薛佳欣 宮天宇 梁馨芳 王帆 張曉卉

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心血管內(nèi)科,黑龍江 哈爾濱 150001;2.佳木斯大學(xué)附屬第一醫(yī)院,黑龍江 佳木斯 154002)

隨著人口老齡化和生活水平的提高,中國現(xiàn)糖尿病(diabetes mellitus,DM)患病人數(shù)位居全球首位,預(yù)計2045年將超過1.74億[1]。DM血管并發(fā)癥分為大血管并發(fā)癥和微血管并發(fā)癥。1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)患者易發(fā)生急性并發(fā)癥,其慢性并發(fā)癥主要發(fā)生于微血管中。DM微血管病變特點是毛細(xì)血管基底膜增厚和微血栓形成,臨床上主要包括糖尿病腎病、糖尿病視網(wǎng)膜病變和糖尿病神經(jīng)病變。與T1DM患者的發(fā)病機制不同,2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)患者發(fā)生大血管病變的風(fēng)險較高。DM大血管病變涉及主動脈、冠狀動脈和肢體外周動脈,70%～80%的T2DM患者直接死因是大血管并發(fā)癥[2],DM大血管并發(fā)癥已成為威脅人類健康的主要“殺手”。DM血管重構(gòu)既是DM狀態(tài)下血管的一種病理性改變,又是晚期并發(fā)癥如動脈粥樣硬化和微血管病變的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ),如果不及時干預(yù)逆轉(zhuǎn)重構(gòu)可顯著增加致殘率和死亡率?，F(xiàn)詳細(xì)闡述DM大血管重構(gòu)的相關(guān)機制,為早期及時、有效地防治DM血管并發(fā)癥提供理論參考。

1 DM血管重構(gòu)的定義

血管結(jié)構(gòu)在一定范圍內(nèi)是相對穩(wěn)定的,在外界急慢性刺激來臨時,血管既能急性地改變其張力,又能慢性地做出結(jié)構(gòu)和功能的改變。血管重構(gòu)是在局部生長因子、血流動力學(xué)異常等長期刺激下引起的一種適應(yīng)性改變。DM狀態(tài)下的血糖血脂異常、胰島素功能障礙、氧化應(yīng)激通過促進(jìn)炎性細(xì)胞因子的分泌和相關(guān)基因的表達(dá)會導(dǎo)致病理性血管重構(gòu)的發(fā)生[3-4]。動脈血管壁由內(nèi)膜、中膜和外膜構(gòu)成,主要包括內(nèi)皮細(xì)胞、血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell,VSMC)、外膜成纖維細(xì)胞及它們分泌的細(xì)胞外基質(zhì)。Faraci等[5]最早提出了“血管重構(gòu)”的概念。狹義的血管重構(gòu)是指血管中層平滑肌細(xì)胞重新排列,血管壁細(xì)胞層數(shù)增加,血管壁增厚但無細(xì)胞增殖,此種過程也被認(rèn)為是嚴(yán)格意義上的血管重構(gòu)。廣義的血管重構(gòu)是血管內(nèi)膜下間隙和血管中膜細(xì)胞增生肥大,以及細(xì)胞外基質(zhì)的異常增生。與大血管的結(jié)構(gòu)和位置分布不同,微血管壁很薄,由單層內(nèi)皮細(xì)胞和外面的基底膜構(gòu)成。DM微血管重構(gòu)主要表現(xiàn)為微血管內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量減少、內(nèi)皮細(xì)胞腫脹、基膜斷裂或增厚、細(xì)胞分布紊亂。

