練淑平，張 耀，王振花

(1.廣東醫(yī)科大學(xué)研究生學(xué)院,廣東 湛江 524023； 2.深圳市寶安區(qū)中心醫(yī)院心血管內(nèi)科,廣東 深圳 518102；3.深圳市寶安區(qū)人民醫(yī)院心血管內(nèi)科,廣東 深圳 518101)

糖尿病是以高血糖為特征的代謝性疾病，其發(fā)病率逐年上升[1]。糖尿病性心血管疾病是糖尿病患者的主要并發(fā)癥之一，同時也是糖尿病患者生活質(zhì)量下降和病死率升高的主要原因之一。糖尿病人群罹患心血管疾病的風(fēng)險增加。一項對20 985例糖尿病患者(平均年齡為38.6歲)的觀察性研究發(fā)現(xiàn)，糖化血紅蛋白每增加1%，心力衰竭患病風(fēng)險增加30%[2]。糖尿病性心血管疾病包括糖尿病性心肌病、冠心病、糖尿病性心血管自主神經(jīng)病變等。其中，糖尿病性心肌病是在代謝紊亂及微血管病變的基礎(chǔ)上引發(fā)心肌廣泛灶性壞死，出現(xiàn)亞臨床的心功能異常，最終進展為心力衰竭、心律失常及心源性休克，即使在沒有心臟相關(guān)臨床癥狀的情況下，其心肌重構(gòu)和心臟功能下降也在持續(xù)進展[3]。糖尿病性心肌病的早期階段為舒張功能障礙，隨后發(fā)展為有臨床癥狀的心力衰竭[4-5]。其病理生理變化包括心肌細胞凋亡和左心室肥厚，間質(zhì)和血管周圍組織纖維化，左心室順應(yīng)性下降及舒張功能障礙[6]。而糖尿病患者的心臟冠狀動脈血管內(nèi)皮功能障礙和動脈粥樣硬化也可導(dǎo)致心臟供血不足、心肌重構(gòu)[7]。持續(xù)的血糖升高是糖尿病性心血管疾病發(fā)病的始動因素，其主要機制為氧化應(yīng)激，也包括晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)和蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)激活等?，F(xiàn)就氧化應(yīng)激在糖尿病性心血管疾病中的研究進展予以綜述。

1 氧化應(yīng)激

活性氧類(reactive oxygen species,ROS)是指機體內(nèi)或自然環(huán)境中由氧組成的性質(zhì)活潑物質(zhì)的總稱。體內(nèi)正常代謝可以產(chǎn)生ROS，其是機體內(nèi)主要的氧化劑之一[8]。機體內(nèi)的ROS包括自由基(羥基、超氧化物)和非自由基(過氧化氫、單線態(tài)氧分子)，它們在機體生命活動的氧化還原反應(yīng)過程中會不斷生成。在生理條件下，適量的ROS作為一種信號分子，可以調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子及凋亡基因表達等生理性氧化還原反應(yīng)，在抗菌和消炎等方面有重要意義。然而在病理條件下，當(dāng)體內(nèi)的ROS生成超過抗氧化酶和抗氧化劑的緩沖能力時，ROS調(diào)節(jié)失衡，傾向于氧化狀態(tài)，從而產(chǎn)生氧化應(yīng)激。氧化應(yīng)激可修飾或使生物大分子退化，如核酸退化、脂質(zhì)氧化、膜蛋白退化，繼而導(dǎo)致細胞功能障礙甚至死亡[9]。其中，ROS介導(dǎo)的氧化應(yīng)激是干擾機體正常生命活動形成的一種嚴重的應(yīng)激狀態(tài)，可對人體造成一定損傷。

氧化應(yīng)激的主要機制為ROS來源增多和抗氧化能力下降：①在糖尿病性心血管疾病中，ROS生成增多主要來源于線粒體電子傳遞鏈、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶和一氧化氮合酶解偶聯(lián)路徑[10-11]。Suzuki等[12]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病大鼠心肌細胞內(nèi)的ROS水平升高。Koncsos等[13]研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病前期小鼠中，心肌肌膜下線粒體過氧化氫生成增多。②高血糖可降低心臟組織的抗氧化能力[14]。體內(nèi)抗氧化酶防御體系包括酶性抗氧化劑(超氧化物歧化酶)、非酶系抗氧化劑(維生素C、輔酶Q10)及金屬絡(luò)合物(銅結(jié)合蛋白)。高血糖可通過使銅鋅超氧化物歧化酶失活，導(dǎo)致ROS生成增多[14]。Ji等[15]研究表明，抗氧化劑依達拉奉可以提高超氧化物歧化酶水平，改善心功能。

