趙 麗 梁曉春

糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheralneuropathy,DPN)是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一,常導(dǎo)致糖尿病足的發(fā)生,是造成糖尿病患者致殘、致死的主要原因之一[1]。DPN發(fā)病機(jī)制復(fù)雜,目前認(rèn)為與神經(jīng)微循環(huán)障礙、氧化應(yīng)激、代謝異常、神經(jīng)營養(yǎng)因子缺乏、炎癥、免疫機(jī)制異常等因素有關(guān),但迄今為止尚無一種學(xué)說能夠完全揭示 DPN的發(fā)生和發(fā)展,臨床亦缺乏特異性治療方法及藥物。多聚(ADP-核糖)聚合酶(poly ADP-ribose polymerase,PARP)是一類催化聚 ADP核糖化的核酶,廣泛存在于除酵母外所有真核細(xì)胞中,具有修復(fù) DNA損傷、調(diào)控基因轉(zhuǎn)錄、促細(xì)胞分裂和維持染色質(zhì)及基因組穩(wěn)定等生理功能[2]。此外,PARP還被證實(shí)參與心血管疾病、炎癥、衰老、腫瘤等病生理過程[3]。近期國外實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn),PARP在 DPN的發(fā)生發(fā)展中同樣具有重要作用。

一、PARP在糖尿病周圍神經(jīng)病變中被過度激活

PARP的生物學(xué)功能與其作為 DNA損傷的感受器和信號分子有關(guān),PARP中的鋅指結(jié)構(gòu)能夠識別DNA單鏈或雙鏈斷裂的缺口,并啟動 PARP的催化活性。糖尿病的高糖環(huán)境可以刺激細(xì)胞生成大量活性氧簇(ROS)和活性氮簇(RNS),攻擊 DNA造成DNA單鏈或雙鏈斷裂,從而激活 PARP。PARP激活后與 DNA缺口形成二聚體,以煙酰胺腺嘌呤二核苷酸(NAD+)為底物裂解成為煙酰胺和 ADP,然后轉(zhuǎn)移ADP至靶蛋白,催化靶蛋白發(fā)生聚腺苷二磷酸核糖基化,進(jìn)而形成多聚 ADP核糖化蛋白。Li[4]首次應(yīng)用免疫蛋白印跡法分析大鼠坐骨神經(jīng)中由 PARP催化產(chǎn)生的多聚 ADP核糖化蛋白含量,結(jié)果顯示由STZ誘導(dǎo)的糖尿病組蛋白含量比正常對照組升高74%。Schwann細(xì)胞是周圍神經(jīng)系統(tǒng)特有的膠質(zhì)細(xì)胞,在維持神經(jīng)結(jié)構(gòu)和功能以及修復(fù)損傷具中有重要作用,在同一報道中,體外高糖條件(30mmol/L葡萄糖)培養(yǎng)的人 Schwann細(xì)胞多聚 ADP核糖化蛋白的含量也均較正常細(xì)胞顯著升高。Victor[5]同樣在 2型糖尿病肥胖(ob/ob)小鼠的背根神經(jīng)元(DRG)中發(fā)現(xiàn)多聚 ADP核糖化蛋白的免疫陽性表達(dá)較正常小鼠顯著增強(qiáng)。這提示在 DPN時周圍神經(jīng)中的 PARP被過度激活。

