糖尿病肾病（DKD）是糖尿病患者常见的并发症，会导致终末期肾病，但目前临床上对DKD的治疗手段是有限的。支链氨基酸（BCAAs）与糖尿病密切相关，1型糖尿病（T1DM）或2型糖尿病（T2DM）患者的血液中BCAAs水平升高，并被视为代谢性疾病和心血管疾病的生物标志物。此外，BCAAs还参与葡萄糖稳态、免疫反应和肠道发育等过程。在慢性肾脏疾病（CKD）的背景下，多项研究证实低蛋白饮食（LPD）能有效缓解DKD患者症状，且低蛋白摄入与DKD患者的肾小球滤过率（GFR）和蛋白尿下降密切相关。有研究指出，高水平的缬氨酸和异亮氨酸可能是DKD发生的风险因素之一。

来自天津医科大学朱宪彝纪念医院的陈莉明/孙海鹏团队在2024年9月在Metabolism上发表题为“Disruption of branched-chain amino acid homeostasis promotes the progression of DKD via enhancing inflammation and fibrosis-associated epithelial-mesenchymal transition”的文章，该研究发现，BCAAs升高可促进肾脏炎症和纤维化，从而加速DKD的疾病进展，通过药理学抑制剂恢复BCAA稳态则能减轻疾病进程。这些结果表明，BCAA代谢途径可以作为DKD的潜在治疗靶点。

首先，db/db小鼠是研究2型糖尿病（T2DM）肾损伤的成熟模型。与对照组db/m小鼠相比，db/db小鼠表现出肾小球基底膜增厚、基质堆积、炎症细胞浸润及肾功能受损等特征。通过RNA测序分析发现，缬氨酸、亮氨酸和异亮氨酸的降解途径在db/db小鼠中显著富集。同时，BCAA分解代谢相关基因整体下调，特别是支链酮酸脱氢酶 E1 亚基 α(BCKDHA)和蛋白磷酸酶2Cm（PP2Cm）的表达降低，而BCKD激酶（BCKDK）的表达没有显著变化。

此外，观察到BCKDHA磷酸化升高，提示其活性降低。LC-MS分析证实了db/db小鼠血清和肾脏中BCAAs及其代谢产物（BCKAs）的积累。因此，2型糖尿病小鼠的肾脏中BCAAs代谢被抑制，从而导致全身BCAA代谢紊乱。

与健康对照组相比，早期DKD患者的肾脏中PP2Cm和BCKDHA表达降低，同时血清中的BCAAs水平显著升高，这表明BCAAs稳态破坏是2型DKD的一种特征。总之，这些结果表明，在db/db小鼠模型中，升高的支链氨基酸可能是引发DKD的重要致病因素（图1）。

接下来，作者进一步研究了BCAA分解代谢受损对DKD的影响，采用Pp2cm敲除小鼠（Pp2cm^-/-），在该模型中，由于BCKDHA的磷酸化升高，导致BCKD活性受到抑制。与对照组相比，Pp2cm小鼠表现出BCAA分解代谢受损，其血清和肾脏中的BCAAs及其代谢产物（BCKAs）水平显著升高。

在正常条件下，Pp2cm^-/-小鼠的肾功能和形态学未见明显变化。然而，在高脂饮食（HFD）和STZ诱导的T2DM后，这些小鼠出现了肾脏肥厚的特征，并且UACR和血清肌酐水平升高，表明肾小球功能受损。此外，这些糖尿病小鼠显示出肾小球大小增加、基底膜增厚、基质堆积、小管间质损伤以及炎症细胞浸润等特征。

作者还评估了Pp2cm^-/-小鼠肾脏中上皮-间质转化（EMT）标记物的水平，发现ZO-1和E-cadherin（上皮标志物）表达减少，而vimentin和α-SMA（间质标志物）表达增加。这表明EMT可能是DKD进展的重要驱动因素。同时，作者观察到巨噬细胞浸润及促炎因子IL-6、TNF-α和iNOS的表达显著增加，提示炎症反应在肾间质纤维化发展中起重要作用。

综上所述，BCAA分解代谢缺陷促进了DKD的发展，加剧肾脏炎症和EMT过程，而不会加重糖尿病本身（图2）。

图2 BCAA分解代谢缺陷促进DKD进展

接下来，作者使用3,6-二氯苯并bb噻吩-2-羧酸（BT2），一种有效的BCKDK抑制剂，能降低BCKDHA的磷酸化水平，并发现BT2能抑制LPS与BCAA共同诱导的炎症。这表明高浓度的BCAAs促进了促炎巨噬细胞活化。并且BCAAs能够增强巨噬细胞中mTORC1的活性，而雷帕霉素（mTOR抑制剂）则消除了BCAAs刺激下促炎因子的产生，这表明BCAAs通过mTOR依赖途径增强巨噬细胞的促炎反应。

作者在用不同条件培养基处理HK2细胞后，观察到Con+LPS-CM显著改变HK2细胞形态，从上皮样变为间质样，同时上皮标志物（ZO-1、E-cadherin）的表达降低，而间质标志物（Vimentin、α-SMA）及纤维化相关因子的表达增加。更重要的是，与Con+LPS-CM相比，接受BCAA+LPS-CM处理的HK2细胞表现出更明显的形态学变化。综上所述，高浓度的支链氨基酸通过激活促炎巨噬细胞促进肾小管上皮细胞EMT，可能在DKD进展中发挥重要作用（图3）。

图3 BCAA增强的巨噬细胞M1极化促进了HK2细胞的EMT

最后，鉴于BCAA分解代谢缺陷在糖尿病肾病（DKD）发病机制中的关键作用，恢复体内BCAA平衡的药物可能会减轻DKD。BCKDK激酶抑制剂（BT2）处理的db/db小鼠显示，与对照组相比，BT2处理的小鼠UACR、血清肌酐（Scr）和β2-MG显著降低，表明其肾功能得到改善。此外，BT2治疗后，小鼠的肾损伤和间质纤维化也有所改善，同时纤维化相关因子的表达减少。BT2还减轻了db/db小鼠肾脏的炎症和EMT过程，表现为巨噬细胞浸润及促炎细胞因子释放减少。这些结果表明，通过药理学手段恢复BCAA稳态可以减轻糖尿病小鼠的DKD，这一发现为治疗DKD提供了新的思路（图4）。

图4 BT2在db/db小鼠中促进BCAA分解代谢并减弱DKD