潘黎明，李俊明

糖尿病是常見病、多發(fā)病，目前我國糖尿病前期及糖尿病患者總數(shù)已超過2億，防控形勢十分嚴(yán)峻[1]。糖尿病慢性病變中以心血管并發(fā)癥的危害最大，心血管疾病已經(jīng)成為糖尿病患者的主要死因[2]。30多年前,Rubler等提出了糖尿病心肌病(DCM)的概念，并逐漸引起了臨床的廣泛關(guān)注，但因其發(fā)病機(jī)制復(fù)雜，診斷和治療均存在一定困難，診斷方面主要采用排他性診斷。DCM是一種獨立的缺血性心臟疾病，而脂聯(lián)素與心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)[3]，在抗心肌缺血、保護(hù)心肌方面發(fā)揮著重要作用。蛋白質(zhì)二硫鍵異構(gòu)酶(PDI)是反映缺血心肌存活狀況的因子[4]，也是脂聯(lián)素在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中折疊和成熟的關(guān)鍵因子，能調(diào)節(jié)脂聯(lián)素的合成、分泌及多聚體形成。因此，探討PDI在DCM發(fā)病機(jī)制中的作用具有重要的現(xiàn)實意義。

1 DCM

1.1 DCM定義 DCM是糖尿病患者的主要致死原因之一，特別是在2型糖尿病患者中多見，其可導(dǎo)致人體血液循環(huán)無法有效通過心臟，是排除了其他已知原因所導(dǎo)致的心血管疾病，如冠狀動脈粥樣硬化性心臟病、高血壓性心臟病、心瓣膜疾病等后以充血性心力衰竭為主要臨床表現(xiàn)的疾病。因此，DCM是一種獨立的缺血性心臟病[5]，可導(dǎo)致心肌結(jié)構(gòu)重構(gòu)，其病理生理特征是心肌肥大、間質(zhì)纖維化、細(xì)胞凋亡、心肌僵硬度增加、心臟舒張功能障礙增加，并最終發(fā)展成為心力衰竭[6]。

1.2 DCM發(fā)病機(jī)制 糖尿病可以通過一些細(xì)胞因子，如瘦素、內(nèi)皮素-1介導(dǎo)的活性氧(ROS)，巨噬細(xì)胞釋放的脂肪細(xì)胞因子——抵抗素、IL-6等誘導(dǎo)心肌細(xì)胞肥大；胰島素抵抗也與心肌肥厚有關(guān)[7]，能引起心肌能量代謝紊亂，還可直接導(dǎo)致心肌重構(gòu)和功能障礙[8]。

糖尿病狀態(tài)下，高血脂和高血糖可促使血管重塑、纖維化，促進(jìn)心肌缺氧、缺血，使心肌細(xì)胞出現(xiàn)變性；心肌細(xì)胞對葡萄糖氧化減少，ATP減少。高糖狀態(tài)還可誘導(dǎo)Ⅳ型膠原蛋白、轉(zhuǎn)化生長因子β1(TGF-β1)增加。TGF-β1可減少膠原降解，使心血管基底膜增厚，引起血管功能紊亂；導(dǎo)致心肌組織中超氧化物歧化酶(SOD)代償性增加，引起細(xì)胞膜電位改變，心肌膜通透性增加，影響細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)交換，心肌細(xì)胞功能降低，并影響細(xì)胞之間的信號傳導(dǎo)，誘導(dǎo)基因變異，從而誘發(fā)心肌細(xì)胞程序性死亡。

DCM的特點是在發(fā)展為收縮功能不全之前出現(xiàn)舒張功能障礙，舒張功能障礙可能與心臟的三酰甘油含量增加有關(guān)；另一特點是心臟血管周圍及間質(zhì)出現(xiàn)纖維化，這可能與TGF-βⅡ型受體濃度增加有關(guān)。

另外，Abel博士(美國)的研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者心臟中的線粒體基因表達(dá)下降、功能異常，使CD36及脂肪酸結(jié)合蛋白1(FABP1)水平上調(diào)，進(jìn)一步加重線粒體代謝障礙[9]。此外，氧化應(yīng)激也可誘導(dǎo)線粒體損傷，使細(xì)胞內(nèi)ROS生成增加，引起ROS誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞死亡。且線粒體是ROS的主要來源[10]，故線粒體功能障礙和氧化應(yīng)激在DCM的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用[7，9]。

糖尿病時心臟還存在以下病變：(1)心肌細(xì)胞鈣轉(zhuǎn)運(yùn)缺陷；(2)病程較長的糖尿病患者心肌存在彌漫性壁內(nèi)微小血管病變；(3)高糖對心肌細(xì)胞的直接傷害；(4)心臟自主神經(jīng)病變(CAN)等。

許多研究表明，脂聯(lián)素及其受體在DCM發(fā)生發(fā)展中也發(fā)揮著重要作用[11]。最終，這些已知的和未知的因素共同導(dǎo)致了DCM的發(fā)生發(fā)展。