二、PARP過度激活對 DPN神經(jīng)血管的影響

DPN的一個重要病理機(jī)制即神經(jīng)滋養(yǎng)血管及神經(jīng)內(nèi)外膜毛細(xì)血管結(jié)構(gòu)改變和功能障礙,使神經(jīng)內(nèi)膜缺血、缺氧,影響神經(jīng)細(xì)胞正常的生理代謝過程,導(dǎo)致神經(jīng)組織慢性損傷。有離體實(shí)驗(yàn)顯示,在高糖(30mmol/L葡萄糖)條件培養(yǎng)的人血管內(nèi)皮細(xì)胞中,多聚 ADP核糖化蛋白含量較正常細(xì)胞明顯增多,PARP被過度激活[4]。多項(xiàng)在體實(shí)驗(yàn)證實(shí),結(jié)構(gòu)不同的 PARP抑制劑均可以不同程度地提高 STZ-DPN大鼠周圍神經(jīng)血流速度(NBF),改善周圍神經(jīng)內(nèi)膜血流狀態(tài)[6,7]。Shyam[8]應(yīng)用激光多普勒方法觀察神經(jīng)血流變化時發(fā)現(xiàn),STZ-DM大鼠成模 6周時 NBF較正常大鼠降低 63%,而經(jīng)過 PARP抑制劑 4-ANI干預(yù) 1周和 2周后,STZ-DM大鼠 NBF分別提高 63%和68%。

三、PARP過度激活對 DPN周圍神經(jīng)功能和結(jié)構(gòu)的影響

DPN可引起神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢、熱痛覺和機(jī)械痛覺異常等神經(jīng)功能障礙,典型的神經(jīng)病理表現(xiàn)為節(jié)段性脫髓鞘、軸突變性和神經(jīng)纖維缺失。

Irina[6]發(fā)現(xiàn) STZ-DM小鼠模型中,野生型 PARP(+/+)鼠在成模 17天后就出現(xiàn)運(yùn)動神經(jīng)傳導(dǎo)速度(MNCV)和感覺神經(jīng)傳導(dǎo)速度 (SNCV)減慢,而PARP(-/-)鼠的 MNCV和 SNCV始終表現(xiàn)正常水平。對早期 DPN大鼠應(yīng)用 PARP抑制劑 PJ34干預(yù)后,可以使 MNCV和 SNCV均提高 98%[7]。

Olga[9]發(fā)現(xiàn) STZ誘導(dǎo)成模 4周的糖尿病大鼠即存在熱痛覺和機(jī)械痛覺過敏,如果在成模 2周后給予PARP抑制劑 ISO治療 2周,大鼠熱痛閾和機(jī)械痛閾可以得到部分改善。最新的實(shí)驗(yàn)報道 STZ-DM大鼠在 12周時表現(xiàn)出明顯的熱痛覺、機(jī)械痛覺超敏及自發(fā)性疼痛;如果在成模 2周后給予 PARP抑制劑GPI-15427治療 10周,可以部分改善痛覺超敏,減輕自發(fā)性疼痛。與上述比較,相同病程的糖尿病PARP(-/-)大鼠則始終表現(xiàn)為基本正常的熱痛閾和機(jī)械痛閾[10]。進(jìn)一步深入研究發(fā)現(xiàn),12周病程的糖尿病 PARP(+/+)小鼠出現(xiàn)表皮內(nèi)神經(jīng)纖維缺失,而相同病程的糖尿病 PARP(-/-)小鼠則表現(xiàn)為正常的表皮內(nèi)神經(jīng)纖維密度。

四、PARP過度激活參與 DPN的可能機(jī)制

PARP過度激活的致病作用可能與其激活過程的不同階段相關(guān):聚 ADP核糖化影響靶蛋白功能;從聚 ADP糖基化蛋白裂解出的 PAR寡聚體發(fā)揮不同的細(xì)胞學(xué)效應(yīng);PARP與核蛋白聯(lián)合形成功能性復(fù)合物;細(xì)胞內(nèi)底物 NAD+水平降低等。根據(jù)近年的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,PARP過度激活參與 DPN的機(jī)制可能有如下幾個方面:

1.PARP與能量耗竭。PARP過度激活后,大量消耗細(xì)胞內(nèi)聚 ADP核糖化反應(yīng)底物 NAD+和 ATP,使細(xì)胞能量衰竭,導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙,使神經(jīng)跨膜電傳導(dǎo)缺乏能量支持,從而導(dǎo)致神經(jīng)傳導(dǎo)速度下降。研究提示糖尿病大鼠坐骨神經(jīng)組織中 ATP、NAD+、NADH、肌酸(Cr)、丙酮酸等能量代謝指標(biāo)均較正常大鼠表現(xiàn)異常,而這些異常指標(biāo)均可被 PARP抑制劑改善[7]。

