮食喂养联合链脲佐菌素（HFD/STZ）注射诱导的2型糖尿病模型中检测到BCAAs的水平升高。因此，与其他组织（骨骼肌、脂肪组织和肝脏）相似，2型糖尿病小鼠肾脏中BCAAs稳态失衡是全身BCAAs代谢紊乱的表现。
作者还探讨了人类DKD患者中的BCAAs代谢变化。DKD患者肾脏组织中BCAAs分解代谢关键酶表达降低，血清中BCAAs水平升高。这些结果表明BCAAs稳态失衡是DKD的代谢特征。
2.高BCAAs作为独立危险因素促进T2DKD进展，与血糖状态无关
接下来作者通过营养学和遗传学方法从不同方面去探索BCAAs代谢对T2DKD进展的影响。等热量低蛋白饮食（Low protein diet, LPD）可以在不改变能量摄入的情况下减少BCAAs摄入量，在低蛋白的基础上再回补BCAAs可以提高BCAAs摄入。LPD显著改善了肾功能和肾脏结构损伤，而补充BCAA后肾功能降低，肾损伤加重。此外，LPD显著降低了纤维化相关因子和炎症因子的水平，补充BCAAs则促进了炎症和纤维化。这些数据表明升高的BCAAs是db/db小鼠DKD的致病因素。
另一方面，作者通过遗传学方法研究了BCAAs分解代谢受损对DKD的影响。PP2Cm敲除(Pp2cm-/-)小鼠因为BCAAs分解代谢受阻，体内BCAAs水平上升。在高脂饮食联合STZ诱导2型糖尿病情况下，与对照组相比， Pp2cm-/-小鼠表现更严重的肾脏肿大，肾功能和肾脏结构受损，间质纤维化明显增加，纤维化相关因子的表达升高。值得注意的是，BCAAs升高促进了DKD的进展，但未进一步损伤葡萄糖耐受，提示BCAAs不是通过加剧糖尿病来促进DKD，高BCAAs是DKD的独立危险因素。
3.BCAAs通过增强炎症反应诱导EMT促进肾间质纤维化
肾间质炎症和纤维化是DKD的突出特征。炎症在肾损伤的启动和进展中起着核心作用，持续的炎症会促进纤维化的进展。作者发现，升高的BCAAs显著增加了Pp2cm-/-小鼠肾脏的炎症和纤维化相关的EMT。在体外实验中，作者使用不同浓度的BCAAs对腹腔原代巨噬细胞进行干预，发现BCAAs以剂量依赖的方式增强了LPS诱导的巨噬细胞释放炎症因子。哺乳动物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)通路在巨噬细胞极化过程中起着关键的调控作用，而BCAAs，特别是亮氨酸，具有激活mTOR的功能。BCAAs促进巨噬细胞释放炎症因子的作用被mTOR的靶向抑制剂雷帕霉素抑制，提示BCAAs是通过mTOR信号增强巨噬细胞的促炎反应。
鉴于炎症与上皮间充质转分化（Epithelial-Mesenchymal Transition，EMT）之间的密切关系，作者进一步使用了条件培养基共培养系统来验证BCAAs活化的巨噬细胞能否促进肾小管上皮（HK2）细胞的EMT。结果显示单纯LPS刺激的共培养条件使HK2细胞发生EMT转变，而在加入BCAAs后，EMT的变化更加的显著。这些结果表明，BCAA增强了促炎巨噬细胞诱导HK2细胞发生EMT的能力。以上结果共同表明高BCAAs通过增强炎症反应来促进DKD。
4.BCAA代谢可作为DKD治疗有希望的靶点
鉴于BCAAs在DKD发病机制中的关键作用，作者探索了恢复BCAAs代谢稳态能否可以作为DKD的治疗策略。3,6-二氯苯并[b]噻吩-2-羧酸(BT2)是一种有效的BCKDK抑制剂，通过降低BCKDHA磷酸化来增强BCAA分解代谢。BT2治疗后，db/db小鼠血清和肾脏中的BCAAs水平降低，肾脏结构损伤和肾功能明显改善。此外，肾间质纤维化程度降低，纤维化相关因子的表达减少，炎症和EMT也得到改善。BT2处理同样未显著影响db/db小鼠的葡萄糖耐量和胰岛素敏感性，增加了高BCAAs作为DKD进展独立危险因素的证据。以上结果表明，BCAAs代谢可作为DKD治疗有希望的靶点。
5.高BCAAs作为独立危险因素同样促进T1DKD进展
除T2DM外，有研究表明1型糖尿病(T1DM）动物的BCAAs水平也是升高的。作者在STZ诱导的1型糖尿病小鼠进行了探索。BCAAs在T1DM小鼠的血清和肾脏中确实是升高的，并且在伴有T1DM的Pp2cm-/-小鼠中进一步升高。重要的是，与对照小鼠相比，Pp2cm-/-小鼠DKD的进展加重，表现为肾功能下降和结构损伤。纤维化相关因子、炎症因子和EMT标志物的表达升高，而LPD喂养降低了BCAAs水平，保护了肾功能，改善了肾脏结构损伤，并减弱了这些标志蛋白的表达。在T1DKD中，Pp2cm敲除对葡萄糖耐量和胰岛素敏感性也没有明显影响，表明BCAAs作为独立危险因素同样促进T1DKD进展。同时，这些结果为前期结论也提供了进一步支持。
总结
综上所述，本研究揭示了BCAAs稳态对DKD进展的重要影响，为DKD进展的代谢机制提供了新的见解。高BCAAs是DKD的独立危险因素。减少饮食中BCAAs的摄入是缓解DKD的营养方法，BCAAs分解代谢途径可能成为DKD治疗有希望的药理靶点。
撰稿：邓晓庆
校稿：孙蓓
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