王嬋媛(綜述)，汪曉霞(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院內分泌二病區(qū)，哈爾濱150001)

糖尿病心肌病與氧化應激

王嬋媛△(綜述)，汪曉霞※(審校)

(哈爾濱醫(yī)科大學附屬第四醫(yī)院內分泌二病區(qū)，哈爾濱150001)

摘要：糖尿病心肌病是糖尿病最主要的獨立并發(fā)癥之一，越來越多的證據表明，糖尿病時活性氧類(ROS)產生增多，氧化應激反應增強是導致糖尿病心肌病的最主要原因之一?？寡趸瘎┛梢种芌OS的產生，增強抗氧化防御系統清除能力，抑制氧化應激對心肌的損傷，從而發(fā)揮對心肌的保護作用，是延緩糖尿病心肌病發(fā)生和發(fā)展最有潛力的治療策略。

關鍵詞：糖尿病心肌病；氧化應激；抗氧化劑

眾所周知，糖尿病及其相關并發(fā)癥危害人類健康，糖尿病增加了心血管疾病的發(fā)生率和病死率，促進了心肌病的發(fā)展。Hamby等[1]于1974年首次提出糖尿病心肌病的概念,糖尿病心肌病獨立于血管和瓣膜疾病，最初表現為無癥狀的舒張功能障礙，進展為有癥狀的心力衰竭。糖尿病心肌病的發(fā)病機制受多方面因素影響，包括氧化應激、炎癥、內皮功能障礙、代謝紊亂、內環(huán)境穩(wěn)態(tài)異常、間質纖維化等。越來越多的證據表明，糖尿病時高血糖誘導的氧化應激是糖尿病心血管并發(fā)癥發(fā)病機制中的主要危險因素[2-3]，并經過了大量的實驗得到證實。該文著重強調氧化應激對糖尿病心肌病的影響及抗氧化治療對糖尿病心肌病的保護作用。

1糖尿病心肌病

1.1心肌結構改變病理改變表現為心肌細胞肥大、壞死、凋亡增加。此外，毛細血管基膜增厚，管腔狹窄，內皮細胞腫脹，微動脈瘤形成等[4]。心肌細胞超微結構變化：心肌纖維排列不規(guī)則；細胞核周肌質網擴張，間質可見膠原增生；線粒體腫脹、線粒體嵴部分斷裂或溶解、空泡變性[5]。

1.2心臟功能改變目前將糖尿病心肌病的心臟功能改變分為兩個階段。①糖尿病心臟舒張功能不全：左心室舒張功能不全是糖尿病心肌病早期的重要標志，房室不同步收縮導致早期心臟舒張功能不全，此外，由于心肌膠原沉積、間質纖維化等，可能會造成晚期中-重度心臟舒張功能不全。②糖尿病心臟收縮功能不全：糖尿病晚期，糖尿病心臟收縮功能不全繼發(fā)于重度心臟舒張功能不全，糖尿病心肌收縮功能不全的嚴重程度反映了心肌細胞損傷和死亡[6]。

2氧化應激定義和來源

氧化應激是指活性氧類(reactive oxygen species，ROS)和活性氮生成過多和清除不足導致的。超氧陰離子、羥自由基、過氧化氫以及次氯酸統稱ROS。一氧化氮、二氧化氮自由基、烷基過氧化氮等統稱活性氮。ROS來源于黃嘌呤氧化酶、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶、葡萄糖自身氧化以及線粒體電子傳遞系統。生理狀態(tài)下，ROS持續(xù)產生，抗氧化防御系統足以阻止ROS引起組織功能障礙[7]。病理狀態(tài)下，ROS的產生增加，機體清除氧自由基的能力減弱，這種動態(tài)失衡勢必造成大量ROS的蓄積，引起ROS的連鎖反應，從而加重氧化應激對蛋白質、核酸和脂質的損傷，導致細胞結構、生理和代謝機制破壞和調節(jié)異常，最后引起細胞、組織、器官以及整個生物體病理生理學的改變[8]。

