賀瓊 薄佳琪 張夢圓 王維 何傳輝 劉云峰

1山西醫(yī)科大學(xué)，太原 030001; 2山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院內(nèi)分泌科，太原 030001

糖尿病心肌病(DCM)是一種糖尿病患者在排除冠狀動脈疾病、高血壓、瓣膜病、先天性心臟病等其他心血管疾病的條件下，出現(xiàn)的心臟功能障礙[1]。DCM起病隱匿，極易被忽略，在臨床上常常因治療延遲而產(chǎn)生心力衰竭等不良后果。DCM的概念始于1972年，推測其發(fā)病的病理基礎(chǔ)可能為膠原蛋白沉積、心肌型α肌動蛋白減少等[2]。

目前認(rèn)為高糖血癥、脂代謝紊亂、胰島素抵抗、鈣穩(wěn)態(tài)失調(diào)均是DCM發(fā)病的誘因[3]。糖尿病患者的心臟長期處于高糖環(huán)境下，心肌細(xì)胞受到糖毒性損傷，進(jìn)而出現(xiàn)一系列代謝紊亂。心肌細(xì)胞攝取、利用葡萄糖功能減弱后，脂代謝、能量代謝隨之出現(xiàn)異常。在此基礎(chǔ)上線粒體受損，下游氧化磷酸化途徑產(chǎn)生大量活性氧簇，活性氧簇進(jìn)一步激活聚腺苷酸二磷酸核糖轉(zhuǎn)移酶(PARP)相關(guān)心肌損傷信號通路，導(dǎo)致晚期糖基化終末產(chǎn)物(AGEs)大量堆積。增多的AGEs促使心肌細(xì)胞外基質(zhì)的膠原纖維產(chǎn)生增多并相互交聯(lián)，心肌纖維化程度加重，心肌順應(yīng)性降低，最終發(fā)展為DCM[3-4]。

上述DCM發(fā)病機(jī)制中的部分生物分子可能通過旁路，激活骨膜蛋白及其相關(guān)信號通路。骨膜蛋白作為一種特殊的細(xì)胞基質(zhì)蛋白，參與多種心臟疾病病理生理機(jī)制，包括DCM、瓣膜疾病、心肌梗死、心肌肥大和纖維化、心肌炎等，在心肌重塑及心肌纖維化中起到重要作用[5]。骨膜蛋白大量產(chǎn)生會加速糖尿病患者心肌纖維化，加劇DCM的嚴(yán)重程度。

1 骨膜蛋白簡介

骨膜蛋白是一種相對分子質(zhì)量為90 000的分泌蛋白，在細(xì)胞外基質(zhì)內(nèi)廣泛存在。生理狀態(tài)下骨膜蛋白在牙周韌帶、皮質(zhì)骨骨膜、心臟瓣膜等中均有表達(dá)，主要分布于細(xì)胞外膠原束和母細(xì)胞間隙，而在病理狀態(tài)下骨膜蛋白的表達(dá)明顯增加[6]。

在動物模型和人體研究中發(fā)現(xiàn)，骨膜蛋白與壓力超載引起的左室肥厚密切相關(guān)，而DCM重要的發(fā)病機(jī)制之一就是心室壁增厚。骨膜蛋白含量的升高幅度與心室壁肥厚增大程度的一致性提示，骨膜蛋白可能是與心臟重建相關(guān)的重要因素[7]。骨膜蛋白在DCM發(fā)病早期即可通過RT-PCR、Western印跡定性定量檢測，因此可能成為未來DCM的診斷與治療靶點。

2 骨膜蛋白與DCM的相關(guān)性

鄒翎等[8]發(fā)現(xiàn)，在高糖環(huán)境下(25 mmol/L)培養(yǎng)成年大鼠心肌成纖維細(xì)胞，心肌細(xì)胞產(chǎn)生的骨膜蛋白及其mRNA的含量與葡萄糖濃度呈正相關(guān)。說明葡萄糖可以濃度依賴性地引起心肌細(xì)胞骨膜蛋白的表達(dá)增加。進(jìn)一步研究表明，高糖刺激下，大鼠心肌成纖維細(xì)胞產(chǎn)生大量活性氧簇，使c-Jun氨基末端激酶(JNK)磷酸化水平升高，進(jìn)而提高骨膜蛋白的表達(dá)。提示高糖狀態(tài)下心肌細(xì)胞可能通過激活蛋白激酶C/活性氧簇/JNK信號通路引起骨膜蛋白產(chǎn)生增多。

