徐 娜，白淑芝

(哈爾濱醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院病理生理學(xué)，哈爾濱 150081)

糖尿病是嚴(yán)重危害全球人類健康的代謝綜合征，是由遺傳和環(huán)境因素導(dǎo)致的胰島素分泌絕對(duì)或相對(duì)減少而引起的以血糖升高為主要特征的全身代謝性疾病[1]。近年來(lái)，糖尿病的發(fā)病率迅速增加且呈年輕化趨勢(shì)。糖尿病心肌病(diabetic cardiomyo-pathy,DCM)是糖尿病的重要并發(fā)癥之一。最早在1972年Rullber等[2]通過(guò)觀察到4例糖尿病腎小球硬化癥患者在沒(méi)有明顯的冠狀動(dòng)脈及心臟瓣膜病變、高血壓及酗酒、先天性心臟病的情況下，患者罹患充血性心力衰竭和心律失常，首次提出DCM的概念。現(xiàn)被人們所廣為接受的定義是發(fā)生于糖尿病患者，不能用高血壓性心臟病、冠心病及其他心臟疾病來(lái)解釋的心肌疾病。DCM是在機(jī)體糖脂代謝異常及微血管管壁增厚、變硬等基礎(chǔ)上引起心肌細(xì)胞體積增大，成纖維細(xì)胞增殖、大量分泌膠原，心肌廣泛灶性壞死，間質(zhì)纖維化，造成心室順應(yīng)性下降，心功能下降，最終引發(fā)心力衰竭。目前關(guān)于DCM的發(fā)病機(jī)制還未完全闡明，且臨床缺乏特異性的藥物治療?，F(xiàn)就DCM發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 心肌細(xì)胞代謝紊亂

1.1高血糖對(duì)心臟的影響 持續(xù)性高血糖是引起心肌纖維化的一個(gè)重要原因。而心肌成纖維細(xì)胞是引起心肌纖維化的主要作用細(xì)胞,可以在某些因素刺激下，過(guò)度增殖并分泌大量的膠原蛋白[3]，造成間質(zhì)纖維化，心室壁僵硬。對(duì)DCM的研究，一直集中在心肌細(xì)胞上，對(duì)心肌成纖維細(xì)胞的研究可以作為一個(gè)新的方向。高糖環(huán)境下可通過(guò)脂質(zhì)代謝、葡萄糖自身氧化及線粒體氧化磷酸化產(chǎn)生大量的活性氧類，氧化應(yīng)激增強(qiáng)，加速心肌細(xì)胞的凋亡和細(xì)胞DNA的損傷，而氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的DNA損傷也會(huì)激活DNA相應(yīng)的修復(fù)酶，如聚腺苷酸二磷酸核糖聚合酶等，這種酶可以將葡萄糖代謝從通常的糖酵解中重新調(diào)整通向另一種生化途徑的通路，可導(dǎo)致多種介質(zhì)的產(chǎn)生引起細(xì)胞損傷。這些損傷包括增加乙糖胺通路、多元醇通路、蛋白激酶C激活，晚期糖基化終末產(chǎn)物水平增加[4]。晚期糖基化終末產(chǎn)物可以共價(jià)交聯(lián)細(xì)胞內(nèi)外多種蛋白質(zhì)，包括彈性蛋白和膠原蛋白交聯(lián)會(huì)損傷心臟舒張功能，降低心臟順應(yīng)性，促進(jìn)心肌纖維化，也是產(chǎn)生糖尿病并發(fā)癥的重要因素之一。

