張瑩，薛君，董智慧

(1.內蒙古科技大學包頭醫(yī)學院，內蒙古 包頭 014040；2.內蒙古包鋼醫(yī)院老年病科，內蒙古 包頭 014010)

2型糖尿病(type 2 diabetic mellitus，T2DM)是一個日益嚴重的全球性健康問題。據(jù)統(tǒng)計，2017年4.51億人患T2DM，2045年將達到6.93億[1]。骨骼肌約占體重的40%，是主要的組織和代謝器官。據(jù)估計，人類30歲時肌量達到高峰，從40歲以后，肌量逐漸下降，每10年下降約8%，而70歲以后每10年損失15%～25%[2]。肌少癥是一種進行性的骨骼肌疾病。其特征為肌肉纖維特別是Ⅱ型纖維(快速)萎縮，運動單位數(shù)量減少和肌肉內脂肪堆積[3]。2018年，歐洲老年人肌少癥工作組更新了肌少癥相關共識，指出：①低肌力是肌少癥的關鍵因素，可以很好地反映目前的肌肉功能；②通過檢測肌量和骨骼肌數(shù)量確定肌少癥的診斷；③通過評估身體功能對肌少癥的嚴重程度進行分類[4]。肌少癥常引起與健康相關的不良后果，包括能量平衡受損、跌倒、骨折、行動障礙、心血管疾病、生活質量降低以及更高的死亡率。近年來研究表明，T2DM與肌少癥關系密切[5]。隨著T2DM的進程，患者骨骼肌功能和肌量會逐漸降低，肌少癥的患病率遠高于正常人群[6]。據(jù)亞洲肌少癥工作組調查，患T2DM的日本和中國成年人(分別≥65歲和>60歲)肌少癥的患病率為15%[7]。Wang等[8]的研究顯示，T2DM患者肌少癥的患病率是健康人的1.56倍。因此，肌少癥已被描述為T2DM患者的新并發(fā)癥[9]。目前T2DM合并肌少癥的機制尚未完全闡明，大量證據(jù)表明，肌少癥的一些機制與T2DM的病理生理學密切相關[10-13]?，F(xiàn)就T2DM合并肌少癥發(fā)病機制的研究進展予以綜述。

1 胰島素抵抗

生理情況下，胰島素與其受體結合后會導致位于細胞內部的受體底物酪氨酸磷酸化,隨后磷酸化后的受體底物招募并激活胰島素信號轉導通路中的下游成分，包括磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)及蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)，進而引起下游效應，完成細胞內胰島素信號的傳導[14]。胰島素抵抗是指胰島素敏感組織(肝臟、骨骼肌等)對葡萄糖攝取和利用效能降低，導致機體維持正常血糖能力下降的一種病理狀態(tài)。胰島素抵抗是T2DM發(fā)生發(fā)展的病理基礎。而骨骼肌是胰島素刺激下葡萄糖攝取的主要部位，負責處理機體中80%的葡萄糖，是胰島素作用的靶器官之一，骨骼肌代謝紊亂會嚴重影響機體的葡萄糖穩(wěn)態(tài)及胰島素敏感性[15]。骨骼肌中胰島素抵抗是T2DM高血糖的主要原因，是介導T2DM和肌少癥的重要因素。PI3K的激活可使Akt磷酸化并激活其下游效應蛋白，以增加蛋白質的合成。胰島素抵抗時，PI3K/Akt通路受到抑制，肌蛋白合成減少，從而導致骨骼肌萎縮。

另外，胰島素抵抗可以激活PI3K/Akt/叉頭框轉錄因子O(forkhead box O，F(xiàn)oxO)通路。FoxO是高度保守的轉錄因子，包括FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6，在骨骼肌中均有表達。其中，F(xiàn)oxO1和FoxO3通過控制糖酵解和脂質代謝以及線粒體代謝來實現(xiàn)肌肉能量穩(wěn)態(tài)。FoxO的激活對于肌肉萎縮至關重要，而激活FoxO3會激活一組萎縮相關基因[如肌肉萎縮盒F基因(muscle atrophy F-box，MAFbx/Atrogin-1)和肌肉環(huán)狀指基因1]的表達，誘導骨骼肌蛋白質降解[16]。胱天蛋白酶(caspase)是細胞凋亡過程中重要的蛋白酶，其中caspase-3是細胞凋亡途徑中最強的效應因子，其激活可作為凋亡發(fā)生的標準之一[17]。此外胰島素抵抗時，肌肉PI3K活性的降低還激活了caspase-3和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)導致肌蛋白分解增加[10-11]。這說明，在胰島素抵抗時，骨骼肌代謝功能障礙導致蛋白質合成減少，分解增加，引起肌量減少，肌力下降，進而導致肌少癥的發(fā)生。