2 DM大血管重構(gòu)的病理學(xué)特征

從細(xì)胞學(xué)角度來看,DM大血管重構(gòu)主要涉及內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂,VSMC增殖、遷移、表型轉(zhuǎn)化和凋亡,以及細(xì)胞外基質(zhì)的降解。VSMC表型轉(zhuǎn)化是DM血管重構(gòu)的中心環(huán)節(jié),VSMC不是終末分化的,因此能響應(yīng)各種刺激而發(fā)生表型轉(zhuǎn)化?！捌交〖?xì)胞表型轉(zhuǎn)化”是指平滑肌細(xì)胞表型從完全分化的“收縮”狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿シ只摹昂铣伞睜顟B(tài)[6]。收縮型VSMC一般呈長梭形或紡錘形,收縮力強,具有低增殖、低遷移的特征。合成型VSMC一般呈扁平形,收縮力弱,具有高增殖、高遷移的特征。VSMC和細(xì)胞外基質(zhì)之間的相互作用對維持血管壁結(jié)構(gòu)和功能的完整性至關(guān)重要。合成型VSMC對血清衍生的有絲分裂因子的敏感性增高,增殖和遷移能力增強,增殖并分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)成分和蛋白水解酶,從中膜遷移到內(nèi)膜,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)合成和降解失衡?；|(zhì)金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase,MMP)是細(xì)胞外基質(zhì)的重要降解酶,VSMC增殖和遷移分泌大量的細(xì)胞外基質(zhì)成分,而MMP又會不斷地降解膠原、彈性蛋白和基底膜,從而引起VSMC的增殖和重排,導(dǎo)致血管重構(gòu)[7]。

3 DM大血管重構(gòu)的作用機制

3.1 內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂

內(nèi)皮細(xì)胞是血管內(nèi)抵御各種損傷性刺激的第一屏障,內(nèi)皮細(xì)胞有強大的分泌功能,通過合成和分泌多種血管活性物質(zhì)調(diào)節(jié)血管張力、血小板功能、炎性反應(yīng)以及平滑肌細(xì)胞的增殖和遷移,DM誘發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂是DM血管重構(gòu)的起始因素。一氧化氮(nitric oxide,NO)是公認(rèn)的內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的一種保護(hù)因子,在動脈粥樣硬化中起保護(hù)作用。NO降低內(nèi)皮細(xì)胞中黏附分子的表達(dá),促進(jìn)血管舒張,并抑制VSMC的增殖以及血小板的黏附、激活、分泌和聚集。已有研究[8]表明,NO通過激活轉(zhuǎn)化生長因子-β(transforming growth factor-β,TGF-β)下游信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子抑制VSMC增殖和細(xì)胞周期進(jìn)展。長期的高血糖對內(nèi)皮細(xì)胞的刺激以及內(nèi)皮細(xì)胞的損傷使其釋放NO的能力降低。Wu等[9]的研究證實,DM大鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞合成的NO為正常的15%。環(huán)腺苷酸和環(huán)鳥苷酸(cyclic guanosine monophosphate,cGMP)在控制血管結(jié)構(gòu)完整性中起到重要作用,NO和cGMP信號通路的重要介質(zhì)cGMP依賴性蛋白激酶下調(diào)后導(dǎo)致MMP-2的合成增加,刺激VSMC由中膜向內(nèi)膜遷移并增殖[10]。DM誘發(fā)的內(nèi)皮細(xì)胞損傷使血小板黏附在膠原蛋白上,激活PI3K/Akt/MMP-9信號通路,促進(jìn)VSMC增殖和遷移,產(chǎn)生分泌性改變,導(dǎo)致DM血管重構(gòu)[11]。