1.2胰島素抵抗和高胰島素血癥 胰島素抵抗是指靶器官對(duì)胰島素的反應(yīng)性降低，即對(duì)葡萄糖的攝取、利用率下降，導(dǎo)致機(jī)體為維持血糖穩(wěn)定代償性的分泌更多的胰島素，從而造成高胰島素血癥。作為2型糖尿病早期的代謝異常，高胰島素血癥通過(guò)各種機(jī)制引起心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維化。研究發(fā)現(xiàn)，叉形頭轉(zhuǎn)錄因子的O亞型(forkhead transcription factors of the O class，F(xiàn)oxO)家族中的FoxO1、FoxO3、FoxO4對(duì)心臟應(yīng)激反應(yīng)和保護(hù)心臟功能發(fā)揮一定作用。原代心肌細(xì)胞中，通過(guò)鈣調(diào)神經(jīng)磷酸酶/蛋白磷酸酶2通路觸發(fā)絲氨酸-蘇氨酸激酶磷酸化，可以抑制FoxO表達(dá)，從而降低胰島素敏感性和減少葡萄糖代謝受損[5]。這可能為治療胰島素抵抗引起的DCM提供一個(gè)新的方向。此外，高胰島素血癥還可引起表觀遺傳和基因改變，激活多種轉(zhuǎn)錄因子導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)蛋白的沉積和心肌細(xì)胞肥大，促進(jìn)DCM的發(fā)生、發(fā)展[6]。表觀遺傳學(xué)是當(dāng)DNA序列不發(fā)生變化時(shí)研究基因表達(dá)發(fā)生的可能性，主要涉及組蛋白修飾、DNA甲基化和微RNA(microRNA,miRNA)干擾等方面，而表觀遺傳是一個(gè)可逆的過(guò)程[7]。因此，從表觀遺傳學(xué)角度出發(fā)可為研究DCM的發(fā)生、發(fā)展提供一個(gè)新的方向。

1.3非酯化脂肪酸代謝異常 在正常生理情況下，心臟能夠利用葡萄糖和脂肪酸作為能量底物。在DCM中，胰島素抵抗所引起的葡萄糖攝取減少促進(jìn)心肌基質(zhì)中非酯化脂肪酸氧化，導(dǎo)致心力衰竭、肥胖和2型糖尿病患者血漿中非酯化脂肪酸水平增高，心臟三酰甘油沉積和脂肪酸攝取增加[8]。過(guò)量的脂肪酸的攝取會(huì)超過(guò)心肌細(xì)胞線粒體的氧化能力，并在心臟出現(xiàn)異位脂質(zhì)沉積從而誘發(fā)對(duì)心臟的脂毒性。多余的脂肪酸部分將通過(guò)非氧化途徑產(chǎn)生有毒性的脂肪酸中間產(chǎn)物，如神經(jīng)酰胺等[8]。這些有毒物質(zhì)可干擾正常的細(xì)胞信號(hào)，引起細(xì)胞凋亡、細(xì)胞損傷、線粒體功能障礙，最終導(dǎo)致心臟舒縮功能降低，線粒體的脂肪酸氧化增加與活性氧類增加有關(guān)，活性氧類能將細(xì)胞質(zhì)的脂質(zhì)氧化成脂質(zhì)過(guò)氧化物。反過(guò)來(lái)，脂質(zhì)過(guò)氧化物和活性氧類又會(huì)導(dǎo)致線粒體和細(xì)胞損傷，線粒體氧化代謝不耦合。另有研究發(fā)現(xiàn)，泛素連接酶mitsugumin 53很可能通過(guò)靶向降解胰島素信號(hào)通路中的蛋白和特定上調(diào)過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體兩個(gè)過(guò)程相互協(xié)同促進(jìn)非酯化脂肪酸氧化，引起心臟不良事件發(fā)生[9-10]。由此可見(jiàn)，心臟脂肪代謝異常是引起DCM的一個(gè)重要原因，但其確切的機(jī)制還需要進(jìn)一步研究。

1.4鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào) 鈣參與細(xì)胞代謝、肌肉收縮和細(xì)胞信號(hào)傳遞等多項(xiàng)生理活動(dòng)。一般情況下，在心臟興奮-收縮偶聯(lián)時(shí)，在肌纖維膜去極化后，Ca2+通過(guò)電壓敏感L型Ca2+通道進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，觸發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)Ca2+釋放，Ca2+與肌鈣蛋白C結(jié)合，誘導(dǎo)肌纖維收縮。在心臟舒張時(shí)，鈣大部分儲(chǔ)存在肌質(zhì)網(wǎng)，小部分通過(guò)細(xì)胞膜上的Na+/Ca2+交換體和Ca2+泵泵出。有文獻(xiàn)報(bào)道在DCM中參與鈣轉(zhuǎn)運(yùn)的蛋白受損，使心臟舒張期時(shí)間延長(zhǎng)[11]。在實(shí)驗(yàn)中記錄到，2型糖尿病小鼠心臟中，細(xì)胞內(nèi)游離Ca2+升高，細(xì)胞內(nèi)Ca2+衰減時(shí)間延長(zhǎng)，Ca2+瞬變減慢、肌質(zhì)網(wǎng)鈣泵減少、肌質(zhì)網(wǎng)對(duì)Ca2+重新攝取受損[12]。在1型糖尿病動(dòng)物模型中也有類似變化[13]。以上數(shù)據(jù)表明，在DCM中細(xì)胞內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)紊亂在心臟舒張及收縮功能障礙中起重要作用。