2 脂質沉積

正常情況下，過剩的能量會儲存在白色脂肪組織。當過量的能量攝入超過皮下白色脂肪組織的儲存能力時，肝臟、腎臟、胰腺和骨骼肌就會發(fā)生異位脂肪堆積[18]。據(jù)估計，所有T2DM患者中約80%的患者超重或肥胖，在糖尿病肥胖患者中，由于白色脂肪組織存儲能量有限，過量的能量攝入會導致脂肪組織異位堆積于肝臟、骨骼肌等[19]。骨骼肌中胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)對胰島素誘導的葡萄糖和脂質代謝至關重要，IRS的磷酸化狀態(tài)在胰島素代謝的過程中起著關鍵作用。正常情況下，胰島素與胰島素受體結合，會激活IRS-1酪氨酸磷酸化，并依次激活其下游PI3K等通路參與胰島素代謝。而IRS-1絲氨酸磷酸化會引起胰島素代謝紊亂，出現(xiàn)胰島素抵抗[20]。在T2DM患者體內，大量沉積于骨骼肌的脂質會誘導脂質中間產(chǎn)物(如二酰甘油和神經(jīng)酰胺)的積累，這些中間產(chǎn)物可通過激活蛋白激酶C，增加IRS-1絲氨酸磷酸化，進而引起胰島素抵抗[12]。另外，大量沉積于骨骼肌的脂肪組織還可以通過增強FoxO的表達，上調Atrogin-1和肌肉環(huán)狀指基因1，從而導致肌肉組織中蛋白質的水解[21]。因此，當脂質異位沉積于骨骼肌時產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可通過誘導胰島素抵抗引起肌量的損失；同時異位沉積的脂質還可以直接刺激肌肉萎縮相關基因的表達，損失肌量。

3 氧化應激及內質網(wǎng)應激

在正常生理條件下，線粒體產(chǎn)生的超氧陰離子可由抗氧化系統(tǒng)清除，使體內自由基的產(chǎn)生和清除保持平衡。然而，在長期高血糖狀態(tài)下，體內活性氧類(reactive oxygen species，ROS)生成增多，機體抗氧化能力減弱，氧化能力遠大于抗氧化能力，從而導致體內氧化應激的產(chǎn)生。氧化應激是糖尿病及其相關并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的關鍵因素[22]。研究認為，氧化應激也參與肌少癥的發(fā)生發(fā)展[23]。肌生長抑制素是轉化生長因子-β家族的一員，主要在骨骼肌中產(chǎn)生，其是肌肉生長的負性調節(jié)劑。Bitar等[24]的研究顯示，T2DM骨骼肌中氧化應激水平的升高，可誘導肌肉生長抑制素表達增加，肌纖維蛋白分解增加，肌量減少。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一類具有多向轉錄調節(jié)作用的核蛋白因子，廣泛存在于多種組織中，在氧化應激、細胞增殖、細胞凋亡、免疫、炎癥等生理病理過程中發(fā)揮重要作用。在細胞靜息狀態(tài)下，NF-κB與NF-κB抑制蛋白(nuclear factor-κB inhibitor protein，IκB)結合形成復合物存在于胞質中，當細胞受到氧化劑、蛋白激酶C、Ca2+載體、蛋白合成抑制劑等信號刺激時，IκB激酶被磷酸化，繼而引起IκBα磷酸化，激活UPS[25]。氧化應激和ROS是蛋白質水解的重要調節(jié)因子。過量的ROS會改變Ca2+的穩(wěn)態(tài)，Ca2+的失調促進NF-κB的轉錄活性，激活UPS，導致肌肉萎縮[13]。鈣蛋白酶是一種降解蛋白質的酶，是骨骼肌分解代謝的起始因子，可降解肌纖維蛋白，并激活其他蛋白降解途徑引起肌肉萎縮[26]。Jang等[27]在抗氧基因敲除小鼠實驗中發(fā)現(xiàn)，抗氧基因敲除后，ROS增加，并伴隨氧化應激水平升高；同時，他們還觀察到骨骼肌中鈣蛋白酶和caspase-3水平升高。這說明在氧化應激狀態(tài)下，ROS會激活caspase-3和鈣蛋白酶，誘導肌蛋白的降解。

