糖尿病血管病变机制探讨

【摘要】 糖尿病血管病变是糖尿病致死致残的主要原因之一，严重影响糖尿病患者的生存质量。其发病机制尚未完全明了，目前认为主要与氧化应激增强、多元醇通路活跃、蛋白质非酶糖基化、蛋白激酶c通路激活、内皮细胞损伤等有关。

【关键词】 氧化应激；多元醇通路；非酶糖基化 pkc；内皮细胞损伤

近年来，糖尿病已经成为继肿瘤、心血管病变之后第三大严重威胁人类健康的慢性疾病。糖尿病血管病变是糖尿病的主要并发症,其大血管病变性质为动脉粥样硬化(atherosclerosis as),主要累及主动脉,冠状动脉等大血管,而糖尿病的微血管病变是糖尿病特有的慢性血管并发症,主要表现为视网膜,肾等微血管病变。糖尿病血管病变机制与防治研究是近年来研究的热点。

1 糖尿病血管病变机制

1.1 氧化应激增强

氧化应激不仅是糖尿病血管并发症的启动因素，而且与糖尿病的发生发展有密切关系。糖尿病病人，过多的葡萄糖经糖酵解途径代谢生成丙酮酸，后者经三羧酸循环提供过多的供氢体(nadh和fadh2)给线粒体呼吸链，从而使活性氧簇(ros)，特别是o-2生成增加。brownlee[1]提出，高血糖导致内皮细胞线粒体生成超氧阴离子(o-2)增多是糖尿病血管病变发病机制中的关键因素。-2生成增多可引起多元醇通路的激活、糖基化终末产物(ages)的形成、蛋白激酶c(pkc)途径及氨基己糖途径的激活，引起细胞功能紊乱，参与糖尿病血管病变的发生。过多的ros可抑制3磷酸甘油醛脱氢酶(gapdh)的活性，从而使糖酵解途径中的代谢中产物堆积。3磷酸甘油醛一方面参与二脂酰甘油(dag)从头合成，激活pkc；另一方面可分解产生ages前体分子甲基乙二醛，参与ages生成。高血糖诱导产生的自由基，无论是氧自由基还是氮自由基，都可造成dna损伤。dna损伤片段特异性激活细胞核中的dna修复酶——多聚(adp核酸)聚合酶(parp)[2]。parp的激活使细胞内nad＋ 耗尽、糖酵解速率减慢、电子传递受阻、atp缺乏，同时，gapdh分子的adp核糖多聚化，导致其活性受抑制。这些均引起高血糖状态时，血管内皮细胞功能紊乱，加速动脉粥样硬化的发生与发展[3]。

一氧化氮(no)是内皮细胞产生的一种血管保护因子，由no合酶(nos)催化l精氨酸产生。nos至少有3种亚型，包括神经元型(nnos，i型)、可诱导型(inos,ⅱ型)和内皮细胞型(enos，ⅲ型)。生理情况下，血管内皮中主要由enos催化产生no。高血糖时由线粒体产生的o-2可抑制enos的生物活性，但是o-2可以通过激活核转录因子(nf)kb，使inos表达增加。inos在生理状态下表达少，活性低，但多种刺激因素包括急性高血糖可诱导inos表达，激活后的inos活性持续时间长，催化生成no的量远远大于nnos和enos催化产生no的量，其总的结果是使内皮细胞中no合成增加，杨伟[4]等通过对2型糖尿病患者血清的检查也证实了这一点。不过o-2能够抑制no生物活性，虽然no合成增加，但由于其活性被抑制，no的血管保护作用减弱；ros生成增多伴随着no合成增加，两者反应生成更强的氧化剂——过氧化亚硝酸阴离子(onoo-)。后者可将四氢生物喋呤(bh4)氧化成二氢生物喋呤(bh2)[5]。bh4是enos的辅酶。当缺乏bh4时，enos呈解偶联状态，致使电子流转向传递给氧分子,o-2生成增多。onoo-也可能通过消耗过多的zn2＋使enos呈解偶联状态，促进o-2生成[6]。onoo-具有氧化硫氢基的作用，可使脂质过氧化、多种氨基酸(如酪氨酸)硝基化，从而影响多种信号转导途径，损伤细胞。