2 脂聯(lián)素及脂聯(lián)素受體

脂聯(lián)素主要由脂肪細(xì)胞分泌，是一種蛋白質(zhì)或內(nèi)源性生物活性多肽。近年研究顯示，脂聯(lián)素也可由人心肌細(xì)胞分泌，在心血管組織中亦有重要的生物學(xué)意義[12]。在血漿中，其約占蛋白總量的0.05%，以三聚體、六聚體及多聚體形式存在，尤以多聚體的生物活性最強(qiáng)。脂聯(lián)素具有抗感染和抗動脈粥樣硬化的作用[13-14]；具有胰島素增敏作用[14]，可調(diào)控胰島素分泌；能通過多種途徑，如腺苷酸活化蛋白激酶(AMPK)、c-Jun氨基末端激酶(JNK)、核因子κB(NF-κB)及過氧化物酶體增殖物激活受體、哺乳動物雷帕霉素靶蛋白(mTOR)等信號通路來調(diào)節(jié)糖脂代謝[15]。

脂聯(lián)素受體主要有AdipoR1、AdipoR2及T-鈣黏蛋白。前兩者在心肌中均有表達(dá)。最近的一項研究證明了脂聯(lián)素的心肌保護(hù)作用依賴于T-鈣黏蛋白[16]；T-鈣黏蛋白作為AdipoR1和AdipoR2的共同受體促進(jìn)脂聯(lián)素在特殊組織和細(xì)胞中的信號傳遞。

2.1 脂聯(lián)素與DCM 血漿脂聯(lián)素水平上調(diào)可以防止心肌梗死和DCM的發(fā)生[14]。血漿脂聯(lián)素的參考范圍為3～30 μg/ml，其在肥胖和糖尿病人群中明顯降低。脂聯(lián)素還能調(diào)節(jié)糖脂代謝，抑制內(nèi)皮細(xì)胞內(nèi)氧化低密度脂蛋白(oxLDL)誘導(dǎo)的ROS的產(chǎn)生，降低對內(nèi)皮源性一氧化氮合酶(eNOS)活性的抑制，增加一氧化氮(NO)的生成，從而降低氧化應(yīng)激水平和抑制心肌細(xì)胞凋亡；通過激活A(yù)MPK、PI3-K等途徑來改善胰島素抵抗；改善糖尿病心肌肥厚和心肌纖維化；保護(hù)微血管，防止和延緩內(nèi)皮功能損傷，擴(kuò)張血管并改善血管功能等[14，17]。

高血糖是糖尿病時心肌能量代謝失調(diào)誘導(dǎo)DCM的始動因素，心肌肥厚、胰島素抵抗、氧化應(yīng)激、心肌纖維化、心肌細(xì)胞凋亡、微血管病變均為DCM的發(fā)病機(jī)制。因此，血漿脂聯(lián)素水平降低是DCM的發(fā)病機(jī)制之一[11]。

2.2 影響脂聯(lián)素合成及分泌的因素 脂聯(lián)素的合成及分泌受多種因素的影響。血漿脂聯(lián)素水平與肥胖、高血糖密切相關(guān)；隨著飲食及晝夜調(diào)節(jié)出現(xiàn)交替反應(yīng)；雌激素和雄激素可以對脂聯(lián)素的表達(dá)產(chǎn)生負(fù)調(diào)節(jié)作用，受性別因素的影響，女性體內(nèi)含多聚體的聚合物水平較男性高；胰島素能促使脂聯(lián)素分泌；過氧化物酶體增殖物激活受體γ亞型——一種轉(zhuǎn)錄因子中的激活受體亞家族成員，也可以促進(jìn)脂聯(lián)素生物合成[18]；而腫瘤壞死因子α(TNF-α)可使脂聯(lián)素的表達(dá)和分泌下降；其他一些能降低脂聯(lián)素表達(dá)的因素有IL-6、內(nèi)皮素-1、糖皮質(zhì)激素及β-腎上腺素受體激動劑等。同時，PDI也是調(diào)節(jié)脂聯(lián)素合成、分泌及多聚體形成的一個重要蛋白[19]。

2.3 脂聯(lián)素與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS) 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是脂類生物合成和蛋白合成、成熟、折疊的主要場地。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的動態(tài)平衡是細(xì)胞功能和生存的關(guān)鍵。在高血糖、炎癥、缺血、缺氧等環(huán)境下可出現(xiàn)ERS，引起脂聯(lián)素的不正確折疊和組裝，使血漿脂聯(lián)素水平下降[20]。