2 腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)激活

有研究表明，與非糖尿病患者相比，糖尿病患者心肌細(xì)胞內(nèi)血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,Ang Ⅱ)水平高3.4倍[14]。高血糖激活心臟內(nèi)腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS),AngⅡ的升高通過(guò)細(xì)胞表面血管緊張素受體1刺激心肌成纖維細(xì)胞的增殖和膠原合成代謝的改變，引起心肌間質(zhì)和血管周?chē)w維化，刺激心肌細(xì)胞增生和心肌細(xì)胞肥大，引起舒張功能紊亂，最終導(dǎo)致心肌肥厚、心肌纖維化。此外，鹽皮質(zhì)激素受體信號(hào)激活以及AngⅡ通過(guò)激活雷帕霉素S6在哺乳動(dòng)物上的靶點(diǎn)相關(guān)激酶1信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，可能會(huì)進(jìn)一步促進(jìn)胰島素抵抗[15]。而胰島素抵抗會(huì)反過(guò)來(lái)作用于RAAS。臨床和實(shí)驗(yàn)研究顯示，應(yīng)用RAAS抑制劑對(duì)糖尿病引起的相關(guān)心臟功能障礙有所改善，而對(duì)血壓無(wú)顯著影響[16]。RAAS抑制劑近年來(lái)雖已用于DCM心肌細(xì)胞凋亡和心肌纖維化的治療，但效果并不令人滿意。動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)證明，AngⅡ在加重早期糖尿病誘導(dǎo)的心肌肥大中起關(guān)鍵作用，這可能與氨基端激酶通路的激活以及隨后的miR-221介導(dǎo)的自噬抑制有關(guān)[16]。因此,在糖尿病患者中抑制AngⅡ或miR-221可能是一種潛在的延緩DCM發(fā)生或減輕其嚴(yán)重程度的方法。

3 線粒體損傷

DCM患者心肌對(duì)葡萄糖的利用率明顯下降，心臟供能主要來(lái)源于脂肪酸的β氧化，同時(shí)產(chǎn)生的非酯化脂肪酸等可導(dǎo)致線粒體耗氧量增加和功能障礙，也生成了大量的神經(jīng)酰胺等中間產(chǎn)物，而這些物質(zhì)可干擾正常的細(xì)胞信號(hào)，引起細(xì)胞凋亡、細(xì)胞損傷。而且，線粒體代謝脂肪酸的同時(shí)也增加了心臟耗氧量，引起心臟結(jié)構(gòu)和功能改變，從而導(dǎo)致DCM，但是其確切原理還需要進(jìn)一步研究。在正常情況下，線粒體內(nèi)活性氧類生成與清除處于動(dòng)態(tài)平衡。糖尿病時(shí)，高血糖環(huán)境下可引起線粒體三羧酸循環(huán)中電子供體生成增多，線粒體膜電位升高超過(guò)一定范圍后引發(fā)大量活性氧類生成，氧化應(yīng)激增強(qiáng)，同時(shí)超氧化物歧化酶、過(guò)氧化氫酶等抗氧化酶的基因表達(dá)下調(diào)，活性基團(tuán)發(fā)生糖基化，引起機(jī)體的抗氧化能力降低、大量的活性氧類堆積，造成對(duì)細(xì)胞結(jié)構(gòu)和成分的破壞。由線粒體等所生成的活性氧類主要經(jīng)過(guò)多元醇通路、己糖胺通路、蛋白激酶C通路、心肌細(xì)胞內(nèi)晚期糖基化終末產(chǎn)物4個(gè)信號(hào)通路引起DCM。因此，DCM線粒體氧化應(yīng)激的增加是導(dǎo)致DCM發(fā)病的一個(gè)主要因素。線粒體膜的主要組分是磷脂，上面鑲嵌著膜蛋白，負(fù)責(zé)傳遞和運(yùn)輸電子。大部分心磷脂位于其內(nèi)膜磷脂雙層的基質(zhì)面[17]。研究表明，機(jī)體心肌缺血早期造成線粒體氧化應(yīng)激增加，引起線粒體膜上心磷脂結(jié)構(gòu)的改變，從而阻礙線粒體內(nèi)電子的傳遞，損傷線粒體功能、最終心肌細(xì)胞死亡及組織病變[18]。對(duì)糖尿病小鼠心肌細(xì)胞進(jìn)行病理分析發(fā)現(xiàn)，病變的心肌細(xì)胞早期，四亞油酰心磷脂水平出現(xiàn)明顯下降，而給予二甲雙胍降糖藥物處理后的心肌細(xì)胞四亞油酰心磷脂水平接近正常。根據(jù)這些研究和實(shí)驗(yàn)，線粒體膜上心磷脂結(jié)構(gòu)和其水平的改變與DCM發(fā)病機(jī)制的潛在聯(lián)系還需進(jìn)一步研究證明。

