李 婷 陳旭輝 張 玥 張傳漢

（華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬同濟醫(yī)院麻醉與疼痛學教研室，武漢430030）

糖尿病(diabetes mellitus, DM)是一組以高血糖為特征的代謝性疾病，常伴有復雜的代謝綜合征。2007 至2008 年，全國14 個省市進行的糖尿病流行病學調查顯示，我國20 歲以上成年人的糖尿病患病率為9.7%，糖尿病前期為15.5%，且發(fā)病人口仍在迅速增加[1]。DM 病人可能會出現(xiàn)嚴重的慢性并發(fā)癥，糖尿病周圍神經病變(diabetic peripheral neuropathy, DPN)是DM 最常見的并發(fā)癥之一[2]，常見的形式為糖尿病感覺運動多發(fā)性神經病(diabetic sensory motor polyneuropathy, DSPN)，影響外周神經系統(tǒng)(peripheral nervous system, PNS)的感覺、運動和自主神經功能。其典型的表現(xiàn)為感覺神經病變，具有特征性的手套襪套分布[3]，且50%左右的糖尿病和13%左右的糖耐量受損的病人伴隨著神經病理性疼痛，導致病人生活質量和工作能力受損[1]。因此，更好的理解DPN的機制可以為早期診斷和治療，防止遠期并發(fā)癥的發(fā)生提供依據[4]。

近年來，DPN 領域的研究集中在與神經元的代謝和/或氧化還原狀態(tài)有關的DPN 相關途徑，如多元醇途徑，己糖胺途徑，晚期糖基化終末產物堆積，神經元氧化應激等等，但這些臨床研究成果尚未實現(xiàn)成功轉化，臨床試驗并未成功，主要原因是藥物無法到達周圍神經或者藥物的肝毒性較大而無法應用[4,5]。因此本綜述總結了DPN 和PDPN 發(fā)病機制的最新方向，包括施萬細胞與這些途徑的相互作用，施萬細胞和軸突之間強烈相互作用的結節(jié)區(qū)域、內質網應激對DPN 發(fā)病機制的貢獻，以及Na+，Ca2+通道，小膠質細胞和巨噬細胞在PDPN 中的作用，為更好的理解DPN 和PDPN 提供參考。

一、DPN 的發(fā)病機制進展

1.施萬細胞在DPN 的作用

糖尿病神經病變的大多數臨床和基礎研究都集中在高糖對神經元的影響上[3]。然而，越來越多的數據證實施萬細胞在維持神經元結構和功能，滋養(yǎng)軸突及促進受損神經元存活和修復方面發(fā)揮著不可或缺的作用。糖代謝異常使得施萬細胞神經毒性中間體聚集并減少神經營養(yǎng)因子的產生，最終導致軸突變性，內皮功能障礙和DPN[3]。

施萬細胞是PNS中最豐富的細胞，包括兩大類：髓鞘和無髓鞘施萬細胞，一起包裹著周圍神經的軸突。高糖狀態(tài)下，施萬細胞功能受到干擾，損害膠質、軸突通訊和神經穩(wěn)態(tài)，導致纖維丟失，神經變性和疼痛[6]。在DPN 的病理過程中首先出現(xiàn)節(jié)段性軸突脫髓鞘和髓鞘再生繼而出現(xiàn)軸突變性，這表明施萬細胞受損可能是神經纖維損傷的基礎，是DPN發(fā)病的第一步[6]。

（1）施萬細胞中多元醇途徑通量增加參與DPN：高糖驅動的多元醇途徑流量增加是DPN 研究最多的致病機制。在神經內膜中，醛糖還原酶主要由髓鞘化施萬細胞表達，因此，高糖主要通過醛糖還原酶介導的多元醇途徑對施萬細胞產生毒性。嚙齒動物糖尿病模型中，施萬細胞分泌的沙漠刺猬因子、睫狀神經營養(yǎng)因子19、髓鞘蛋白，神經生長因子和神經營養(yǎng)因子-3 等減少，導致神經纖維進一步丟失和傳導速度受損，促使DPN 的發(fā)展[6]。已有研究證實醛糖還原酶抑制劑（主要應用于施萬細胞）可改善DSPN 模型的軸突病變和施萬神經病變[2]。因此，高糖誘導的施萬細胞中多元醇途徑通量的增加可能是主要的致病機制之一[3]。

