劉亞娟，吳小芬，魏紅紅，羅曉紅

1 甘肅中醫(yī)藥大學第一臨床醫(yī)學院，蘭州 730000；2 中國人民解放軍聯(lián)勤保障部隊第九四〇醫(yī)院內(nèi)分泌科

糖尿病神經(jīng)病變（DN）是糖尿病常見的慢性并發(fā)癥之一，由于長期慢性高血糖引起體內(nèi)代謝紊亂，微循環(huán)障礙造成缺血、缺氧而逐漸發(fā)生的神經(jīng)系統(tǒng)病變。DN的病因及發(fā)病機制目前尚未完全明確，研究認為可能與長期高血糖、氧化應激、炎癥反應、微血管病變、胰島素信號通路異常等因素相關［1］。細胞焦亡是一種新發(fā)現(xiàn)的細胞程序性死亡形式，其主要依賴于半胱氨酸蛋白酶（Caspase）和消皮素D（GSDMD）蛋白家族，被激活的Caspase 切割GSDMD蛋白，釋放其氮端結構域形成細胞膜孔，使細胞滲透壓發(fā)生變化，表現(xiàn)為細胞不斷脹大直至細胞膜破裂，導致細胞內(nèi)容物的釋放，進而引起強烈的炎癥反應。研究結果表明，細胞焦亡在DN 中扮演重要角色［2-3］。本文對細胞焦亡在DN 中的調控作用進行綜述，為DN的治療提供理論依據(jù)。

1 細胞焦亡

細胞焦亡又稱細胞炎性壞死，表現(xiàn)為細胞不斷腫脹至細胞膜破裂，細胞內(nèi)容物釋放，進而引起強烈的炎癥反應。細胞焦亡是一種重要的天然免疫反應，在抗感染中發(fā)揮重要作用。細胞焦亡的發(fā)生可分為Caspase-1 依賴和非Caspase-1 依賴兩種方式。依賴于Caspase-1 的細胞死亡方式稱為經(jīng)典途徑細胞焦亡；而非Caspase-1依賴的細胞死亡方式則由人類的Caspase-4 和Caspase-5 或小鼠的Caspase-11 誘導，稱為非經(jīng)典途徑細胞焦亡。

在經(jīng)典途徑中，在病原體、細菌等信號刺激下，細胞內(nèi)的模式識別受體識別這些信號，通過銜接蛋白ASC 與Caspase-1 前體結合，激活Caspase-1［4］，活化的Caspase-1，一方面切割GSDMD，形成GSDMD氮端和碳端，活性氮端在細胞膜上聚集并與脂質結合形成大量直徑為10～21 nm 的孔隙，破壞細胞內(nèi)的滲透壓，使細胞腫脹并最終溶解，誘導焦亡發(fā)生［5-6］；另一方面促進IL-1β、IL-18成熟并釋放到細胞外，引起炎癥反應。非經(jīng)典途徑則不依賴Caspase-1，Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11 通過Caspase 募集結構域直接與細菌脂多糖等接觸，在胞內(nèi)形成的大分子蛋白復合體發(fā)生寡聚而活化，直接切割GSDMD導致細胞焦亡［7］。Caspase-4、Caspase-5、Caspase-11也可使成熟的IL-1β 和IL-18分泌［8］，但此機制不明，可能與GSDMD 導致孔隙形成后觸發(fā)P2X7R 膜通道，促使K+外流，激活NLRP3 炎癥小體有關［9］，間接觸發(fā)IL-1β 和IL-18 釋放，隨后通過誘導多種其他促炎細胞因子和黏附分子的表達來加重炎癥。

炎癥因子和炎癥反應是DN 發(fā)生發(fā)展的重要機制，而在細胞焦亡過程中細胞膜穿孔、膨脹破裂，導致炎癥因子IL-1β 和IL-18 釋放，進一步促進了炎癥效應。因此細胞焦亡很可能是調節(jié)DN 的潛在作用靶點。

2 細胞焦亡在神經(jīng)病變中的調節(jié)作用

細胞焦亡是調節(jié)體內(nèi)平衡的一把雙刃劍。一方面，它有助于保護多細胞生物免受細菌感染；另一方面，過度的細胞焦亡也可能導致慢性炎癥［10］。研究發(fā)現(xiàn)，過度細胞焦亡可導致質膜破裂以及促炎細胞因子和趨化因子的釋放，如腫瘤壞死因子-α（TNF-α）、IL-1β、IL-6，從而導致神經(jīng)炎癥［11］，進而引發(fā)神經(jīng)病變后的一系列繼發(fā)性損傷。促炎因子釋放和過氧化物分泌過量引起的持續(xù)性炎癥也是DN 的重要病理機制，而細胞焦亡恰好是一種炎癥介導的程序性細胞死亡方式。研究表明，高血糖可引發(fā)Caspase-4、Caspase-11 和GSDMD 依賴性細胞焦亡，導致糖尿病腎病期間足細胞丟失［12］。因此推測細胞焦亡也可能是DN 的一個重要調控靶點及發(fā)生發(fā)展的關鍵因素，關于神經(jīng)病變過程中細胞焦亡的調控機制概括如下。