3氧化應激存在的依據

在糖尿病患者及動物模型的血液及心肌中均有氧化應激的存在。文獻報道，糖尿病心肌病患者血清氧化應激8-羥基脫氧鳥苷(DNA氧化損傷)水平顯著高于對照組，隨著糖尿病心肌病患者心功能不全程度加重，氧化應激8-羥基脫氧鳥苷水平增高[9-10]。Sun等[9]對鏈脲佐菌素誘導的糖尿病鼠體內研究發(fā)現，心肌NADPH氧化酶活性明顯增強，抗氧化酶超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶反應降低、心肌脂質過氧化乳酸脫氫酶增高，體外研究發(fā)現，高血糖狀態(tài)大鼠心肌細胞內ROS水平增高，花旗松素干預后能抑制NADPH氧化酶的激活，降低細胞內ROS水平，增強內源性抗氧化酶的活性，改善心肌舒張功能和結構異常。Fiordaliso等[11]發(fā)現，超氧化物歧化酶誘導的糖尿病大鼠心肌細胞凋亡增加，且心肌細胞內ROS水平增加了2倍以上。該研究結果提示，高血糖刺激心肌細胞凋亡可能與氧化應激相關。

4氧化應激和糖尿病心肌病

4.1晚期糖基化終末產物通路長期高血糖促使心肌中糖基化終末產物沉積增多及晚期糖基化終末產物受體高表達，體內研究證明，糖基化終末產物與晚期糖基化終末產物受體結合后，激活核因子κB，上調誘導型一氧化氮合酶的表達，增加過氧化物和過氧硝酸鹽的形成，使氧化應激產生。Yoon等[12]研究證實，晚期糖基化終末產物受體通過激活NADPH氧化酶產生ROS，促進炎性介質的產生以及內皮細胞增殖，導致心血管病變。Lenski等[13]報道，西格列汀干預后能減少晚期糖基化終末產物的積累，同時抑制氧化應激相關因子、心肌細胞轉化生長因子的表達，預防心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展。

4.2多元醇途徑在高血糖條件下，通過山梨糖醇脫氫酶的醛糖還原酶途徑葡萄糖氧化是增加的。通過醛糖還原酶途徑增加基質流量改變NADPH/NADP+和NADH/NAD+的比率，導致輔酶因子所需的抗氧化酶的消耗增加，組織抗氧化能力降低，引起細胞損傷。盡管在糖尿病心肌抑制醛糖還原酶通路沒有直接作用，但Johnson等[14]研究表明在糖尿病腎病患者應用醛糖還原酶通路抑制劑唑泊司他增加靜息時左心室射血分數、心排血量和左心室每搏量。

4.3蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途徑研究顯示， PKC α、β、ε、δ存在于糖尿病心肌肥大的發(fā)展中，糖尿病誘導PKC-β2的激活是糖尿病心血管損傷的主要因素[15]。PKC通過激活線粒體NADPH氧化酶引起氧化應激。雷少青等[16]研究發(fā)現，LY333531通過抑制NADPH氧化酶表達的增加及活性的增強，減少糖尿病大鼠心肌組織的氧化損傷，從而發(fā)揮其心臟保護作用，此外，心臟特異性PKC-ε的激活可阻止糖尿病誘導心肌病理變化，包括心室功能和氧化應激。

4.4己糖胺途徑高血糖時，己糖胺通路活化，己糖胺途徑的終產物——UDP-N-acety1氨基葡萄糖作為通過O-GlcNAc轉移酶酶糖基化轉錄的底物，調節(jié)基因的表達，包括組織型纖溶酶原激活物抑制劑1、轉化生長因子α及β1，激活的轉化生長因子β1可使心肌組織纖維化，參與糖尿病心肌病的發(fā)生和發(fā)展。

4.5非酯化脂肪酸積累糖尿病時非酯化脂肪酸在心肌的積累，導致葡萄糖利用減少，吸收增加，三酰甘油分解和轉變成氧化非酯化脂肪酸[17]。在生理條件下，心肌ATP能量來源于葡萄糖的氧化，非酯化脂肪酸、丙酮酸和酮體。在慢性糖尿病中，心肌ATP的產生主要源于非酯化脂肪酸的β氧化[18]，增加非酯化脂肪酸的氧化導致耗氧量增加，有毒的脂質中間體的形成，從而導致心肌凋亡[17]。糖尿病增加的非酯化脂肪酸也可通過氧化應激引起內皮損傷[19]。