圖1 DPN 的發(fā)病機制。持續(xù)高糖狀態(tài)可導致施萬細胞中的多元醇途徑通量增加，髓鞘蛋白，CNTF，NGF和NT-3等神經營養(yǎng)因子的產生減少，線粒體功能障礙，氧化應激，以及炎癥因子釋放，導致神經炎癥，軸突脫髓鞘變性，NCV減慢進而促進DPN。結節(jié)區(qū)域富集的GLUT 定位障礙影響能量供應，IR對胰島素敏感性降低，進而促進了軸突變性；此外，該區(qū)域的鈉通道，鈣通道均參與疼痛性的糖尿病神經病變(PDPN)。神經元中的ER 應激參與周圍神經的氧化應激和DPN 的發(fā)展?？s寫：DPN：糖尿病周圍神經病變；PDPN（疼痛性的糖尿病神經病變）ER：內質網；NCV：神經傳導速度；GLUT：葡萄糖轉運蛋白；IR：胰島素受體。

（2）施萬細胞的氧化應激和線粒體功能障礙加劇DPN：施萬細胞中3-硝基酪氨酸和誘導型一氧化氮合酶水平增加，提示了高糖可以誘導施萬細胞的亞硝化應激反應。體外高糖誘導Bcl-2 水平降低提示施萬細胞線粒體應激[3]。這些應激反應導致?；鈮A的積累，釋放后誘導軸突變性。過量葡萄糖還可導致晚期糖基化終產物(advanced glycation end products, AGEs)形成，繼而激活AGE 受體(receptor for AGE RAGE)并促進活性氧自由基(reactive oxygen species, ROS)形成。AGE 誘導的關鍵蛋白，脂質和核酸的修飾和氧化應激可改變施萬細胞的結構和功能，對軸突產生不利影響，導致糖尿病神經病變加劇[3]。此外有研究表明，醛糖還原酶抑制劑可預防糖尿病大鼠神經中脂質和DNA 氧化損傷，表明施萬細胞中的多元醇途徑加劇了氧化應激[3]。

研究顯示高糖還可以驅動施萬細胞線粒體蛋白質的重塑，導致ATP 合成酶α 和β 亞基的表達增加，提高總體氧耗率導致呼吸能力不足[7]，這表明高糖誘導施萬細胞線粒體功能障礙，降低其氧化磷酸化的效率，進而使神經膠質細胞對軸突的支持受到干擾，依次導致無髓纖維、有髓纖維發(fā)生原發(fā)性神經元變性[2]。

（3）施萬細胞的脂質代謝和炎癥參與DPN 的發(fā)病機制：施萬細胞線粒體功能障礙使得脂肪酸合成轉向脂質氧化，進而促使髓鞘磷脂早期消耗和?；鈮A脂質中間體的積累，導致軸突變性和神經病變[8]。此外，人源性施萬細胞暴露于高糖環(huán)境后降低磷脂的合成，可被醛糖還原酶抑制劑(aldose reductase inhibitors, ARI)改善[3]，暗示高糖促進了施萬細胞脂質代謝失調。

施萬細胞是免疫活性細胞，因其表達多種Toll樣受體(Toll-like receptors, TLR)和RAGE 并產生參與DPN 發(fā)生的細胞因子，糖尿病病人血漿中被糖化修飾的脂蛋白可與施萬細胞的TLR 和RAGE 結合并驅動炎癥反應。在損傷后，表達多種細胞因子和趨化因子，有助于施萬細胞募集免疫細胞并促進糖尿病中的神經炎癥[3]。一項研究表明，葡萄糖刺激施萬細胞產生的趨化因子CXCL-9，CXCL-10 和CXCL-11 可誘導T 細胞向糖尿病神經病變病人的神經聚集[9]，從而促進神經病變的進展。由于炎癥細胞因子可以使Aδ 和C-纖維敏感，因此這些結果也佐證了施萬細胞可能參與疼痛性DPN 的發(fā)展。