2 氧化應(yīng)激在糖尿病性心臟病變中的作用

2.1介導(dǎo)心臟炎癥和纖維化 NADPH氧化酶在高血糖狀態(tài)下被激活，催化NADPH和O2生成超氧化物陰離子，而超氧化物陰離子經(jīng)過一系列反應(yīng)轉(zhuǎn)變成羥基，導(dǎo)致ROS合成過多。ROS介導(dǎo)的氧化應(yīng)激可通過激活核因子κB、基質(zhì)金屬蛋白酶及上調(diào)基因的表達導(dǎo)致心肌間質(zhì)纖維化[12]。且ROS通過激活核因子κB還能促進腫瘤壞死因子-α、白細胞介素-6等炎癥因子表達增加[12，16]。炎癥在心血管疾病的發(fā)病機制和進展中扮演重要角色。其中，促炎細胞因子和趨化因子誘導(dǎo)的慢性炎癥在糖尿病性心血管病變的發(fā)生及發(fā)展中起重要作用[17]。腫瘤壞死因子-α是一種可觸發(fā)心臟炎癥和細胞損傷的重要分子[5]。在心臟成纖維細胞中腫瘤壞死因子-α增加了膠原的合成[17]，并最終導(dǎo)致心臟纖維化[17-18]。此外，核因子κB也被認為是ROS導(dǎo)致糖尿病性心臟病變的關(guān)鍵介質(zhì)[19]，且核因子κB是控制炎癥因子基因表達的轉(zhuǎn)錄因子[5]，其可通過調(diào)節(jié)炎癥因子促進心肌細胞慢性炎癥、肥厚和纖維化。

以上研究結(jié)果表明，氧化應(yīng)激在糖尿病性心臟中的心臟炎癥和心臟纖維化過程中起主要作用。因此，減少慢性炎癥和維持體內(nèi)細胞的氧化還原平衡狀態(tài)對糖尿病相關(guān)的心臟疾病的治療和預(yù)防有重要意義。

2.2介導(dǎo)心肌肥大和細胞凋亡 氧化應(yīng)激在促進心肌肥厚中起關(guān)鍵作用[20]。其中，ROS直接或間接激活了位于肥厚信號通路下游的各種路徑，包括核因子κB、轉(zhuǎn)化生長因子-β、p38促分裂原活化的蛋白激酶、PKC、蛋白激酶B、應(yīng)激活化蛋白激酶等[20-21]。

在高糖狀態(tài)下，ROS可以激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)、內(nèi)皮素-1和交感神經(jīng)系統(tǒng)等神經(jīng)體液機制[22]，導(dǎo)致心肌肥厚[20]。腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)長期活動過強可誘發(fā)心臟功能異常。研究顯示，血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑賴諾普利作用于糖尿病大鼠可抑制心肌細胞中的8-羥基脫氧鳥苷和氫氧自由基，減輕高糖狀態(tài)下的心臟炎癥、纖維化、肥大、細胞凋亡，從而改善心臟重構(gòu)[5]。

目前認為，氧化應(yīng)激和PKC活動可導(dǎo)致核因子κB表達增加[16,12]。而核因子κB可導(dǎo)致誘導(dǎo)型一氧化氮合酶表達增加，促使一氧化氮生成增多，過多的一氧化氮和過氧自由基反應(yīng)產(chǎn)生過氧硝酸鹽，過氧硝酸鹽可誘導(dǎo)線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的形成，且可導(dǎo)致ROS生成增多、細胞色素C流失和細胞凋亡[16]。Frati等[21]研究發(fā)現(xiàn)，在心臟壓力超負荷小鼠中，腫瘤壞死因子-α基因的破壞可減少心肌肥大、纖維化。

以上研究表明，ROS參與了心肌肥大和心肌細胞凋亡的過程，這是糖尿病患者發(fā)生心肌肥厚和心力衰竭的重要原因。

2.3導(dǎo)致心肌代謝異常和心力衰竭 ROS誘發(fā)的線粒體功能障礙對心力衰竭的發(fā)展起重要作用[23]。線粒體呼吸鏈酶復(fù)合物由線粒體DNA和核DNA編碼的亞基組成，參與線粒體的氧化磷酸化，線粒體DNA的損傷導(dǎo)致線粒體中的蛋白質(zhì)合成障礙，從而產(chǎn)生ROS[5]。而ROS增多可直接損傷DNA、RNA和細胞膜[24]。Liu等[25]研究發(fā)現(xiàn)，8-羥基脫氧鳥苷是一種反映ROS誘導(dǎo)DNA損傷程度的指標(biāo)，在伴有大血管病變糖尿病患者的尿液中水平較高，同時反映ROS誘導(dǎo)RNA損傷的8-羥基鳥苷也明顯增加。