2.1 線粒體功能障礙 線粒體在維持體內(nèi)細胞穩(wěn)態(tài)中具有重要作用。當線粒體功能障礙時，可產(chǎn)生大量的活性氧（ROS）。ROS 被認為是炎癥反應的關鍵調控因子，在神經(jīng)系統(tǒng)疾病中顯著促進NLRP3 炎癥小體的激活［13］。有研究表明，松果菊苷可顯著降低ROS 水平，升高線粒體膜電位，阻斷核因子（NF-κB）的激活，從而抑制NLRP3炎癥小體的激活，促進脊髓損傷（SCI）后大鼠運動功能的恢復［14］。而糖尿病相關的高血糖、高胰島素血癥和胰島素抵抗導致線粒體損傷，ROS產(chǎn)生過多，最終導致細胞氧化還原失衡，也是DN 重要的發(fā)病機制［15］。過量的ROS 可能導致硫氧還蛋白相互作用蛋白（TXNIP）與硫氧化還原蛋白解離，然后TXNIP 與NLRP3 結合，形成一個活躍的炎癥小體復合體［16］；而TXNIP 過表達誘導損傷脊髓中NLRP3 炎癥小體的激活，并激發(fā)依賴于焦亡的神經(jīng)元細胞死亡。有研究發(fā)現(xiàn)，馬錢素通過抑制DPN 中的氧化應激和NF-κB-P2X7RTNXIP 信號通路，抑制NLRP3 炎癥小體的形成和激活，從而減少細胞焦亡［17］。以上研究表明，線粒體功能障礙產(chǎn)生過量的ROS 是糖尿病神經(jīng)損傷的重要機制。因此，通過改善線粒體功能和抑制氧化應激減少細胞焦亡對神經(jīng)損傷的恢復以及神經(jīng)細胞的存活具有重要意義。

2.2 星形膠質細胞的激活 星形膠質細胞是腦內(nèi)分布最廣泛的一種細胞，在神經(jīng)系統(tǒng)炎癥中有重要作用。神經(jīng)細胞受損后，星形膠質細胞肥大、增生并延伸至嚴重損傷部位，參與致密星形膠質細胞瘢痕的形成［18］。因此維持星形膠質細胞的正常功能在損傷后神經(jīng)功能的修復中具有重要作用。反應性星形膠質細胞可產(chǎn)生大量的促炎因子而加重炎癥反應，其中發(fā)現(xiàn)的有NLRP1、NLRP3、NLRP6和NLRC4等炎癥小體［19］。既往研究表明，星形膠質細胞中NLRP1炎癥小體的過度激活與SCI 恢復困難和血栓栓塞性卒中密切相關。最近有研究發(fā)現(xiàn)，在氧糖剝奪/復氧損傷模型下，星形膠質細胞中NLRP6 的表達顯著增加，導致神經(jīng)細胞過度炎癥反應和焦亡［20］；而長期慢性高血糖可激活星形膠質細胞，使得正常神經(jīng)細胞生長受到干擾，并誘導炎癥小體激活［21］。以上研究結果提示星形膠質細胞的激活可能是糖尿病導致神經(jīng)系統(tǒng)細胞焦亡的一個重要靶點，抑制星形膠質細胞激活可作為DN 的潛在治療方案進一步探索。

2.3 小膠質細胞的激活 小膠質細胞是神經(jīng)膠質細胞的一種，作為在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的免疫效應細胞，小膠質細胞及其介導的神經(jīng)炎癥在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷及疾病轉歸過程中起重要作用。既往研究表明，小膠質細胞激活可在感染性神經(jīng)損傷、急性中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷和神經(jīng)退行性疾病期間啟動和維持炎癥反應。小膠質細胞的過度激活促進TNF-α、IL-1β、L-18、IL-6、ROS 和一氧化氮等細胞毒性因子的產(chǎn)生，導致神經(jīng)炎癥、氧化應激和神經(jīng)元功能障礙［22］。研究發(fā)現(xiàn)，SCI 后小膠質細胞被激活，受損傷脊髓中分泌的促炎因子（TNF-α和IL-6）和M1表型標記蛋白顯著增加［23］；而高血糖可激活NF-κB，增加脊髓損傷區(qū)周圍小膠質細胞的炎癥反應，加重糖尿病小鼠SCI后的繼發(fā)性損傷。此外，高血糖還可激活NLRP3 炎癥小體，觸發(fā)視網(wǎng)膜小膠質細胞焦亡，導致糖尿病視網(wǎng)膜病變［24］。因此，小膠質細胞的過度激活是DN細胞焦亡的重要調控機制，因此抑制小膠質細胞的激活對改善神經(jīng)元細胞焦亡和保護神經(jīng)元具有積極作用，可能是DN過程中過度焦亡的重要途徑。