內質網(wǎng)的生理功能包括蛋白質合成、加工與修飾；類固醇、膽固醇等脂質的合成；Ca2+的儲存等。同時，內質網(wǎng)還依賴于分子伴侶、折疊酶和合適濃度的Ca2+以及氧化環(huán)境發(fā)揮作用。正確折疊的蛋白質會離開內質網(wǎng)進入組織發(fā)揮生理作用，而長期高血糖狀態(tài)時，胰島β細胞會產(chǎn)生大量胰島素，胰島素合成過程中如果出現(xiàn)大量錯誤折疊蛋白質，就會誘導內質網(wǎng)應激，細胞為了減輕內質網(wǎng)壓力，恢復內質網(wǎng)功能，會激動未折疊蛋白反應(unfolded protein response，UPR)。有證據(jù)表明，內質網(wǎng)應激誘導的UPR途徑在骨骼肌質量和代謝功能的調節(jié)中起關鍵作用[28]。正常情況下，UPR通過調節(jié)蛋白質合成速率，增強內質網(wǎng)伴侶和調節(jié)蛋白基因表達來恢復內質網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。但在慢性內質網(wǎng)應激狀態(tài)下，UPR可通過激活caspase-12，并激活下游的caspase-9和caspase-3，誘導蛋白分解，從而引起骨骼肌量的下降[28]。

4 炎 癥

糖尿病患者長期處于低度炎癥狀態(tài)，體內多伴有腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細胞介素(interleukin，IL)-6、IL-8等炎癥因子水平的升高。研究認為，慢性低度炎癥是肌少癥發(fā)生發(fā)展的重要病因[29]。研究顯示，老年人肌少癥的發(fā)生伴隨循環(huán)中IL-6和TNF-α水平的顯著升高[30]。炎癥因子可通過激活FoxO，進而激活UPS，誘導肌蛋白分解增加。同時，被炎癥因子激活的FoxO還可抑制哺乳動物雷帕霉素靶蛋白途徑，減少肌蛋白的合成[16]。TNF-α可通過激活NF-κB，進一步激活UPS，促進肌蛋白的分解[31]。實驗顯示，小鼠血清中IL-6可刺激腓腸肌中Atrogin-1信使RNA的轉錄，增加Atrogin-1蛋白的表達，而抑制IL-6可減少Atrogin-1的表達[32]。這說明，骨骼肌中的炎癥因子還可通過刺激肌肉萎縮相關蛋白引起蛋白分解增加，進而促進肌少癥的發(fā)生。

5 晚期糖基化終末產(chǎn)物的積累

晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)是還原糖與蛋白質氨基經(jīng)過非酶促反應生成的化合物[33]。Chiu等[34]的一項動物實驗顯示，在糖尿病小鼠比目魚肌中有AGEs和AGEs受體(receptor of advanced glycation end products，RAGE)的累積，并伴隨AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)的磷酸化和Atrogin-1蛋白水平升高，進而引起骨骼肌肌量減少，肌力和再生能力下降，而在給予AGEs抑制劑后這一系列表現(xiàn)得到明顯改善。這表明，AGEs/RAGE-AMPKα-Atrogin-1信號通路在AGEs介導的肌少癥中占主導地位。AGEs抑制劑可以作為一種潛在的治療候選物，通過靶向RAGE介導、AMPK下調的Akt信號通路來減少AGEs的積累，從而有效改善肌少癥癥狀。此外，AGEs可沉積于骨骼肌組織中，累積的AGEs與肌肉周圍纖維結締組織交聯(lián)，可增加骨骼肌硬度，降低骨骼肌的彈性，削弱骨骼肌的功能[35]。已有研究表明，骨骼肌組織中AGEs的積累是骨骼肌功能障礙的原因之一，在持續(xù)高血糖狀態(tài)下，內源性AGEs加速積累、RAGE數(shù)量增加，AGEs與RAGE結合后可激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶，增加細胞內ROS的生成，從而導致慢性肌纖維損傷[36]。由此推測，AGEs的積累可能參與了肌少癥的發(fā)生發(fā)展，但兩者之間確切的相關性尚未明確，仍需大量研究闡明。