2.結節(jié)區(qū)域

軸突和施萬細胞之間相互作用調節(jié)髓鞘和結節(jié)域的形成。這些結節(jié)域分為三個不同的區(qū)域：Ranvier, paranodes 和juxtaparanodes 結節(jié)。結節(jié)區(qū)域富含胰島素受體，葡萄糖轉運蛋白，Na+和K+通道以及線粒體，這些均與DPN 的發(fā)展有關[2]。有髓周圍神經的結節(jié)區(qū)域代謝旺盛，且是施萬細胞和軸突之間相互作用最強的區(qū)域，因此易受到高糖的影響[4]，且該區(qū)域富集的Na+和K+通道參與PDPN。

（1）結節(jié)區(qū)域的胰島素受體：胰島素與其他生長因子一起在受損軸突的神經營養(yǎng)支持和神經元再生中起著至關重要的作用，兩者都受到糖尿病的影響[2]。最近的數據顯示，長期胰島素刺激會導致大鼠脊髓背根神經節(jié)(dorsal root ganglion, DRG)的神經元對急性胰島素刺激反應下降（Kim B 等，2011）。這表明神經元可能產生了胰島素抵抗。神經元對胰島素的神經營養(yǎng)特性的反應性降低，導致?lián)p傷后再生潛能受損[2]，這可能與結節(jié)區(qū)域的胰島素受體有關。

（2）結節(jié)區(qū)域的葡萄糖轉運蛋白：PNS 中神經元和施萬細胞通過細胞膜的葡萄糖轉運蛋白（glucose transporter，GLUT 家族成員轉運葡萄糖，神經元中的主要類型是GLUT3[2]，且GLUT3 主要在結節(jié)區(qū)域富集。糖酵解產生的乳酸是神經系統(tǒng)中的關鍵能量來源，由單羧酸轉運蛋白(monocarboxylate transporters, MCT)轉運，然而，糖尿病病癥可影響GLUT，MCT 的定位[2]。例如，研究表明在小鼠小腦神經元中存在受胰島素調節(jié)的易位囊泡區(qū)，類似于外周胰島素敏感組織的GLUT4 儲存囊泡；當受到胰島素刺激時，囊泡內的GLUT 可易位至細胞表面攝取葡萄糖，為神經元提供能量（Bakirtzi K 等，2009）。然而高胰島素血癥時，神經元可出現(xiàn)胰島素抵抗，導致GLUT 無法易位至細胞表面，從而影響神經元和施萬細胞的能量代謝。

3.內質網應激

內質網(endoplasmic reticulum, ER)是蛋白質包裝和脂質生物合成所必需的，并且充當細胞內鈣儲存和細胞應激的傳感器。一些應激物如氧化還原狀態(tài)改變，營養(yǎng)缺乏，葡萄糖升高和鈣穩(wěn)態(tài)擾動導致ER 腔內未折疊或錯誤折疊的蛋白質積累，導致ER應激和未折疊蛋白反應(unfolded protein response,UPR)的激活[10,11]。