2.PARP與細(xì)胞凋亡。神經(jīng)細(xì)胞凋亡增多是DPN主要病理表現(xiàn)之一。前文已述,PARP過度激活可大量消耗細(xì)胞能量,這可使 NAD+和 ATP過度缺乏從而誘發(fā)細(xì)胞凋亡。細(xì)胞凋亡的執(zhí)行器為 caspase級聯(lián)反應(yīng),最終均有 caspase-3的活化。研究發(fā)現(xiàn)PARP是活化了的 caspase-3的底物之一,PARP裂解作為 caspase激活的分子事件,被認(rèn)為是細(xì)胞凋亡的一個早期標(biāo)志[11]。不僅如此,也有實(shí)驗(yàn)證明 PARP過度激活可以觸發(fā)非 caspase途徑依賴的細(xì)胞凋亡信號機(jī)制,通過誘導(dǎo)細(xì)胞線粒體釋放凋亡誘導(dǎo)因子(apoptosis inducing factor,AIF),引起細(xì)胞核 DNA大規(guī)模片段化及細(xì)胞凋亡的發(fā)生[12]。

3.PARP與氧化 -硝化應(yīng)激反應(yīng)。根據(jù) Brownlee[13]提出的糖尿病血管并發(fā)癥統(tǒng)一發(fā)病機(jī)制假說,血管內(nèi)皮細(xì)胞的線粒體電子傳遞鏈在高糖條件下發(fā)生氧化應(yīng)激反應(yīng),3-磷酸甘油醛脫氫酶(glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase,GAPDH)活性被抑制,繼發(fā)下游多元醇通路、蛋白激酶 C通路、氨基己糖通路激活和糖基化終產(chǎn)物增加等 4條經(jīng)典途徑,從而導(dǎo)致血管并發(fā)癥的發(fā)生。重要的是,進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),正是由于 PARP被過度激活,修飾GADPH使其發(fā)生多聚 ADP核糖化,從而使 GADPH活性受到抑制[14]。這提示 PARP過度激活在糖尿病血管病變發(fā)病的上游機(jī)制中扮演著關(guān)鍵角色。

DPN時 RNS/ROS水平升高可導(dǎo)致蛋白質(zhì)絡(luò)氨酸硝基化損傷,生成 3-硝基絡(luò)氨酸(nitrotyrosine,NT)。NT可以通過 H2O2介導(dǎo) DNA損傷,引起蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)變化,導(dǎo)致周圍神經(jīng)功能和結(jié)構(gòu)異常;絡(luò)氨酸磷酸化在細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)中具有重要作用,而絡(luò)氨酸硝基化后可以抑制其磷酸化,導(dǎo)致神經(jīng)細(xì)胞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程失控。實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)[9,15,16],在 DPN大鼠坐骨神經(jīng)、背根神經(jīng)元以及體外高糖環(huán)境下培養(yǎng)的人Schwann細(xì)胞中,NT表達(dá)均明顯增高,而這種表達(dá)均可以被不同的 PARP抑制劑所減弱,研究者認(rèn)為這提示 PARP過度激活可以引起氧化 -硝化應(yīng)激反應(yīng),推測其可能是 DPN早期重要的潛在發(fā)病機(jī)制之一。