6 糖尿病神經(jīng)病變

糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuro-phathy，DPN)是糖尿病常見的并發(fā)癥之一，30%～50%的糖尿病患者會出現(xiàn)周圍神經(jīng)病變[37]。Yasemin等[38]研究表明，DPN患者肌少癥的發(fā)生率為24.6%(126/512)，顯著高于無DPN患者[8.9%(8/90)]；且多元Logistic回歸分析顯示，DPN與肌少癥相關。運動單位的丟失是肌量下降的重要因素，DPN患者運動單位的丟失多于非DNP患者；運動單位的損失可發(fā)生在足部、手部肌肉以及腿部背屈肌，與年齡相匹配的健康對照者相比，DPN患者運動單位的損失接近50%[39]。運動單位的丟失會導致肌力減弱，肌肉萎縮和肌內脂肪浸潤[40]。Nomura等[41]對1 442例T2DM患者進行研究發(fā)現(xiàn)，DPN的發(fā)生率為37.7%。長期運動神經(jīng)功能障礙可導致該神經(jīng)元所支配的骨骼肌不再受神經(jīng)系統(tǒng)的控制，且無法自主收縮，隨著時間的推移，肌量和強度下降，導致糖尿病性肌少癥的發(fā)生[42]。此外，DPN還可引起肌力下降。Andreassen等[43]研究顯示，T2DM患者下肢遠端的肌量減少更明顯；且在T2DM患者中，DPN的存在與肌量的下降存在相關性，根據(jù)神經(jīng)病變程度的不同，糖尿病患者的肌量每年下降3%～4%。肌量下降主要發(fā)生在踝關節(jié)背伸肌、踝關節(jié)跖屈肌、膝關節(jié)伸肌和膝關節(jié)屈肌等[39]。而肌力下降可能與肢體遠端橫紋肌失神經(jīng)支配有關。神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(neurotrophin-3，NT-3)是由中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元產(chǎn)生的活性營養(yǎng)因子，對神經(jīng)元的生長發(fā)育、再生及功能調節(jié)具有重要作用。Andreassen等[44]的研究顯示，DNP患者腓腸肌中NT-3蛋白表達減少，且NT-3下調的程度與肌力下降的程度呈正相關。這說明，肌力下降與骨骼肌中NT-3缺乏導致的去神經(jīng)支配有關。

7 糖尿病腎病

長期糖尿病可導致慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)，CKD及其相關炎癥反應刺激可引起蛋白質的消耗，這一過程會導致肌量持續(xù)下降。研究顯示，在387例患有T2DM的亞洲老年人(平均68歲)中，糖尿病腎病肌少癥的發(fā)病率是非糖尿病腎病的2.5倍[45]。核內小分子磷酸酶4(small C-terminal domain phosphatase 4，SCP4)是一種在骨骼肌細胞中表達的核磷酸酶。SCP4過表達時，可通過調節(jié)Akt/FoxO1/3a信號轉導來調節(jié)骨骼肌的降解。Enoki等[46]在CKD小鼠模型中觀察到，轉錄因子NF-κB p65蛋白與SCP4基因啟動子序列相關，CKD通過NF-κB信號轉導刺激肌肉表達SCP4，在細胞核中，SCP4可激活FoxO1/3a，并激活肌肉環(huán)狀指基因1和Atrogin-1的表達及UPS，誘導蛋白質分解，引起肌肉萎縮；而抑制SCP4后，CKD小鼠肌量增加。CKD晚期患者中，尿毒癥毒素硫酸吲哚酚大量累積，硫酸吲哚酚可誘導肌生長抑制素的表達，而肌生長抑制素可以通過激活caspase-3和UPS途徑誘導蛋白質分解[47-48]。此外，由腎功能降低或喪失所出現(xiàn)的代謝性酸中毒可觸發(fā)caspase-3和UPS，促進蛋白質的分解；由腎功能下降引起的維生素D水平下降可通過減少骨骼肌中維生素D受體并減少Ca2+內流來減少蛋白質的合成[49]。因此，CKD中不同機制引起的蛋白質分解增加，合成減少，從而促進肌少癥的發(fā)生發(fā)展。

8 小 結

隨著國內外專家對肌少癥研究的不斷深入，肌少癥的發(fā)生發(fā)展被認為與T2DM有密切聯(lián)系。T2DM狀態(tài)下，胰島素抵抗、脂質異位沉積、氧化應激及內質網(wǎng)應激、AGEs累積、神經(jīng)病變及腎病等因素均可打破骨骼肌的合成與分解平衡，使肌蛋白合成減少，分解增加，骨骼肌肌量損失，從而進一步引起肌少癥的發(fā)生。目前，尚缺乏T2DM合并肌少癥情況下最有效、可行的干預措施的證據(jù)。未來需要進一步探索其發(fā)病機制，以減少T2DM合并肌少癥的發(fā)生，提高T2DM合并肌少癥患者的診治效果，從而提高患者生活質量。