在Zucker 糖尿病肥胖(Zucker diabetic fatty, ZDF)大鼠模型和鏈脲佐菌素(Streptozocin, STZ)誘導的糖尿病大鼠模型中，ER 應激的標志物：葡萄糖調節(jié)蛋白BiP/GRP78 和未折疊蛋白反應的GRP94 在坐骨神經中升高[10]。在三甲胺氧化物（可減輕ER應激的一種化合物）治療的Zucker 大鼠中，在沒有改善葡萄糖耐量的情況下外周神經功能障礙緩解，表明周圍神經系統(tǒng)中的ER 應激促進了DPN[11]。對高脂飲食喂養(yǎng)的小鼠施用Salubrinal（可抑制ER 應激）可使其葡萄糖耐量改善，血清甘油三酯濃度恢復正常，高膽固醇血癥和周圍神經功能障礙減輕，坐骨神經的運動神經傳導速度和后肢感覺神經傳導速度改善，觸誘發(fā)痛緩解[10]。這些研究均提示ER應激參與DPN 和PDPN 的病理過程。

此外，ER 參與周圍神經的氧化應激。過量的UPR 活化會降低還原型谷胱甘肽：氧化性谷胱甘肽比例，降低其抗氧化能力[11]。UPR 介導的C/EBP同源蛋白(C/EBP homologous protein, CHOP)升高也消耗谷胱甘肽抗氧化能力并增加活性氧的產生，進一步提高細胞氧化應激水平。在大鼠STZ 誘導的糖尿病后12 周內用三甲胺氧化物伴侶蛋白處理降低ER 應激和CHOP 表達，減弱了坐骨神經中的脂質和蛋白質氧化，同時改善了糖尿病動物的神經病變[12]。這些研究表明了ER 在DPN 中的關鍵作用。

二、PDPN 的相關機制

PDPN 以自發(fā)性疼痛、痛覺過敏、痛覺超敏和一定程度感覺缺失為特征，性質為典型的神經病理性疼痛，強度異常劇烈，對標準化鎮(zhèn)痛治療效果差，是疼痛臨床控制的重要難題。臨床研究表明，在所有1 型或2 型糖尿病病人中，多達60%的病人出現(xiàn)神經病變，這些病人中＞ 30%發(fā)生神經病理性疼痛[13]。DPN 主要是感覺神經障礙，只有在疾病的后期階段才有運動神經功能障礙。為什么感覺軸突比運動軸突更容易受糖尿病的影響？下面將討論PDPN 的潛在機制。

1.周圍感覺神經的易感性

（1）位置的差異：感覺神經元位于血腦屏障之外的脊髓背根神經節(jié)內，而運動神經元位于受血腦屏障保護的脊髓腹側角。

（2）無髓纖維和有髓纖維的結構在糖尿病早期即發(fā)生改變。無髓C 纖維最早發(fā)生改變，且在很大程度上更容易受到代謝損傷，因為它們缺乏施萬細胞的保護和營養(yǎng)支持[4]。 C 纖維的退化和再生導致異常性疼痛和感覺過敏。隨著時間的推移，退化超過了再生，并出現(xiàn)C 纖維的損失，這是糖尿病病人常見的早期病變。隨著小纖維病理學的進展，開始出現(xiàn)輕度節(jié)段性軸突脫髓鞘和髓鞘再生，進而引起神經病理性疼痛。這種神經病理學的發(fā)展過程佐證了施萬細胞對軸突的保護和營養(yǎng)支持作用的喪失會導致最終的感覺神經軸突變性。

2.離子通道的表達致神經元興奮性升高

鈉通道在動作電位的產生和傳導中起關鍵作用，且是大多數可興奮細胞的電信號傳導的決定因素。目前，研究證實鈉通道(Nav1.1-Nav1.9)中的Nav1.7、Nav1.8、Nav1.9 參與整個傷害感受途徑中動作電位的產生和傳導，可引起痛性神經病變。在實驗性PDPN 的早期階段，DRG 神經元中電壓門控通道的表達改變，異常電流和傷害性感受器放電增加，從而使周圍神經的興奮性增加[14]。高血糖可通過降低Na+/ K+-ATP 酶活性直接誘導周圍神經過度興奮，改變Kv1.2 鉀通道亞基的分布和功能，并增加鈉通道電流，這些變化共同導致傷害感受器的過度興奮，是痛性糖尿病神經病變的關鍵機制[14]。此外，最近發(fā)現(xiàn)表明PDPN 的Nav1.8 表達增加，由此介導的TTX 電流的增加可減少C 纖維傷害感受器的傳導缺失，增強對CNS 的沖動傳導并促成神經病理性疼痛的發(fā)生（Sun W 等，2012）。