五、PARP抑制劑的研究現(xiàn)狀

按照結(jié)構(gòu)不同,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的 PARP抑制劑可分為異喹啉酮類、取代尿嘧啶類、苯并咪唑類、腺苷取代二氫異吲哚酮類、喹唑酮類、酞嗪酮類以及吡咯并咔唑類等。自 2005年起,PARP抑制劑已經(jīng)在腫瘤、心血管疾病等領(lǐng)域進(jìn)入臨床試驗(yàn)階段,而對 DPN的治療作用研究目前僅限于基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)觀察[17]。此外,在炎癥、心血管疾病領(lǐng)域中,已有實(shí)驗(yàn)證明黃酮、咖啡因代謝產(chǎn)物、人參等具有類 PARP抑制劑的作用[18～20]。新近的實(shí)驗(yàn)研究顯示,二甲雙胍可以抑制主動脈內(nèi)皮細(xì)胞中由高糖誘導(dǎo)的 PARP過度激活,提示二甲雙胍對血管內(nèi)皮細(xì)胞的保護(hù)作用也可能是通過抑制 PARP活性來實(shí)現(xiàn)的[21]。辛伐他汀可以通過抑制 PGC-1α/ROS/PARP途徑減輕視網(wǎng)膜血管的通透性、抑制毛細(xì)血管細(xì)胞的凋亡和新生血管生成[22]。

六、評價與展望

隨著 PARP在糖尿病血管并發(fā)癥統(tǒng)一發(fā)病機(jī)制中的關(guān)鍵作用被發(fā)現(xiàn),PARP與糖尿病周圍神經(jīng)病變之間的關(guān)系逐漸引起學(xué)者關(guān)注及重視。近年多項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究已證實(shí),PARP的過度激活在神經(jīng)微循環(huán)障礙、神經(jīng)功能減退、神經(jīng)纖維缺失等方面發(fā)揮重要作用。其發(fā)生機(jī)制可能與 PARP過度激活導(dǎo)致細(xì)胞能量耗竭、促進(jìn)細(xì)胞凋亡等因素有關(guān)。在 PARP與氧化應(yīng)激相關(guān)研究中,多數(shù)學(xué)者認(rèn)為高糖環(huán)境引起氧化 -硝化應(yīng)激反應(yīng)加劇,ROS/RNS攻擊神經(jīng)細(xì)胞 DNA導(dǎo)致單鏈或雙鏈斷裂,促使 PARP過度激活并修飾GADPH使其活性下降,繼發(fā)下游 4條經(jīng)典途徑,從而導(dǎo)致 DPN的發(fā)生。但與之相反的是,有實(shí)驗(yàn)觀察到在糖尿病大鼠的周圍神經(jīng)組織和細(xì)胞中 PARP過度激活的發(fā)生時間均早于氧化應(yīng)激反應(yīng)[4];亦有研究通過 PARP抑制劑可以減弱 NT過表達(dá)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,推測 PARP過表達(dá)可以引發(fā)氧化 -硝化應(yīng)激反應(yīng)。上述實(shí)驗(yàn)提示我們 PARP過度激活與氧化 -硝化應(yīng)激之間可能存在相互作用關(guān)系,但二者究竟誰居上游,還需要繼續(xù)深入研究探討以明確,然而不管結(jié)論如何,都說明 PARP過度激活在 DPN的發(fā)生發(fā)展中有不可忽視的重要作用。另外,從理論上推測,PARP可以通過上調(diào)腫瘤壞死因子 -α(TNF-α)和其他炎癥因子的表達(dá)、激活脊髓和 Schwann細(xì)胞 P38 MAPK通路、損傷 Ca2+調(diào)節(jié)平衡和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)等途徑引起周圍神經(jīng)痛和感覺異常,但目前尚未見到相關(guān)研究報道,還需要實(shí)驗(yàn)研究來獲得證實(shí)。

關(guān)于 PARP抑制劑對 DPN的治療作用研究僅限于實(shí)驗(yàn)室階段,其在神經(jīng)保護(hù)中長期使用的安全性和特異性還有待于進(jìn)一步研究和評價,期待出現(xiàn)對PARP抑制劑遠(yuǎn)期療效觀察的證據(jù)。已有實(shí)驗(yàn)證明黃酮、咖啡因代謝產(chǎn)物、人參、二甲雙胍、辛伐他汀等有抑制 PARP活性的作用,這些均對今后 DPN治療策略和治療方法的研究探索提供了有益的啟迪。

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