4.6腎素-血管緊張素-醛固酮系統糖尿病時心肌局部交感神經活性增加，心臟腎素-血管緊張素-醛固酮系統過度激活，血管緊張素Ⅱ是腎素-血管緊張素-醛固酮系統中的主要效應因子。Zhang等[20]、Watanabe等[21]提出，血管緊張素Ⅱ通過與血管緊張素Ⅰ型受體結合，激活NADPH氧化酶，促使ROS的產生，引起心肌氧化損傷。Wu等[22]研究顯示，血管緊張素Ⅱ受體1拮抗劑纈沙坦可阻斷血管緊張素Ⅱ的作用和抑制高糖誘導的氧化應激和心肌細胞凋亡，從而起到保護心肌作用。

此外，氧化應激導致糖尿病心肌損傷的其他幾個途徑有以下幾點。①線粒體損傷，糖尿病時，細胞內ROS的產生主要在線粒體進行，自由基持續(xù)產生過多，超過抗氧化防御系統清除能力或抗氧化防御系統活性受損，抗氧化劑消耗時，勢必造成氧化應激對線粒體損傷，使線粒體功能紊亂，影響心肌供能，導致心肌收縮和舒張功能障礙[23-24]。②鈣穩(wěn)態(tài)失衡，糖尿病狀態(tài)下，自由基損傷部分重要蛋白質的活性或從分子水平影響其表達，促使細胞內Na+-K+-ATP酶以及Ca2+-Mg2+ATP酶活性減低，鈣攝取能力下降，肌動蛋白、肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性異常，對鈣的敏感性降低，促使心肌收縮功能減低[25]。③細胞凋亡，大量研究證實，ROS物質的積聚和氧化應激在心肌細胞凋亡的發(fā)生和發(fā)展中發(fā)揮重要作用。Fiordaliso等[11]發(fā)現，鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠心肌細胞凋亡增加，且心肌細胞內ROS水平增加了2倍以上。該研究結果提示，高血糖刺激心肌細胞凋亡可能與氧化應激相關。

5抗氧化應激及其他治療方法

糖尿病心肌病的發(fā)病機制涉及到氧化應激，基于抗氧化機制干預是最有潛力的治療方法。許多臨床和動物實驗試圖確定是否抗氧化干預可阻止或延緩糖尿病心血管并發(fā)癥的發(fā)展。

Kaul等[26]報道，糖尿病動物心肌組織中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽過氧化物酶活性顯著降低。普羅布考降脂藥有很強的抗氧化能力，應用后顯示對心肌的抗氧化酶有小的改善但不顯著，表明糖尿病心肌病與抗氧化劑的缺乏相關。研究表明，鏈脲佐菌素誘導的轉基因大鼠心肌超表達過氧化氫酶，降低糖尿病心肌病的發(fā)病率，提示過氧化氫酶的治療潛力[27]。

維生素E，是一種強有力的抗氧化劑，改善了鏈脲佐菌素誘導的糖尿病大鼠左心室功能，并顯著降低了心肌異前列腺素F2α和氧化谷胱甘肽的積累，表明維生素E的補充對預防糖尿病心肌病和心臟衰竭的發(fā)生是有利的。維生素E的補充顯著降低了細胞凋亡，脂質過氧化反應，蛋白質氧化，并增強抗氧化防御系統，表明維生素E可通過削弱氧化應激和凋亡信號通路促進糖尿病心肌病的修復[28]。

α-硫辛酸，通過提高糖尿病大鼠心肌線粒體中抗氧化物質谷胱甘肽的含量、超氧化物歧化酶的活性來減弱線粒體氧化應激損傷，減輕心臟纖維化，改善舒張和收縮功能，對糖尿病心肌病起到一定的防治作用[29]。此外，細胞內超氧化物清除劑L-丙基酰肉堿通過改善線粒體功能及減少DNA損傷，對糖尿病心臟的功能和血流量產生有利的影響。