Guan等[9]發(fā)現(xiàn), 在鏈脲佐菌素(STZ)誘導(dǎo)的糖尿病大鼠左心室重構(gòu)中，經(jīng)由活性氧簇/細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶(ERK)/轉(zhuǎn)化生長因子(TGF)-β/骨膜蛋白通路，可生成大量骨膜蛋白和Ⅰ型、Ⅲ型膠原纖維。Wu等[10]使用DCM模型小鼠進(jìn)行實驗，提出白蘆藜醇通過抑制活性氧簇/ERK/TGF-β/骨膜蛋白信號通路，減少活性氧簇生成，進(jìn)而改善STZ誘導(dǎo)的糖尿病小鼠心肌纖維化?；钚匝醮?ERK/TGF-β/骨膜蛋白信號通路的激活，可能具有促進(jìn)成纖維細(xì)胞生長，增加細(xì)胞外基質(zhì)表達(dá)的作用，從而導(dǎo)致心肌纖維化程度加重。

此外，Lou等[11]將161名研究對象分為正常糖耐量組和新診斷2型糖尿病組。結(jié)果顯示，新診斷2型糖尿病組血漿骨膜蛋白水平明顯高于正常糖耐量組。

由此可見骨膜蛋白在DCM發(fā)病早期即有表達(dá)，在DCM心臟重構(gòu)和心肌纖維化過程中發(fā)揮重要作用。

3 骨膜蛋白參與DCM發(fā)病的機(jī)制

3.1 脂代謝紊亂 糖尿病患者的心肌細(xì)胞中存在脂代謝異常，具體表現(xiàn)為葡萄糖利用減少而脂肪酸利用增加。但因為脂肪酸氧化產(chǎn)能效率遠(yuǎn)低于葡萄糖，所以高糖狀態(tài)下心肌細(xì)胞脂代謝增多致使體內(nèi)耗氧量增加。缺氧條件下，脂肪酸氧化中間產(chǎn)物脂酰輔酶A大量堆積，心肌細(xì)胞內(nèi)脂酰輔酶A濃度升高，使細(xì)胞膜上KATP通道開放，心肌細(xì)胞鈣流量降低，心肌收縮功能受損[12]。除了缺氧的不利條件，心肌內(nèi)脂質(zhì)累積也會影響線粒體的正常功能，線粒體受損后活性氧簇異常表達(dá)并逐步積累，造成心肌細(xì)胞損傷、凋亡。Burkart等[13]研究發(fā)現(xiàn)，活性氧簇在心肌中大量堆積，加速過氧化物酶體增殖物活化受體(PPAR)α與脂肪酸結(jié)合，隨后參與脂肪酸氧化的一系列基因上調(diào)，心肌內(nèi)脂肪酸累積增加，形成惡性循環(huán)，加快DCM的發(fā)生、發(fā)展[14]。此外，JNK信號通路作為絲裂原活化蛋白激酶(MAPK)通路的重要分支，在脂代謝紊亂引起DCM中起到不容忽視的作用。研究顯示，JNK抑制肝臟脂肪酸氧化，擾亂肝臟正常脂肪代謝功能[15]。JNK通路的過度激活可導(dǎo)致脂肪代謝紊亂、肥胖和胰島素抵抗[16]。

