糖尿病心肌对常规保护措施抵抗机制的研究进展

方颖慧（综述），袁 媛，龙 村（审校）

·综 述·

糖尿病心肌对常规保护措施抵抗机制的研究进展

方颖慧（综述），袁 媛，龙 村（审校）

糖尿病；心脏手术；心肌保护；信号通路；线粒体；抵抗机制

随着生活水平提高和生活方式的改变，近年来糖尿病的发病率增长加快，到2011年全球糖尿病患者约3.66亿，到2030年可能增加到5.52亿。糖尿病为心血管疾病的重要危险因素，其发生缺血性心脏病是非糖尿病患者的2～3倍，糖尿病患者行冠状动脉旁路移植术后具有更高的死亡率［1］。因此，糖尿病患者行心脏手术时的心肌保护成为亟待解决的问题。

然而，对于糖尿病心肌的心肌保护的研究却未得到理想的效果。在临床研究中，心肌梗死24 h前的心绞痛为其后的急性心肌梗死提供了天然的类似缺血预处理（Ischemic preconditioning，IPC）的作用，与梗死前没有心绞痛症状的患者相比心肌损伤较轻、预后较好［2］，但此效应在糖尿病患者中未观察到。提示糖尿病患者对缺血预处理的保护作用抵抗。在动物实验中，糖尿病心肌对各种心肌保护措施，如IPC、缺血后处理（Ischemic postconditioning，IPOST）、吸入麻醉药、二氮嗪、红细胞生成素（Erythropoietin，EPO）的心肌保护作用抵抗［3-6］。因此，糖尿病心肌的心肌保护成为临床工作中的难题。

很多研究发现，糖尿病心肌的信号通路异常、线粒体功能障碍。为了探索针对糖尿病心肌的可能的保护措施和靶点，本文从保护性信号通路改变及线粒体改变两个方面综述糖尿病心肌对保护性措施抵抗的机制，为糖尿病心肌的心肌保护提供思路和方向。

1 糖尿病心肌的信号通路改变

常规的心肌保护措施多是通过再灌注损伤补救激酶（Reperfusion injury salvage kinase，RISK）通路和生存活化因子增强途径（Survivor activating factor enhancement，SAFE）通路最终抑制线粒体通透性转换孔（Mitochondrial permeability transition pore，mPTP）开放或开放线粒体ATP敏感性钾通道（Mitochondrial ATP-sensitive potasium channels，Mito-KATP）起到心肌保护作用的。然而，糖尿病心肌由于代谢重塑导致保护性信号通路在不同水平发生了改变，导致糖尿病心肌更易受到缺血损伤，并且在保护性措施的刺激下不能相应发生应答，最终导致糖尿病心肌对保护性措施抵抗。

1.1 RISK信号通路 RISK信号通路是一组促存活蛋白激酶，包括磷脂酰肌醇-3-激酶（Phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K）、蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB）又称Akt、细胞外信号调节激酶1/2（Extracellular signal-regulated kinase，ERK1/2）、糖原合成酶激酶3-β（Glycogen synthase kinase，GSK3 -β）及人第10号染色体缺失的磷酸酶及张力蛋白同源的基因（Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）等。正常心肌中，IPC、IPOST及药物处理等保护措施可通过激活或抑制这些信号分子进而起到心肌保护作用，而信号通路异常是糖尿病心肌对保护措施抵抗的重要原因。

PI3K/Akt异常是糖尿病心肌对IPC的保护作用抵抗的重要原因之一。Tsang等［7］对Ⅱ型糖尿病大鼠的研究中观察到Akt磷酸化水平降低，一个循环的缺血5 min再灌注10 min预处理未能起到保护作用，而加大预处理的强度，即三个循环的预处理可通过增加Akt的磷酸化水平而减少糖尿病心肌的梗死面积，并且提示糖尿病心肌对常规的缺血预处理抵抗的原因可能是PI3K/Akt通路的下调。Sivaraman等［8］在糖尿病患者心肌组织缺氧复氧模型中亦得到相同结论，即糖尿病患者的心肌在足够强度的预处理刺激下仍可通过上调Akt磷酸化水平得到保护。但是Ghosh等［9］在糖尿病患者心房组织的缺氧复氧模型中三个循环的IPC并没有观察到保护作用。这可能与其15 min的缺氧时间激活了细胞死亡程序有关，或者与其组织处理方式和实验观察指标不同有关。总而言之，糖尿病心肌由于心肌保护阈值的升高，需要更高强度的保护措施起到心肌保护作用。

PTEN是PI3K/Akt通路的负性调节因子。高血糖可导致活性氧和活性氮生成进而上调PTEN，从而拮抗Akt［10］。Mocanu［11］的实验中发现Goto-Kakizaki（GK）大鼠心肌PTEN水平上调。Wang［12］也在糖尿病患者中发现，高糖和氧化应激导致PTEN上调，Akt磷酸化水平下降。因此，在糖尿病心肌中，PTEN上调抑制PI3K/Akt通路，可能是糖尿病心肌对保护措施抵抗的原因［13］，使之失活可增加心肌缺血和再灌注损伤后的存活。