2.4 離子穩(wěn)態(tài)失衡 細胞內(nèi)離子穩(wěn)態(tài)失衡與細胞焦亡有一定關系。有研究表明K+外流參與炎癥小體的激活［25］。P2X7R 是一種由鉀離子為載體和三磷酸腺苷介導的配體門控離子通道，可通過K+外流和Ca2+內(nèi)流來激活炎癥小體的組裝，隨后激活Caspase-1 并放大促炎信號［26］。在糖尿病小鼠牙周炎模型和細菌脂多糖刺激的巨噬細胞模型中發(fā)現(xiàn)，過表達的P2X7R 通過K+外流增加細胞膜的通透性，從而增加細胞發(fā)生焦亡的可能性［27］。此外，P2X7R/NLRP1/Caspase-1也是糖尿病患者受損神經(jīng)元炎癥級聯(lián)反應的重要通路之一。在糖尿病患者海馬神經(jīng)元損傷的研究結果顯示，抑制P2X7R/NLRP1/Caspase-1通路可減輕神經(jīng)細胞損傷［28］。因此，P2X7R 離子通道可能是調節(jié)DN 細胞焦亡的潛在靶點，有待進一步深入研究。

2.5 細胞自噬 細胞自噬在細胞焦亡過程中也具有重要作用。自噬與細胞焦亡在糖尿病相關并發(fā)癥中的作用也受到越來越多的關注。在正常生物體中，自噬通過清除損傷線粒體而抑制IL-1β、IL-18的成熟和分泌，減少細胞焦亡的發(fā)生發(fā)展。有研究表明，二甲雙胍可激活腺苷酸激活蛋白激酶/自噬，抑制NLRP3 炎癥小體的激活而減少細胞焦亡，從而對糖尿病性心肌病發(fā)揮心臟保護和抗炎作用［29］。此外，亞低溫可通過增強糖尿病腦缺血后的自噬來抑制細胞焦亡，從而減輕腦損傷［30］。因此，自噬也可能是DN 的一個重要調控機制，但在神經(jīng)病變過程中減少細胞焦亡的分子機制尚未明確，仍需深入研究。

以上研究結果提示，線粒體、神經(jīng)細胞、離子通道和細胞自噬均參與調節(jié)神經(jīng)病變過程中的細胞焦亡，這是一個非常復雜的過程，彼此相互作用共同導致細胞焦亡的發(fā)生。例如離子通道破壞和線粒體損傷均可促進氧化應激，而離子通道的破壞可通過促進線粒體功能障礙，直接激活細胞焦亡，都不利于DN患者神經(jīng)損傷的修復。此外，小膠質細胞和星形膠質細胞中過度的炎癥反應是細胞焦亡發(fā)生的最終原因。因此，在DN 的治療中要綜合評估各方面因素，全方面抑制細胞焦亡的發(fā)生和發(fā)展。

3 細胞焦亡在DN中的作用

糖尿病可導致多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病，如糖尿病周圍神經(jīng)病變、糖尿病性腦病、糖尿病胃腸神經(jīng)病變等。有數(shù)據(jù)顯示，在診斷為糖尿病時，約10%的患有DN，而約50%的糖尿病患者在疾病進展的10 年內(nèi)發(fā)展為DN［31］。DN的發(fā)生是多種代謝因素共同作用的結果，包括長期高血糖、氧化應激、慢性炎癥、線粒體功能障礙及胰島素缺乏或抵抗引起的胰島素信號通路異常等。近年來的研究結果表明，細胞焦亡在DN 中也扮演重要角色，以下將細胞焦亡在DN 中的作用進行總結。

3.1 糖尿病周圍神經(jīng)病變（DPN） DPN 是最常見的糖尿病慢性并發(fā)癥，也是糖尿病足潰瘍發(fā)展的主要危險因素，嚴重者可導致下肢截肢。在DPN 中，高糖誘導的ROS 過度產(chǎn)生是公認的DPN 發(fā)病機制，這主要與高血糖引起的周圍神經(jīng)炎癥和損傷，導致神經(jīng)傳導速度減慢，過度釋放ROS 有關。在DPN 發(fā)展過程中，Loganin可通過減少細胞內(nèi)ROS的產(chǎn)生和抑制NF-κB 及NLRP3 炎癥小體的激活而減少雪旺細胞的焦亡［17］。此外，成纖維細胞生長因子（FGF）也被發(fā)現(xiàn)具有抗細胞焦亡的特性，尤其是FGF21［32］。這些研究表明，細胞焦亡參與DPN 的發(fā)生發(fā)展，抑制ROS 產(chǎn)生和NLRP3 炎癥小體的活性是治療DPN的重要治療方法。然而，在DPN 治療中，細胞焦亡的潛在靶點仍有待進一步探索。