泛癸利酮，線粒體呼吸鏈中重要的組成成分，它的作用主要是作為電子傳遞中間體，可充當強有力的抗氧化劑，有效阻止羥基和超氧化物自由基與脂質膜的反應(脂質過氧化作用)。Huynh等[30]對SD糖尿病大鼠研究，輔酶Q10的補充阻止糖尿病誘導過氧化物生成和NADPH氧化酶三個亞型(Nox2、p22phox和p47phox)增加，有效地限制促炎性因子的表達，抑制心肌細胞肥大、心肌凋亡及心肌舒張功能障礙。

金屬硫蛋白，半胱氨酸相關蛋白，可清除自由基，包括超氧化物和過氧硝酸鹽。金屬硫蛋白通過抑制ROS的產生和超氧化物的激活來阻止糖尿病誘導的心肌功能異常。金屬硫蛋白的作用不只局限于抑制高血糖誘導的有害的自由基，Zhou等[31]研究發(fā)現，金屬硫蛋白也能阻止血管緊張素Ⅱ誘導NADPH氧化酶的激活，凋亡和糖尿病心臟的病理性重構。

咖啡酸苯乙基酯，黃酮類化合物，蜂膠的重要組成成分之一。通過它的抗氧化應激能力改善心肌組織的氧化應激，預示咖啡酸苯乙基酯可阻止糖尿病心肌氧化應激[32]。李曉慧等[33]報道，羅格列酮可降低SD大鼠心肌NADPH氧化酶p22phox和NOX4 mRNA的表達，降低心肌氧化應激水平和結締組織生長因子的表達，發(fā)揮對心肌的保護作用?？ňS地洛，一種非選擇性的腎上腺素能受體阻滯劑，能清除過氧化氫和次氯酸，減少心肌細胞膜的脂質過氧化，減輕心肌線粒體損傷、阻止心室重構，延緩心力衰竭發(fā)生和發(fā)展。

此外，以下幾個藥物的應用也有效降低了糖尿病患者病死率，如血管緊張素轉換酶抑制劑、血管緊張素受體拮抗劑和他汀類藥物的應用對糖尿病患者產生有利的影響。Sun等[9]、Singh等[34]報道，血管緊張素轉換酶抑制劑和血管緊張素轉換酶抑制劑部分阻止了血管緊張素Ⅱ的促氧化的效應，腎素抑制劑可通過直接抑制腎素，從源頭上抑制血管緊張素Ⅱ生成，阻止心肌的氧化應激及凋亡。他汀類藥物也顯示出對血管抗氧化作用，瑞舒伐他汀能通過提高抗氧化酶的表達，減輕氧化應激，改善動脈粥樣硬化指數[35]。

6結語

糖尿病心肌病的發(fā)病機制十分復雜。臨床和實驗證據表明，糖尿病狀態(tài)下多種因素相互作用共同促進ROS的產生增多和內源性抗氧化劑缺乏導致氧化應激反應產生，進而加速糖尿病心肌病的發(fā)生、發(fā)展。研究顯示，通過減少ROS產生，抑制促氧化酶，提高抗氧化酶的超表達和外源性補充抗氧化酶,增強抗氧化防御系統清除能力，阻止或延緩糖尿病心肌病的發(fā)展，為糖尿病心肌病的治療提供新的方向。

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Diabetic Cardiomyopathy and Oxidative StressWANGChan-yuan，WANGXiao-xia.(DepartmentofEndocrinologyandMetabolismDisease,theFourthAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract：The diabetic cardiomyopathy is one of the independent diabetic mellitus complications.There is growing evidence that diabetes increases production of reactive oxygen species(ROS),and enhanced oxidative stress is one of the main causes of diabetic cardiomyopathy.Antioxidants can inhibit the generation of ROS,and enhance clearing ability of the antioxidant defense system,and then inhibit oxidative stress caused myocardial injury,so as to achieve the protective effect on the myocardium,which is the most promising therapeutic strategy to delay the development of diabetic cardiomyopathy.

Key words：Diabetic cardiomyopathy; Oxidative stress; Antioxidants

收稿日期：2014-10-20修回日期：2014-12-10編輯：伊姍

基金項目：黑龍江省教育廳科學技術研究項目(12521196)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.039

中圖分類號：R587.2

文獻標識碼:A

文章編號：1006-2084(2015)17-3177-03