骨膜蛋白在上述JNK/PPARα信號通路中發(fā)揮作用，加重脂代謝紊亂程度，加速DCM進(jìn)程。骨膜蛋白通過JNK信號通路下調(diào)PPARα的表達(dá)，導(dǎo)致脂代謝紊亂。在肥胖與2型糖尿病小鼠模型中，Lu等[15]發(fā)現(xiàn)，肝臟中過度表達(dá)的骨膜蛋白通過JNK信號通路，下調(diào)PPARα表達(dá)含量，最終出現(xiàn)肝脂肪變性和高甘油三酯血癥。PPARα具備調(diào)節(jié)線粒體內(nèi)脂肪酸氧化和過氧化物酶體的功能，是維護(hù)心臟正常功能的保護(hù)性因子?；?qū)用娴姆肿訉嶒炞C實，敲除小鼠骨膜蛋白基因或接種骨膜蛋白中和抗體，實驗小鼠的脂代謝趨近于正常水平。與未敲除骨膜蛋白基因的小鼠相比，敲除骨膜蛋白基因的小鼠體內(nèi)甘油三酯含量顯著降低。骨膜蛋白含量與總膽固醇、甘油三酯水平呈正相關(guān)，而與高密度脂蛋白-膽固醇水平呈負(fù)相關(guān)。推斷骨膜蛋白與脂代謝，特別是其中的總膽固醇、甘油三酯代謝紊亂密切相關(guān)[11, 15]。在調(diào)整了年齡、性別和體重指數(shù)多因素變量之后，甘油三酯可作為獨立危險因素，影響血漿骨膜蛋白水平，由此推測骨膜蛋白和脂代謝間可能存在雙向影響關(guān)系。

另外，內(nèi)臟脂肪中骨膜蛋白的低表達(dá)水平還有利于維持現(xiàn)有脂肪組織的健康。Nakazeki等[17]發(fā)現(xiàn)巨噬細(xì)胞主要存在于肥胖小鼠脂肪組織缺氧區(qū)。在模擬缺氧條件的巨噬細(xì)胞中，骨膜蛋白的表達(dá)含量與缺氧誘導(dǎo)因子下游的基因葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白(GLUT)1和磷酸甘油酸激酶1(PGK1)表達(dá)同步升高，由此推測缺氧可能會引起巨噬細(xì)胞分泌骨膜蛋白。此外，骨膜蛋白基因敲除小鼠的脂肪組織中冠狀結(jié)構(gòu)形成和纖維化水平較低，可以有效防止肝臟中出現(xiàn)脂肪組織變性。

3.2 胰島素抵抗 哺乳動物雷帕霉素靶蛋白-核糖體蛋白S6激酶1(mTOR-S6K1)信號通路是導(dǎo)致胰島素抵抗的關(guān)鍵信號通路，胰島素抵抗形成后進(jìn)一步通過磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/蛋白激酶B(Akt)信號通路引發(fā)DCM。胰島素代謝途徑高度保守，S6K1是一種進(jìn)化保守的色氨酸激酶，其磷酸化水平可以調(diào)節(jié)胰島素代謝信號通路[18]。在營養(yǎng)過剩等非正常情況下，腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)(RAAS)激活[19]，觸發(fā)S6K1慢性活化，通過增加下游胰島素代謝關(guān)鍵信號途徑胰島素受體底物-1中的色氨酸磷酸化，導(dǎo)致胰島素抵抗。靶細(xì)胞在胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下，PI3K、Akt活性下降[20]，PI3K/Akt信號通路障礙使募集到質(zhì)膜的GLUT4數(shù)量減少。心肌細(xì)胞葡萄糖攝取障礙，Ca2+ATP酶活性被抑制，經(jīng)Ca2+泵作用回到肌漿網(wǎng)的Ca2+減少，細(xì)胞質(zhì)內(nèi)鈣離子儲留，使心臟舒張功能發(fā)生障礙[21]。

研究顯示，降低骨膜蛋白的表達(dá)對減輕小鼠全身胰島素抵抗有改善作用，但仍沒有實驗直接證明骨膜蛋白可以引發(fā)或加重胰島素抵抗。Nakazeki等[17]發(fā)現(xiàn)，同在高脂飲食條件下，骨膜蛋白-/-(骨膜蛋白基因敲除)小鼠的葡萄糖耐量試驗結(jié)果優(yōu)于野生型小鼠。此外，與野生型小鼠相比，骨膜蛋白-/-小鼠的附睪脂肪中Akt磷酸化水平顯著增強(qiáng)。這意味著骨膜蛋白缺失情況下，由胰島素介導(dǎo)的葡萄糖攝取更多，體內(nèi)血糖呈現(xiàn)較低水平。而在肝臟脂肪細(xì)胞中，也表現(xiàn)出與之相似的情況，即骨膜蛋白含量降低有助于緩解胰島素抵抗程度。故可以推測出骨膜蛋白低表達(dá)在胰島素抵抗的發(fā)病中起保護(hù)作用，可以延緩DCM進(jìn)程。但上述骨膜蛋白通過PI3K/Akt信號通路影響胰島素抵抗的相關(guān)實驗尚不完全充分，仍有待詳實的實驗研究揭示其背后的分子機(jī)制。