1.2多元醇通路活跃

正常状态下，少量的葡萄糖在醛糖还原酶(ar)催化下转变为山梨醇，山梨醇在果糖还原酶的作用下转化为果糖。在高糖状态下，ar活性增加，多元醇代谢活跃，使多种组织细胞内山梨醇、果糖过度堆积，细胞内渗透压升高，细胞水肿，可产生下列变化，首先，细胞因渗透压增高而发生功能异常；其次，细胞内渗透压增高使肌醇的摄人量代偿性减少,肌醇是合成磷脂肌醇的原料,后者经磷脂酶c催化生成dag 和三磷酸肌醇(ip3)。二者分别构成dagpkc和ip3ca2+信号转导途径。因此，多元醇途径活性增强可影响细胞的信号转导，导致诸如na+k+atp酶活性降低等异常变化。再次，醛糖还原酶活化时辅酶nadph 转化为nadp，使nadph 消耗增多，nadph／nadp_比值降低。nadph 也是谷甘胱肽还原酶的辅酶，在促使氧化型谷甘胱肽(gssg)向还原型谷甘胱肽(gsh)的转化、维持gsh在正常范围中起着至关重要的作用。nadph／nadp-比值降低不利于gssg 转化为gsh，使机体的抗氧化能力减弱。这些改变促使糖尿病微血管并发症的发生和发展[7]。

1.3蛋白质非酶糖基化

非酶糖化乃自发性的糖基化反应，即还原糖与游离氨基之间发生的非酶促反应．最终生成不可逆性产物—— 晚期糖化终产物(advanced glycation end products．ages)。葡萄糖以及葡萄糖通过糖酵解途径、磷酸戊糖途径、多元醇途径等代谢途径产生的多种单糖均为还原糖, 可使蛋白质发生非酶糖化,形成ages.正常时，机体通过酶促反应降解和清除ages或其中间产物，肝、肺等器官的巨噬细胞和血管内皮细胞由受体介导也可完成ages的摄取、降解和清除，使ages的产生和清除保持平衡，不致发生毒性作用。高血糖时ages的产生多于清除，造成ages在体内聚集．ages使蛋白质容易发生交联，导致血管刚性增强和通透性增高或通过受体介导产生细胞效应。ages可刺激巨噬细胞和t淋巴细胞合成细胞因子，通过旁分泌作用使血管细胞的增殖与合成功能发生异常变化，对血管细胞也有直接的毒性作用。ages对细胞增殖能力的影响与细胞类型和培养基中ages的浓度有关，对巨噬细胞和血管平滑肌细胞的增殖则有促进作用，ages在低浓度时能刺激血管内皮细胞增生，高浓度的ages则具有抑制作用。ages可导致血管通透性增高，刺激内皮细胞合成血管细胞粘附分子1(vascular cell adhesive molecule1．vcam 1)．促进白细胞和单氨细胞对血管的粘附和浸润。

1.4蛋白激酶c(pkc)激活

目前认为，pkc激活是糖尿病时血管损伤的共同通路。在糖尿病时可通过多种途径激活pkc[8]：高血糖可使组织细胞内二酯酰甘油(dag)增多，激活pkc；多元醇通路活跃使nadh／nad＋ 比值升高，有利于dag形成从而激活pkc；agerage（age受体）相互作用激活pkc；氧化应激增加及糖尿病时游离脂肪酸增加等激活pkc。pkc通路的激活导致细胞内信号通路的改变及血管功能的障碍而促使糖尿病微血管病变的发生和发展[8]。pkc抑制内皮型一氧化氮合酶(enos)活性，降低no水平，并抑制no介导的环磷鸟苷(cgmp)生成，导致血管舒缩功能障碍；pkc刺激血小板凝聚，促进糖尿病患者的高凝状态及血栓形成；pkc促使血管内皮生长因子(vegf)表达，从而促进新生血管形成，增加血管通透性；pkc上调tgfβ表达，增加纤维连接蛋白和iv型胶原的表达，导致细胞外基质扩张。已有研究表明，tgfβ是促使肾脏局部细胞外基质沉积的关键性细胞因子。