4 微循環(huán)損傷

糖尿病性微血管病變的主要場(chǎng)所為糖尿病性視網(wǎng)膜病變、糖尿病腎病、糖尿病神經(jīng)病變。研究顯示，在2型糖尿病、胰島素抵抗、DCM患者中均能觀察到冠狀動(dòng)脈微血管病變，出現(xiàn)內(nèi)皮損傷、基膜增厚、纖維素沉積,促進(jìn)冠狀動(dòng)脈松弛[11]。上述病變可能與一氧化氮水平降低有關(guān)。胰島素敏感性降低的情況下，一氧化氮降解增多，產(chǎn)生減少。在糖尿病患者的心臟微循環(huán)中可觀察到毛細(xì)血管密度減少以及中、小動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[19]。微循環(huán)功能障礙導(dǎo)致糖尿病患者血液供應(yīng)減少，從而進(jìn)一步損傷糖尿病心臟的中、小動(dòng)脈，引起心肌纖維化、順應(yīng)性降低、心功能障礙。血管周?chē)w維化和間隙的改變，小血管中微動(dòng)脈瘤的形成，毛細(xì)血管基膜增厚導(dǎo)致糖尿病心臟微血管缺血，而缺血又會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致心肌纖維化、僵硬、出現(xiàn)功能障礙。高胰島素血癥和胰島素抵抗與小血管和大血管的僵硬度有關(guān)[20]。有研究表明，高胰島素血癥可以促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞向成骨細(xì)胞分化，而成骨細(xì)胞在促進(jìn)血管僵硬度上發(fā)揮一定作用[21]。