除了線粒體的改變外，心肌細胞表面膜離子通道和肌節(jié)相關(guān)蛋白的異常也會導(dǎo)致心臟功能障礙。鈣離子信號通路是心肌細胞收縮和舒張的必備條件。肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵是鈣離子信號通路的重要組成部分，通過隔離鈣離子使心肌細胞舒張。而ROS可引發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)功能障礙，導(dǎo)致細胞內(nèi)的鈣離子堆積，繼而引起心肌舒縮功能障礙并誘發(fā)心律失常[26]。

糖尿病患者體內(nèi)存在葡萄糖代謝障礙，而非酯化脂肪酸代謝增強。過多的非酯化脂肪酸氧化會誘發(fā)線粒體呼吸鏈功能障礙、ROS介導(dǎo)的線粒體解偶聯(lián)蛋白激活、質(zhì)子泄漏增多及氧化磷酸化解偶聯(lián)，導(dǎo)致腺苷三磷酸生成減少，從而增加心肌氧需求、降低心肌效能[27]。同時，心肌細胞內(nèi)非酯化脂肪酸的增加導(dǎo)致心臟毒性脂質(zhì)中間體(神經(jīng)酰胺)積聚，從而使得線粒體鈣離子吸收減少和線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放[27]。上述變化使丙酮酸脫氫酶、葡萄糖轉(zhuǎn)運蛋白等活性降低，導(dǎo)致腺苷三磷酸合成受損、含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶介導(dǎo)細胞凋亡[27]。另外，糖尿病患者線粒體的ROS增多可致心臟重構(gòu)，如線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔開放和線粒體腫脹引起的心肌細胞凋亡可導(dǎo)致心臟重構(gòu)[28]。

以上研究均表明，心臟的氧化應(yīng)激可通過線粒體損傷、肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵功能障礙、葡萄糖代謝障礙等機制引起心肌代謝異常及收縮、舒張功能障礙，最終導(dǎo)致心力衰竭。

3 氧化應(yīng)激在糖尿病性血管病變的作用

大血管病變是糖尿病患者的主要并發(fā)癥，其中冠狀動脈是最常見的靶血管之一。在糖尿病患者冠狀動脈中，氧化應(yīng)激引起內(nèi)皮細胞功能障礙、動脈粥樣硬化，最終導(dǎo)致心臟冠狀動脈血管狹窄或堵塞、心臟供血不足，從而誘發(fā)一系列心臟不良事件。

3.1介導(dǎo)血管內(nèi)皮功能障礙 血管內(nèi)皮細胞是襯于心、血管內(nèi)壁的一層單層扁平上皮細胞。內(nèi)皮細胞之間的緊密相連，在生理情況下可有效地阻止血液中的血細胞及生物大分子穿過血管壁，從而起到屏障作用，可隔絕Ⅻ因子及Ⅶ因子等血漿凝血因子與基質(zhì)和平滑肌細胞中的組織因子接觸，防止凝血過程被激活。同時，血管內(nèi)皮細胞還可通過分泌各種生物活性物質(zhì)發(fā)揮促凝和抗凝作用，如分泌前列腺素即內(nèi)皮細胞源性舒張因子抑制血小板活化并舒張血管；分泌一氧化氮、前列腺素等血管活性物質(zhì)調(diào)節(jié)血管張力。然而，在糖尿病患者中，長期且持續(xù)的血糖升高可造成血管內(nèi)皮細胞受損。高血糖會引起具有血管保護性的一氧化氮生物利用度下降和活性氧積聚，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細胞發(fā)生功能障礙[29]。同時，超氧化物和一氧化氮快速反應(yīng)可形成具有高度活性的中間產(chǎn)物——過氧化亞硝酸鹽。過氧化亞硝酸鹽是一種很強的細胞毒性氧化劑，可造成蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和DNA等生物分子的亞硝基化、硝基化及氧化損傷[30]。由于過氧化亞硝酸鹽可導(dǎo)致內(nèi)皮型一氧化氮合酶解偶聯(lián)生成超氧化物[31],而超氧化物又可繼續(xù)和一氧化氮反應(yīng)生成過氧化亞硝酸鹽，形成一種惡性循環(huán)，加速了一氧化氮損耗，最終造成內(nèi)皮依賴的血管舒張功能障礙。另外，在實驗性糖尿病動物模型中，血管內(nèi)皮生長因子抑制劑會誘發(fā)慢性心力衰竭[32]。這說明，炎癥介導(dǎo)的血管內(nèi)皮功能障礙可加劇糖尿病慢性心力衰竭的進展。