甲基乙二醛是一種晚期糖基化終產物，在PDPN 的病人血清中增加。當該化合物從人糖尿病血清中分離并注射到糖尿病小鼠中時，會引起小鼠出現(xiàn)熱和機械性痛覺過敏[15]，這可能是通過對鈉通道和TPRA1 受體的修飾實現(xiàn)的。甲基乙二醛與Nav1.8通道的精氨酸殘基結合， 導致Nav1.8 的失活減少，使傷害感受器過度興奮；與Nav1.7 通道結合，促使其失活，進而增加無髓C-纖維的興奮性[2,4,14]。TRPA1，瞬時受體電位陽離子通道亞家族A 成員1，是一種配體門控離子通道，與疼痛性DPN 的發(fā)病機理有關[4]。與TRPA1 的許多激動劑一樣，甲基乙二醛可以改變TRPA1 中的關鍵細胞內半胱氨酸殘基，導致這種離子通道的強烈激活，進而導致傷害性傳入神經過度興奮[4]。

T 型Ca2+通道調節(jié)傷害感受器的亞閾值興奮性，且這種電流在實驗性DPN 大鼠的傷害感受器中增加。在STZ 誘導的糖尿病大鼠或ob/ob 2 型糖尿病小鼠中使用特異性受體阻斷Cav3.2 通道功能可以抑制痛覺過敏[16]，Cav3.2 T 型通道的下調可以改善STZ 大鼠痛覺超敏反應[4]。在STZ 誘導的糖尿病大鼠模型中，神經元和神經膠質細胞均經歷代謝應激和線粒體功能障礙，其導致Ca2+穩(wěn)態(tài)失調，線粒體內的Ca2+緩沖受損，ER 應激導致的 Ca2+積聚和Ca2+信號傳導失調，進而促進PDPN 的發(fā)展[16]。

3.小膠質細胞在PDPN 中的作用

除了周圍的炎癥，高血糖癥和由此產生的活性氧物質也會影響脊髓的局部微環(huán)境，進而使小膠質細胞活化；反過來，激活的小膠質細胞合成并釋放促炎細胞因子和神經活性分子，誘導脊髓傷害性感受神經元過度活躍，促進PDPN[17]。

（1）高血糖誘導小膠質細胞激活：高糖可激活小膠質細胞，體外研究表明，與低糖相比，高糖通過活性氧物質、PKC 和核因子κB (NF-κB)信號傳導途徑增加原代小膠質細胞培養(yǎng)基中IL-8 的分泌，提示小膠質細胞被激活[17]，并且這種激活可持續(xù)6個月以上。小膠質細胞激活伴隨著細胞因子的釋放和絲裂原活化蛋白激酶(MAPKs)的磷酸化，包括p38-MAPK，細胞外信號調節(jié)蛋白激酶(ERK)和c-Jun N 末端激酶(JNK)，它們參與痛覺過敏的產生[18]。研究表明，鞘內注射p38 抑制劑和全身大麻二酚或利多卡因可抑制p38 的磷酸化，消除了脊髓中的小膠質細胞活化以及STZ 動物的痛覺超敏反應[17]。因此，p38 磷酸化在DPN 下的小膠質細胞活化中起重要作用。

（2）激活的小膠質細胞參與PDPN：小膠質細胞激活后釋放各種神經調節(jié)劑和神經活性物質，如活性氧，一氧化氮，過氧亞硝酸鹽，前列腺素和促炎細胞因子，均參與DPN 的痛覺過敏和神經病理性疼痛。STZ 糖尿病大鼠的脊髓中IL-1β 和TNF-α表達增加；通過全身或脊髓給予神經膠質細胞的非選擇性代謝抑制劑氟胞苷或選擇性小膠質細胞抑制劑米諾環(huán)素抑制小膠質細胞，可抑制IL-1β 和TNF-α的增加以及大鼠的熱和機械超敏反應（Pabreja K 等，2011）。