3.3 RAAS Shen和Young[22]發(fā)現(xiàn)，體內(nèi)醛固酮活性較低的糖尿病患者，其心力衰竭的發(fā)病率和死亡率也更低，因此有理由認(rèn)為RAAS激活是DCM的危險因素。目前認(rèn)為RAAS激活后導(dǎo)致DCM的主要病理生理學(xué)機(jī)制為：血管緊張素與醛固酮增加，下游NADPH氧化酶活性增強(qiáng)從而加重氧化應(yīng)激，產(chǎn)生大量活性氧簇，干擾正常心肌細(xì)胞代謝活動；還可以通過PI3K/Akt信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑[19]導(dǎo)致胰島素抵抗的發(fā)生，間接引起DCM；心肌細(xì)胞中血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)含量增加，與鹽皮質(zhì)激素共同使心機(jī)細(xì)胞產(chǎn)生免疫反應(yīng)和炎性反應(yīng)，如白細(xì)胞黏附、巨噬細(xì)胞浸潤、細(xì)胞因子表達(dá)增多等[20]，容易導(dǎo)致心肌的慢性炎性反應(yīng)。以上RAAS激活的后果將使心臟出現(xiàn)心肌纖維化、收縮舒張功能障礙，嚴(yán)重時產(chǎn)生心力衰竭等[21]。

RAAS激活后，通過Ang Ⅱ-TGFβ1-p38MAPK/ERK1/2信號途徑增加Ⅰ型、Ⅲ型膠原蛋白和骨膜蛋白的表達(dá)，介導(dǎo)心肌細(xì)胞纖維化出現(xiàn)，最終在器官層面上表現(xiàn)為DCM[23-24]。Li等[24]在小鼠實驗中使用ERK1/2上游激酶抑制劑和p38MAPK抑制劑后，顯著抑制小鼠心肌骨膜蛋白的表達(dá)，而使用JNK抑制劑則沒有上述抑制效果。上述實驗結(jié)果均證實了AngⅡ-TGFβ1-p38MAPK/ERK1/2信號通路發(fā)揮促進(jìn)DCM發(fā)生、發(fā)展的作用。抑制此信號通路可以抑制骨膜蛋白的表達(dá)，達(dá)到保護(hù)心肌的目的。研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，多種藥物可以通過抑制AngⅡ-TGFβ1-p38MAPK/ERK1/2信號通路，減少骨膜蛋白含量和緩解心肌纖維化程度。洛沙坦拮抗AT1受體后，阻斷了AngⅡ信號通路進(jìn)而抑制骨膜蛋白表達(dá)。Chen等[25]研究發(fā)現(xiàn)，丹參酮亞磺酸鈉(ds-201)緩解心肌纖維化的機(jī)制是通過抑制AngⅡ，使下游TGF-β1活化減少，致使骨膜蛋白表達(dá)下調(diào)，發(fā)揮維持心肌細(xì)胞正常功能的作用。與之類似，Kuo等[26]實驗證明辛伐他汀可以緩解AngⅡ觸發(fā)下游骨膜蛋白引起的心肌纖維化。

綜上所述，目前已有大量研究表明骨膜蛋白與DCM發(fā)病機(jī)制及病程進(jìn)展聯(lián)系密切，骨膜蛋白是導(dǎo)致DCM發(fā)生、發(fā)展的重要因素之一。糖尿病病程中的糖脂代謝紊亂、胰島素抵抗形成和RAAS激活均會使骨膜蛋白含量增加，引起心肌纖維化程度加重。骨膜蛋白與DCM間的聯(lián)系使其可能成為未來預(yù)防、緩解、乃至治療DCM的靶點。已經(jīng)證實在DCM發(fā)病早期即可測得骨膜蛋白的表達(dá)，說明骨膜蛋白有很大潛力成為診斷和預(yù)測DCM的生物標(biāo)志物。然而關(guān)于骨膜蛋白與DCM的研究仍然十分有限，且以體外動物實驗為主，其在DCM中的作用機(jī)制仍有待于進(jìn)一步臨床試驗研究加以證實。