3.2 晚期糖基化終末產(chǎn)物

晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end product,AGE)是指蛋白質(zhì)、脂質(zhì)或核酸等大分子物質(zhì)的游離氨基與還原糖的醛基發(fā)生一系列反應(yīng)所生成的一種穩(wěn)定性化合物。AGE廣泛存在于人體血液循環(huán)和組織細(xì)胞中,正常生理條件下AGE水平較低,而慢性持續(xù)高血糖會加速非酶糖基化反應(yīng)導(dǎo)致AGE的積累。AGE在血管壁上的過度沉積會誘發(fā)細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維的過度交聯(lián)使血管壁增厚、順應(yīng)性降低。與此同時,AGE通過加劇血管內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)參與血管重構(gòu),AGE使內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)細(xì)胞間黏附分子(intercellular adhesion molecule,ICAM)-1和血管細(xì)胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1,VCAM-1),ICAM-1和VCAM-1與特異性蛋白結(jié)合后使內(nèi)皮細(xì)胞通透性增強,單核細(xì)胞黏附并滲入血管壁,破壞內(nèi)皮細(xì)胞正常功能。AGE與內(nèi)皮細(xì)胞表面的受體結(jié)合后刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞分泌單核細(xì)胞趨化蛋白-1(monocyte chemoattractant protein-1,MCP-1),使p38 MAPK通路磷酸化活性增強,促進(jìn)VSMC增殖和遷移,進(jìn)一步導(dǎo)致血管重構(gòu)[12]。AGE還能抑制一氧化氮合酶的活性,使內(nèi)皮細(xì)胞釋放的NO減少,繼而增強血管中層平滑肌細(xì)胞的增殖能力[13]。糖脂代謝紊亂可調(diào)控VSMC自噬促進(jìn)血管重構(gòu)的發(fā)生,近些年來自噬參與AGE誘導(dǎo)VSMC表型轉(zhuǎn)化的作用機制逐漸被關(guān)注。研究[14]首次證明AGE通過降低組織蛋白酶D的表達(dá)抑制自噬體降解,增強原代大鼠VSMC的增殖,揭示了組織蛋白酶D是AGE和VSMC表型轉(zhuǎn)化的重要調(diào)節(jié)器。AGE還可以促進(jìn)KCa3.1通道的表達(dá)誘發(fā)自噬,使VSMC由收縮表型轉(zhuǎn)化為合成表型[15]。目前VSMC自噬在DM血管重構(gòu)中的具體調(diào)控機制的研究有一定局限性,研究范圍仍需要進(jìn)一步拓展。

3.3 氧化型低密度脂蛋白

半數(shù)以上的DM患者合并血脂紊亂,糖尿病性血脂異常的特征是甘油三酯水平升高,高密度脂蛋白水平低,低密度脂蛋白水平正?；蜉p度升高?；钚匝?reactive oxygen species,ROS)水平的升高會使低密度脂蛋白變成氧化型低密度脂蛋白(oxidized low-density lipoprotein,ox-LDL)。ox-LDL具有較強的細(xì)胞毒性,可損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞并增加黏附分子的表達(dá),促進(jìn)單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等炎癥細(xì)胞的浸潤、黏附和遷移。單核細(xì)胞進(jìn)入到含有載脂蛋白B的脂蛋白中,遷移至血管內(nèi)膜下分化成巨噬細(xì)胞,T2DM患者體內(nèi)M1和M2型巨噬細(xì)胞的比例存在不平衡,促炎的M1型巨噬細(xì)胞數(shù)量>抗炎的M2型巨噬細(xì)胞數(shù)量,M1型巨噬細(xì)胞分泌多種炎癥因子促使VSMC增殖、遷移和細(xì)胞外基質(zhì)的合成[16]。經(jīng)ox-LDL處理的冠狀動脈平滑肌細(xì)胞以劑量依賴的方式上調(diào)骨橋蛋白和MMP-9的表達(dá),VSMC表現(xiàn)出高增殖和遷移的能力[17]。miRNA與人類疾病密切相關(guān),具有調(diào)節(jié)細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡和細(xì)胞分化等功能。最近有研究[18]發(fā)現(xiàn),ox-LDL能夠通過miRNA調(diào)節(jié)VSMC增殖,ox-LDL下調(diào)miRNA-4463并激活JNK和ERK信號通路從而增強VSMC的表型轉(zhuǎn)化。ox-LDL還能上調(diào)人動脈VSMC中miRNA-29b的表達(dá),導(dǎo)致MMP-2和MMP-9的表達(dá)增加[19]。此外,ox-LDL還具有干擾細(xì)胞周期的作用。ox-LDL促進(jìn)VSMC的增殖和遷移與內(nèi)源母系表達(dá)基因3有關(guān),敲低內(nèi)源母系表達(dá)基因3后細(xì)胞周期蛋白A和E的表達(dá)水平增加[20]。