3.2 糖尿病性腦?。―E） 近年來，糖尿病引起的腦損傷受到越來越多的關注。糖尿病可加重腦損傷后的炎癥反應，表現(xiàn)為神經(jīng)退行性變、腦梗死和進行性認知功能下降［33］。有研究表明，小膠質細胞的激活可產(chǎn)生大量的促炎細胞因子，導致神經(jīng)元壞死和凋亡，從而加重糖尿病腦缺血/再灌注損傷。進一步研究發(fā)現(xiàn)，長鏈非編碼RNA-Fendrr 在糖尿病腦缺血/再灌注模型和高糖或缺氧/復氧處理的小膠質細胞中高表達，通過E3 泛素連接酶保護NLRC4 蛋白的泛素化和降解，增加小膠質細胞的焦亡，加重糖尿病腦缺血/再灌注損傷［34］；而NLRP3 特異性抑制劑MCC950 可改善糖尿病小鼠的腦缺血/再灌注損傷，提高糖尿病缺血性腦卒中小鼠的存活率［35］。DE 是個極其復雜的過程，細胞焦亡在各種腦病中的具體作用有待進一步探討；但可以肯定的是，NLRP3 是DE 發(fā)生的重要因素。因此，靶向炎癥小體特別是NLRP3 很可能是DE 治療的重要策略，可選擇NLRP3抑制劑來進一步探索其在DE中的作用。

3.3 糖尿病合并SCI SCI 主要表現(xiàn)為損傷節(jié)段以下區(qū)域出現(xiàn)嚴重的運動功能障礙。已有研究表明，NF-κB 通路在SCI 后被觸發(fā)，并激活NLRP3 炎癥小體。進一步研究發(fā)現(xiàn)，SCI增強了SCI后細胞焦亡相關蛋白標記物（GSDMD、Caspase-1、Caspase-11）和炎癥介質（IL-1β、IL-18）的表達，表明細胞焦亡在SCI中發(fā)揮重要作用［3］。糖尿病合并SCI 的特點是恢復能力差且病死率高，高血糖可促進SCI 后神經(jīng)元功能的進行性損傷。關于糖尿病合并SCI 細胞焦亡的研究較少，但有研究結果顯示，高血糖通過激活NFκB 促進小膠質細胞的炎癥反應，加重繼發(fā)性損傷，從而抑制SCI 后的恢復［36］。以上研究結果表明，細胞焦亡在糖尿病合并SCI 中具有重要作用，但具體調控機制仍需進一步研究。

3.4 糖尿病胃腸神經(jīng)病變（DGID） DGID 是糖尿病常見并發(fā)癥之一，主要由于糖尿病患者長期血糖控制不良，引起胃腸神經(jīng)發(fā)生功能性改變的情況。在一項給小鼠高脂飲食的研究中發(fā)現(xiàn)，Caspase-11依賴的細胞焦亡可導致小鼠腸神經(jīng)細胞丟失，使其結腸運輸延遲和舒張反應減少［37］；且肥胖受試者肌腸神經(jīng)節(jié)中Caspase-1 的分裂水平高于正常體質量受試者。細胞焦亡在糖尿病胃腸神經(jīng)病變中的相關研究較少，具體調控機制仍需進一步探索。

細胞焦亡作為一種與炎癥相關的細胞程序性死亡方式，在DN 中的作用受到越來越多研究者的關注。目前的研究表明，線粒體、神經(jīng)細胞、離子通道和細胞自噬均參與調節(jié)神經(jīng)細胞焦亡，而DN 過程中的線粒體損傷、慢性炎癥、氧化應激、長期高血糖、ROS過量產(chǎn)生和離子通道障礙可能是引發(fā)神經(jīng)細胞焦亡、神經(jīng)損傷，最后導致神經(jīng)功能障礙的分子機制。雖然臨床上DN 的治療仍以控制血糖為最關鍵和最基本的步驟，但除控制血糖外，NLRP3 炎癥小體抑制劑、ROS 抑制劑等具有抗炎和抗氧化特性的藥物也可選擇治療DN。目前DN 中細胞焦亡的各種調控機制及具體分子靶點尚不明確，仍需進一步研究及探討，為未來DN 靶向治療治療提供理論依據(jù)。