3 PDI

3.1 PDI定義 PDI是存在于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜的內(nèi)腔表面發(fā)揮作用的還原酶，含量較豐富，占細(xì)胞總蛋白量的0.4%，是硫氧還原蛋白家族中功能最多的成員。50多年前，PDI蛋白由Goldberger等及Venetainer等學(xué)者同時發(fā)現(xiàn)，并由Anfinsen等學(xué)者分離、純化后測定出PDI蛋白是由517個氨基酸組成：其有4個結(jié)構(gòu)域(a,a′,b′,b)、一個羧基末端伸展域(c)和連接子(x)，4個硫氧還原蛋白樣的結(jié)構(gòu)域組成一個扭曲的“U”型，“U”型兩端a及a′上有2個活性位點(巰基/二硫鍵中心)，位于U型結(jié)構(gòu)內(nèi)表面[21]，能催化內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中新生肽二硫鍵形成、異構(gòu)或者還原，促進(jìn)PDI與錯誤折疊蛋白的相互作用。

3.2 PDI的多功能 PDI具有分子伴侶活性，還具有氧化、還原、異構(gòu)的催化能力等多種功能。

3.2.1 PDI氧化還原異構(gòu)酶作用 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，近50%PDI的a和a′結(jié)構(gòu)域活性中心皆為還原狀態(tài)，只有15%的a和a′結(jié)構(gòu)域活性中心是氧化狀態(tài)；另外，有20%的a結(jié)構(gòu)域活性中心是氧化態(tài)，a′結(jié)構(gòu)域的活性中心是還原態(tài)；而只有15%的a′結(jié)構(gòu)域活性中心是氧化態(tài)，a結(jié)構(gòu)域的活性中心是還原態(tài)[22]。PDI活性中心氧化還原狀態(tài)的不同決定其生理功能的發(fā)揮，氧化狀態(tài)時，PDI能將來自于活性中心的二硫鍵傳遞給底物，使其形成一對二硫鍵，并將PDI活性中心還原為還原態(tài)；而當(dāng)PDI活性中心為還原狀態(tài)時，PDI能使底物的二硫鍵產(chǎn)生異構(gòu)，或者底物二硫鍵將自身的活性中心氧化成氧化態(tài)。

3.2.2 PDI的分子伴侶活性 分子伴侶的主要作用是輔助蛋白質(zhì)的穩(wěn)定及穿膜的組裝和轉(zhuǎn)運(yùn)，在許多應(yīng)激條件下，可以防止不穩(wěn)定蛋白的聚集，阻止錯誤折疊的蛋白按照降解機(jī)制來處理[21，23]。在ERS反應(yīng)期間，被活化轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)誘導(dǎo)的因子被認(rèn)為具有保護(hù)作用，因為其編碼的大多數(shù)蛋白是定向于恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)蛋白折疊，而PDI就是由ATF6誘導(dǎo)的[24]。且已有許多研究證明，PDI具有幫助錯誤折疊或未折疊蛋白進(jìn)行重新折疊的能力[25]，故表明PDI有分子伴侶活性的功能，獨立于其二硫鍵異構(gòu)酶活性而存在。

3.3 PDI通過ERS與DCM之間的關(guān)系 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是蛋白正確合成、成熟和折疊的主要場所之一。越來越多的研究支持，多種疾病，如糖尿病、退行性神經(jīng)病變、酒精性肝病等疾病的發(fā)病機(jī)制中錯誤折疊蛋白質(zhì)發(fā)揮了重要作用；而二硫鍵的形成在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)新生肽的折疊中是一個關(guān)鍵限速步驟[26]。在糖尿病和缺血性心臟疾病中，非折疊蛋白反應(yīng)(UPR)和ERS可以被激活，UPR可以促使適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊和防止錯誤折疊；而PDI在應(yīng)激如心肌缺血再灌注損傷、缺血、缺氧、感染等期間是UPR的一個重要的組成成員，且在糖尿病患者和動物模型的研究中發(fā)現(xiàn)，PDI的上調(diào)可以降低心肌梗死面積、減少心肌細(xì)胞凋亡[4，27]；PDI在應(yīng)激狀態(tài)下，如缺血性心肌損傷期間對適當(dāng)?shù)牡鞍踪|(zhì)折疊和防止蛋白質(zhì)錯誤折疊是必需的。最近的研究證實了在糖尿病嚙齒動物體內(nèi)改變了氧化還原狀態(tài)的PDI導(dǎo)致了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)內(nèi)腔錯折疊蛋白的積累，故PDI在DCM中改變氧化還原狀態(tài)后會導(dǎo)致心肌易損性增加[27]。

糖尿病發(fā)病率在我國呈逐年上升趨勢，隨著其診療技術(shù)的不斷提高，糖尿病患者的存活時間不斷延長，但糖尿病對心臟的持續(xù)損害仍然存在。DCM由糖尿病發(fā)展而來，脂聯(lián)素在DCM的發(fā)生發(fā)展中扮演著重要的角色，而PDI又是調(diào)節(jié)脂聯(lián)素合成、分泌及多聚體形成的一個重要蛋白。隨著PDI和脂聯(lián)素在DCM發(fā)病機(jī)制及病程進(jìn)展中的作用不斷被研究，其為防止或延緩糖尿病患者DCM疾病的發(fā)生發(fā)展提供了新思路。

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