3.4 高胰島素血癥

接受外源性胰島素治療的T1DM患者和T2DM伴肥胖、外源性胰島素用量大者普遍存在高胰島素血癥。作為一種強效促生長因子,高水平胰島素使內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂并刺激內(nèi)皮細(xì)胞釋放內(nèi)皮素(endothelin,ET),ET-1是目前已知最強的、分布最廣泛的內(nèi)源性縮血管物質(zhì),DM患者血液中的ET-1呈現(xiàn)高表達(dá),ET-1促進(jìn)了黏附分子的表達(dá),使血小板向血管壁聚集并促進(jìn)VSMC收縮、增殖和遷移[21]。ET-1還能上調(diào)結(jié)締組織生長因子的表達(dá),并通過RhoA/Rho激酶和MAPK/ERK信號通路導(dǎo)致VSMC增殖并參與細(xì)胞外基質(zhì)中膠原纖維的合成降解過程,從而引發(fā)DM血管重構(gòu)[22]。高水平胰島素能上調(diào)miRNA-208,繼而降低p21蛋白的表達(dá),使細(xì)胞周期從G0/G1期向S期轉(zhuǎn)化,導(dǎo)致VSMC增殖[23]。此外,高胰島素血癥和胰島素抵抗?fàn)顟B(tài)下可以顯著增強腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)刺激的VCAM-1表達(dá),增強胰島素樣生長因子-1、血小板衍生生長因子(platelet derived growth factor,PDGF)等促細(xì)胞分裂因子的活性,促進(jìn)VSMC的增殖、遷移和細(xì)胞外基質(zhì)增生[24]。

3.5 氧化應(yīng)激

氧化應(yīng)激是指自由基和抗氧化系統(tǒng)之間的失衡,越來越多的證據(jù)表明氧化應(yīng)激與DM血管重構(gòu)的產(chǎn)生密切相關(guān)。Brownlee[25]提出“DM血管并發(fā)癥的共同機制”學(xué)說,指出氧化應(yīng)激是高血糖引發(fā)血管損傷的共同基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。ROS是有氧應(yīng)激的活性產(chǎn)物,高血糖除了直接增加ROS的生成外,還可以通過AGE、多元醇、蛋白激酶C(protein kinase C,PKC)和己糖胺這4種代謝途徑促進(jìn)ROS的積累[26-27]。NADPH氧化酶(NADPH oxidase,Nox)是ROS的重要來源。Nox家族成員Nox1、Nox2、Nox4、Nox5存在于心血管組織中,其中Nox1促進(jìn)VSMC由收縮型轉(zhuǎn)化為合成型[28]。研究[29]發(fā)現(xiàn)AGE會上調(diào)細(xì)胞表面Nox1、Nox4、AGE受體的表達(dá)。AGE引發(fā)的氧化應(yīng)激是DM血管重構(gòu)的關(guān)鍵性步驟,主要通過AGE/AGE受體軸來發(fā)揮作用[30]。AGE與AGE受體結(jié)合后導(dǎo)致細(xì)胞產(chǎn)生ROS,ROS隨后激活血管壁細(xì)胞中氧化還原敏感的核因子-κB,上調(diào)ICAM和多種炎癥因子的表達(dá)[31],這些下游分子還可以刺激核因子-κB正反饋放大AGE與AGE受體結(jié)合后的分子效應(yīng),進(jìn)一步引起內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、VSMC增殖和血管通透性改變,導(dǎo)致血管重構(gòu)的發(fā)生[32]。另一項研究[33]表明Ca2+通過Nox5誘導(dǎo)VSMC產(chǎn)生更多的ROS,促使VSMC由收縮型向合成型轉(zhuǎn)化,從而導(dǎo)致血管重構(gòu),去除細(xì)胞外Ca2+或添加鈣通道阻滯劑可抑制VSMC增殖。與鈣通道一樣,隨著VSMC由收縮型轉(zhuǎn)化為合成型,鉀通道也發(fā)生了變化。KV1.3通道阻滯劑能抑制VSMC增殖、遷移和新生內(nèi)膜的增生,可作為VSMC參與血管重構(gòu)過程的抑制因子[34]。DM狀態(tài)下的氧化應(yīng)激引起的血管重構(gòu)還與PKC的激活有關(guān),高血糖使組織細(xì)胞內(nèi)二酰甘油增多,激活PKC,造成ROS的積累,ROS又可以反過來活化PKC,PKC是一種重要的細(xì)胞間信息物質(zhì),其激活可引起VSMC增殖、內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂和細(xì)胞外基質(zhì)的合成,導(dǎo)致血管重構(gòu)[35]。血管緊張素Ⅱ(angiotensin Ⅱ,AngⅡ)是腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)的主要效應(yīng)因子,AngⅡ可以誘導(dǎo)VSMC增殖、遷移和細(xì)胞外基質(zhì)的合成,此過程與氧化應(yīng)激關(guān)系較為密切。AngⅡ與受體結(jié)合后,促進(jìn)Nox1的表達(dá)、ROS的生成,激活PI3K/Akt和MAPK/ERK通路導(dǎo)致VSMC增殖、遷移、表型轉(zhuǎn)化[36]。AngⅡ受體阻滯劑的應(yīng)用有助于減輕炎癥過程和疾病進(jìn)展,為DM血管重構(gòu)的治療提供方向。NOD樣受體蛋白3(NOD-like receptor protein 3,NLRP3)炎癥小體在DM患者主動脈中高度表達(dá),且與動脈粥樣硬化的嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。已有研究[37]證實,NLRP3炎癥小體的激活有助于AngⅡ誘導(dǎo)的VSMC表型轉(zhuǎn)化和血管重構(gòu)。ROS是NLRP3的重要激活劑,Wang等[38]在T1DM小鼠腸系膜動脈中應(yīng)用了Nox4抑制劑后顯著降低了ROS介導(dǎo)的NLRP3炎癥反應(yīng)。