3.2導(dǎo)致動脈粥樣硬化 血管內(nèi)皮細胞功能的改變在冠狀動脈粥樣硬化過程中起至關(guān)重要的作用。高血糖可通過線粒體電子傳遞鏈增加超氧化物陰離子、過氧化物等ROS的生成，隨后形成正反饋效應(yīng)。如超氧化物陰離子激活PKC，反過來激活的PKC又可促使NADPH氧化酶依賴的ROS生成[16,33]。線粒體中的超氧化物陰離子可增加細胞內(nèi)AGEs的生成[16,33]。AGEs本身可以增加氧自由基的產(chǎn)生，而AGEs受體的激活又可引起細胞內(nèi)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生，進而在內(nèi)皮細胞中引起炎癥反應(yīng)[16,33]。因此，AGEs通過修飾細胞外基質(zhì)和循環(huán)中的脂蛋白，以及激活A(yù)GEs受體，最終導(dǎo)致動脈粥樣硬化[33]。另外，Zhu等[34]研究表明，AGEs可通過低氧誘導(dǎo)因子-α/丙酮酸脫氫酶激酶4路徑加速血管的鈣化。

作為一種慢性炎癥反應(yīng)，動脈粥樣硬化重要環(huán)節(jié)之一為循環(huán)中(血管內(nèi)膜)的低密度脂蛋白被超氧化物氧化，形成一種更為有害的氧化型低密度脂蛋白[32]；氧化型低密度脂蛋白加重巨噬細胞對內(nèi)膜的浸潤(通過上調(diào)單核細胞趨化蛋白-1、巨噬細胞炎癥蛋白-1α等趨化因子，或增加血管細胞黏附分子-1和細胞間黏附分子-1等黏附分子的表達)，進一步加劇血管炎癥，最終導(dǎo)致泡沫細胞的形成[35]。

血管平滑肌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移是動脈粥樣硬化機制的另一重要環(huán)節(jié)。而糖尿病患者體內(nèi)的高水平ROS促進了血管平滑肌細胞的增殖和轉(zhuǎn)移，增加動脈粥樣硬化病變的發(fā)生風(fēng)險[35]。體外高血糖狀態(tài)下的研究表明，NADPH氧化酶介導(dǎo)的ROS的生成加劇了血管平滑肌細胞的增殖效應(yīng)[35]。此外，核因子κB炎癥因子也參與了高糖誘導(dǎo)的血管平滑肌細胞的增殖。以上研究表明，ROS在加速糖尿病患者冠狀動脈粥樣硬化中起關(guān)鍵作用。

4 糖尿病性心血管疾病的抗氧化治療

氧化應(yīng)激在糖尿病性心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。因此，近年來針對阻斷ROS信號路徑的抗氧化治療的相關(guān)藥物及基因療法成為研究熱點。有研究發(fā)現(xiàn)，離體心肌細胞經(jīng)四甲基哌啶氧化物預(yù)處理后，可減少高糖誘導(dǎo)的心肌細胞死亡[36]。成熟的慢性心力衰竭藥物(血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑、血管緊張素受體阻滯劑、鹽皮質(zhì)激素受體拮抗劑)具有抗氧化特性，其可能通過抑制NADPH氧化酶信號發(fā)揮作用[36]。微RNA是一類內(nèi)源性非編碼RNA，在轉(zhuǎn)錄后水平調(diào)控基因表達。Diniz等[37]研究表明，微RNA-1過表達可以抑制甲狀腺激素引起的心肌細胞肥大。Zhang等[38]實驗表明，微RNA-1可抑制心力衰竭模型的心臟重構(gòu)，改善心功能。

5 小 結(jié)

氧化應(yīng)激在糖尿病性心血管疾病的發(fā)展中起關(guān)鍵作用。糖尿病的高血糖癥和代謝異常會導(dǎo)致血管細胞和心肌細胞產(chǎn)生過多的ROS。而氧化應(yīng)激對心血管系統(tǒng)有不利影響，可通過多種路徑引起炎癥、內(nèi)皮細胞功能障礙、動脈粥樣硬化、心肌細胞肥大、凋亡和心肌纖維化，導(dǎo)致嚴重的心臟功能障礙。因此，未來期待有更多關(guān)于阻斷ROS路徑的靶點藥物或基因研究，這可能對預(yù)防和治療糖尿病性心血管疾病有益，也有助于更確切地認識糖尿病性心血管疾病的發(fā)病機制及確定更具體的靶向治療方案。