1.5内皮细胞损伤

内皮细胞对于维系血管的正常功能极为重要，由于解剖学上的特点，使内皮层成为糖尿病血管损伤最先受累的部位，但也正因为如此，则可以通过研究内皮细胞功能的变化来进一步理解糖尿病血管病变的一系列临床表现。前文所述可见高血糖发生后可以进一步加速内皮功能损害。ludmer等给动脉粥样硬化的冠状动脉内注入乙酰胆碱，并未出现预期的血管舒张，而是出现相互矛盾的血管收缩现象，从而首次证明了心血管疾病(cvd)与内皮受损的相关性。schachinger等通过对147例进行心导管检查的患者输注乙酰胆碱和硝酸甘油反应评价了血管运动功能。在随访中，发生心血管事件的16例患者的内皮依赖的和非依赖的血管舒张功能明显受损[[9]。在内皮损伤发生后，依赖于内皮的血管舒张功能的减退是内皮功能紊乱的特征性表现，其可能原因有：内皮舒张因子活性的下降，内皮舒张因子扩散至相邻平滑肌细胞功能的受损，平滑肌细胞对内皮舒张因子反应性的下降以及内皮衍生的收缩因子生成的上升。cvd风险在2型糖尿病增加是代谢综合征各个组分(即多种危险因素)共同复杂作用的结果，cvd和糖尿病导致的内皮损伤始终贯穿于动脉粥样硬化发生和发展的全过程[9]。

2 对糖尿病血管病变的新思考

从广泛的血管内皮损伤的角度来考虑血管内皮损伤导致的各个组织的血管病变可能不仅是2型糖尿病和大血管病变、代谢综合征的后果，而且是一个中间驱动因素，反过来又加重了糖尿病并发症的发展。ir和b细胞功能受损是目前公认的2个主要的发病机制，但是最近几项阻断肾素血管紧张素系统(ras系统)的临床研究结果对这一学说提出了新的设想。应用acei或ar1受体阻滞剂(arb)阻断ras系统可以降低2型糖尿病的危险性。卡托普利初级预防计划cappp研究显示，应用卡托普利组的糖尿病发病率比对照组低14％[10]；在hope研究结果显示，应用雷米普利(acei)组的2型糖尿病的相对风险比安慰剂组低34％[11]；降低高血压终点研究(life研究)结果显示：应用氯沙坦组(arb)的2型糖尿病发病率比应用阿替洛尔(β受体阻断剂)组低25％[12]。在charm研究中应用坎地沙坦组使新发糖尿病降低40％[13]。在value研究中应用缬沙坦组比氨氯地平组的新发糖尿病低23％[14]。同样在wscp(west of scotland coronary prevention)研究中应用他汀类调脂药(普伐他汀)使新发糖尿病减少30％[15]。基于阻断ras系统和他汀类药物均具有血管保护作用，似乎是通过保护血管而预防2型糖尿病的发生，因此我们应该从研究血管病变的角度来研究2型糖尿病的发病机制。应该超越或改变目前直接或孤立地通过b细胞等来研究胰岛素分泌能力或葡萄糖的清除能力，而是希望把血管内皮细胞与这些胰岛素分泌细胞、胰岛素作用细胞放到一个体系进行研究，要了解血管内皮损伤对这些细胞产生什么影响?要探索两者的因果关系，从而揭示内在的分子机制，可能对2型糖尿病发病机制和血管并发症的防治提供新的思路并产生重要影响。

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