5 自 噬

自噬是存在于真核生物細(xì)胞中，具有高度保守，達(dá)到維持胞內(nèi)正常生理活動(dòng)及穩(wěn)態(tài)的一種細(xì)胞代謝過(guò)程。而自噬在近年來(lái)被發(fā)現(xiàn)在DCM中具有獨(dú)特的細(xì)胞適應(yīng)性機(jī)制，調(diào)節(jié)DCM病變進(jìn)程。一般情況下，心肌持續(xù)低水平的自噬是對(duì)自身細(xì)胞的應(yīng)激保護(hù)機(jī)制[22]。而在營(yíng)養(yǎng)缺乏、能量不足、缺氧、胰島素抵抗、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、機(jī)體損傷、病原體感染等不良因素下可誘導(dǎo)自噬。在這些不良情況下，心肌細(xì)胞誘導(dǎo)多種途徑調(diào)節(jié)自噬活性，包括哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白敏感型復(fù)合體途徑、AMP活化的蛋白激酶途徑、三磷酸肌醇受體途徑、蛋白激酶A途徑等，減少有害物質(zhì)對(duì)細(xì)胞內(nèi)的損傷，同時(shí)加速分解非酯化脂肪酸和晚期糖基化終末產(chǎn)物等，改善DCM心肌代謝紊亂、緩解胰島素抵抗、減少氧化應(yīng)激發(fā)生、延緩心肌纖維化、微血管病變，從而延緩DCM的發(fā)展進(jìn)程[23]。研究表明，Beclin 1是調(diào)節(jié)心臟自噬的重要基因[24]。當(dāng)Bcl-2或Bcl-2樣蛋白1與Beclin 1結(jié)合，能夠負(fù)向調(diào)節(jié)自噬。通過(guò)磷酸化Beclin 1的BH3結(jié)構(gòu)域的第108位酪氨酸，Bcl-2和Beclin 1相互作用，Beclin 1失去活性，抑制自噬，誘導(dǎo)凋亡，使蛋白質(zhì)受損導(dǎo)致心臟功能異常[25]。有文獻(xiàn)報(bào)道，絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶1亦可以通過(guò)磷酸化Beclin 1的第119位酪氨酸，使Bcl-2和Beclin 1相互分離，此時(shí)可以促進(jìn)自噬[26]。然而，目前對(duì)DCM自噬亢進(jìn)還是減弱報(bào)道不一，有望進(jìn)一步的證明闡述。

6 亞細(xì)胞組分異常

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、鈣處理障礙和線粒體功能障礙與DCM的發(fā)生、發(fā)展密切相關(guān)。機(jī)體產(chǎn)生過(guò)多的活性氧類會(huì)破壞翻譯后的蛋白質(zhì)在粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)中修飾和折疊的過(guò)程，對(duì)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)產(chǎn)生有害影響。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)產(chǎn)生針對(duì)有害影響的適應(yīng)性反應(yīng)，促進(jìn)錯(cuò)誤折疊蛋白酶體的降解。機(jī)體在脂肪和糖類的過(guò)量攝入和胰島素抵抗的條件下，過(guò)多的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)會(huì)導(dǎo)致電子傳遞到氧氣上時(shí)不產(chǎn)生腺苷三磷酸，同時(shí)也促進(jìn)了活性氧類的增加，這可能會(huì)導(dǎo)致線粒體內(nèi)的氧化損傷[27]。因此，線粒體產(chǎn)生過(guò)多的活性氧類，細(xì)胞內(nèi)DNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)膜成分會(huì)受到破壞，而活性氧類介導(dǎo)的纖維化也會(huì)促進(jìn)心臟舒張功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致心力衰竭。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)和氧化應(yīng)激會(huì)影響心肌細(xì)胞鈣穩(wěn)態(tài)，進(jìn)而導(dǎo)致舒張功能障礙和DCM?；钚匝躅悺㈤L(zhǎng)鏈?；舛緣A和線粒體膜上異常的膜脂質(zhì)含量通過(guò)影響各種轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白，從而影響細(xì)胞內(nèi)鈣的處理[28]。鈣處理異常、活性氧類和內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激三者之間的相互作用能促進(jìn)亞細(xì)胞組分功能障礙，最終導(dǎo)致細(xì)胞自噬、壞死、凋亡[29-30]，具體機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

7 不適應(yīng)性免疫應(yīng)答

8 結(jié) 語(yǔ)

糖尿病的發(fā)病率逐年升高，且呈年輕化趨勢(shì)，相當(dāng)一部分患者最終將發(fā)生心力衰竭、猝死。DCM的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜，目前尚不完全清楚，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)其與慢性高血糖相關(guān)的代謝、胰島素抵抗、脂毒性、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)、RAAS和微血管病變等有關(guān)。目前研究熱點(diǎn)主要集中在靶向線粒體、細(xì)胞自噬、亞細(xì)胞組分異常、基因療法、免疫反應(yīng)及各方面機(jī)制的內(nèi)在聯(lián)系等，繼續(xù)深入研究有望進(jìn)一步揭示DCM的發(fā)生、發(fā)展機(jī)制，為臨床提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)，最終實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)研究向臨床治療的轉(zhuǎn)化。