由高血糖誘導的激肽B1 受體(B1R)與DPN 密切相關，與野生型STZ 糖尿病小鼠相比，用STZ處理的激肽B1R 敲除小鼠無熱痛覺過敏[17]。然而，在STZ 糖尿病大鼠中，脊髓背角的B1R 與小膠質細胞共表達，且激活該受體可產生熱痛覺過敏。鞘內注射小膠質細胞抑制劑米諾環(huán)素和氟檸檬酸可逆轉STZ 糖尿病大鼠中B1R 的上調和DPN，以及B1R 激活導致的熱痛覺過敏和機械性異常性疼痛[17]。這些研究表明脊髓小膠質細胞B1R 在PDPN 中發(fā)揮重要作用。

因此，抑制小膠質細胞活化可被視為緩解PDPN 的新方法。最近一項研究發(fā)現(xiàn)，ammoxetine（一種新型有效的5-HT 和NE 再攝取抑制劑）對STZ誘導的糖尿病大鼠有持續(xù)的鎮(zhèn)痛作用并可改善其抑郁樣行為[18]。其通過抑制小膠質細胞的活化和p38和JNK 的磷酸化降低炎性細胞因子的水平進而發(fā)揮鎮(zhèn)痛作用[18]。這間接證明了小膠質細胞在PDPN 中的作用。

4.巨噬細胞在PDPN 中的作用

巨噬細胞有兩種極化狀態(tài)：M1 和M2 巨噬細胞，分別表達大量炎癥因子iNOS，IL-1β，TNF-α等和抗炎細胞因子Arg-1 等[19]。高糖狀態(tài)下，M1巨噬細胞等免疫細胞被激活而表達大量炎性因子，繼而導致施萬細胞凋亡和PDPN 的發(fā)生。

有研究顯示，抑制TNF-α 等炎性細胞因子的釋放，促使M1 型巨噬細胞向M2 型巨噬細胞轉化，可使鏈霉素誘導的糖尿病大鼠的神經傳導速度，神經血流和軸突形態(tài)逐漸恢復[20]。此外，一項臨床研究顯示巨噬細胞大量表達iNOS 和TNF-α 的DPN病人患疼痛的風險較高，且iNOS 和TNF-α 免疫反應性越強，疼痛越嚴重。這些研究表明了巨噬細胞在PDPN 及神經病理性疼痛中的作用（Purwata TE等，2011）。

三、結論

DPN 研究已經從針對特定失調途徑的研究（如多元醇途徑通量增加，PKC 途徑， AGEs 增加，血管損傷和氧化應激）發(fā)展到DPN 研究的新時代，即高血糖和由此產生的氧化應激，脂質代謝紊亂等導致施萬細胞病變，損害膠質-軸突通訊和神經穩(wěn)態(tài)，最終導致纖維丟失，神經變性和疼痛。軸突和施萬細胞之間的相互作用在周圍神經的結節(jié)域最為突出，該區(qū)域的IR，GLUT，Nav 和Kv 通道以及線粒體等多種物質均參與DPN 的形成和發(fā)展。盡管DPN 中的施萬細胞病變與軸突病變之間的相互作用仍有待闡明，但目前的研究可以為DPN 的新型致病途徑提供思路。ER 應激與DPN 的關聯(lián)在動物模型中也獲得了新的進展，ER 應激會促進周圍神經的氧化應激和鈣穩(wěn)態(tài)紊亂，促進DPN 和PDPN。感覺神經元軸突對糖尿病損傷的易感性，鈉離子通道，小膠質細胞，巨噬細胞對PDPN 的貢獻也有了新的進展，但它們與DPN 發(fā)病的相關通路有何聯(lián)系仍有待闡明。