3.6 炎癥及細(xì)胞因子

DM是一種低度炎癥性疾病,多種炎癥因子相互影響、協(xié)同作用形成的復(fù)雜調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)在DM大血管病變的發(fā)生、發(fā)展中起到重要作用。除上文提到的ET-1、AngⅡ、黏附分子外,其他細(xì)胞因子如TNF-α、PDGF、TGF-β、白細(xì)胞介素(interleukin,IL)、血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子(vascular endothlial growth factor,VEGF)等與DM血管重構(gòu)密切相關(guān)。DM血管重構(gòu)可由一些細(xì)胞因子的生成或活性降低所引起。T2DM患者的血清TNF-α較健康人顯著升高,受損內(nèi)皮細(xì)胞分泌的TNF-α可抑制NOS的活性,使內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加,還可誘導(dǎo)ICAM、IL-1、IL-6等炎癥因子產(chǎn)生,加重血管局部炎癥反應(yīng)[39]。PDGF是一種重要的促有絲分裂劑,可加速T2DM患者主動脈中VSMC的增殖,TNF-α與VSMC上的受體結(jié)合后刺激PDGF分泌,促使VSMC增殖、遷移、細(xì)胞外基質(zhì)增生,導(dǎo)致血管內(nèi)膜增厚[40]。VEGF及其受體介導(dǎo)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)在減輕ROS對血管損傷和維持內(nèi)皮功能方面至關(guān)重要,研究[41]表明,高血糖狀態(tài)引起的ROS升高以配體非依賴性的方式促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞生長因子受體2(vascular endothlial growth factor receptor 2,VEGFR2)活化和隨后的降解,ROS會消耗細(xì)胞表面VEGFR2,VEGF-VEGFR2信號轉(zhuǎn)導(dǎo)受到抑制,最終引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂。此外,TGF-β是細(xì)胞外基質(zhì)的主要調(diào)節(jié)物,TGF-β可使血管外膜成纖維細(xì)胞增殖并轉(zhuǎn)化為肌成纖維細(xì)胞,肌成纖維細(xì)胞可分泌大量細(xì)胞蛋白水解酶,導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)合成和降解失衡,研究[42]證實此過程是通過激活TGF-β依賴性Smad信號通路,從而在DM血管重構(gòu)中發(fā)揮作用。

4 總結(jié)

綜上所述,血管重構(gòu)是DM大血管和微血管并發(fā)癥的病理基礎(chǔ),其相關(guān)作用機制十分復(fù)雜,仍需大量研究工作進(jìn)一步闡明(圖1)。嚴(yán)格控制血糖血脂、積極糾正高胰島素血癥、改善內(nèi)皮細(xì)胞功能、降低血管炎性反應(yīng),全方位、多靶點的治療模式可為DM血管并發(fā)癥的防治提供新思路,為開發(fā)高效、安全的靶向藥物提供理論依據(jù)。