ERK1/2在慢性糖尿病心肌模型对缺血敏感性和对保护性措施的反应性中起到重要的作用。在慢性糖尿病大鼠模型中ERK1/2的磷酸化水平降低，进而导致心肌对缺血再灌注损伤更加敏感［14］。在正常心肌中，IPOST通过上调ERK1/2起到心肌保护作用。然而链脲霉素（Streptozotocin，STZ）诱导的糖尿病模型中心肌ERK1/2的水平不能相应上调，从而对心肌保护措施抵抗［4］。瑞芬太尼预处理亦未能恢复糖尿病心肌ERK1/2的磷酸化水平，从而不能抑制缺血再灌注导致的凋亡［15］。

Juhaszova［16］第一次报道了糖原合成酶激酶3-β（Glycogen synthase kinase，GSK3-β）的活性是决定mPTP开放阈值的因素之一，抑制GSK3-β的活性可抑制mPTP的开放。而糖尿病心肌GSK3-β的活性是正常情况下的两倍多［17］，可能是糖尿病心肌对心肌保护措施抵抗的原因。有研究报道，GSK3-β抑制剂预处理对单次注射STZ诱导的糖尿病大鼠有心肌保护作用［17］。Gross［18］在实验中使用GSK3-β抑制剂，可减小STZ糖尿病大鼠心肌缺血再灌注损伤，在正常心肌和糖尿病心肌都有效。提示GSK3 -β及其下游通路仍是完整的，可成为保护糖尿病心肌的重要手段和研究靶点。

1.2 SAFE信号通路 SAFE通路是RISK通路之外较新的一条保护性信号通路，主要包括Janus激酶（Janus kinase，JAK）和转录激活因子3（Signal transducer and activator of transcription，STAT3）。正常心肌中，JAK/STAT的激活在IPC、IPOST中起到重要的作用［19］。

然而，糖尿病心肌中JAK-2的磷酸化水平降低，阿片类受体激动剂和EPO在正常心肌可通过JAK-2介导心肌保护作用，但是在自发性Ⅱ型糖尿病（OLETF）大鼠模型中未能有效提高JAK-2的磷酸化水平而起到心肌保护作用［20］。Hotta［20］在实验中发现，糖尿病心肌中血管紧张素Ⅱ一型受体（AngiotensinⅡtype 1，AT1）介导钙神经素活性上调，从而导致了JAK-2磷酸化障碍，可能是糖尿病心肌对IPC抵抗的原因。通过2周的AT1受体抑制剂缬沙坦处理后，钙神经素恢复正常，促红素对心肌的保护作用恢复。另外，糖尿病心肌中内质网应激和JAK-2激活障碍，可导致ERK和GSK3-β信号通路异常，进而对EPO的心肌保护作用抵抗［21］。

STAT3是RISK通路之外的心肌IPC和IPOST的效应因子，其下调可损害IPC和IPOST的保护作用。STAT3缺陷的小鼠表现为心功能障碍，并且更易受到缺血再灌注损伤［22］。虽然尚无直接证据证明STAT3在人类糖尿病心肌中的表达及活性水平如何。然而，Drenger的研究提示，STAT3下调可能是糖尿病大鼠心肌对IPOST抵抗的原因［23］。因此，提高STAT3的磷酸化水平，可能恢复糖尿病心肌对IPOST的反应性。STAT3在人类糖尿病心肌对各种保护性措施的反应性中起什么样的作用，尚需进一步研究。

2 线粒体功能异常

糖尿病时，由于胰岛素抵抗，活性氧产生过多及脱偶联蛋白激活，导致心肌线粒体功能障碍［24］。Mito-KATP和mPTP在糖尿病心肌中受损，而这两个通道是IPC心肌保护的重要效应器。

Mito-KATP是通过降低线粒体膜电位从而降低线粒体在缺血再灌注时Ca2+蓄积。然而，糖尿病状态下Mito-KATP功能异常［25］，其开放剂二氮嗪预处理未能为糖尿病患者心肌提供保护作用。但激活Mito-KATP的下游蛋白激酶PKC和p38MAPK可起到对糖尿病心肌的保护作用［26］。另外，外源性补充一氧化氮（NO）或者抑制内源性NO生成，可以对糖尿病患者的心肌细胞起到保护作用［27］，NO位于Mito-KATP下游和p38MAPK的上游，说明Mito-KATP下游通路在糖尿病心肌中仍是完整的。

mPTP是保护性信号通路的最终靶点，心肌缺血再灌注时氧化应激及钙超载等导致mPTP开放。mPTP开放导致线粒体肿胀、破裂，线粒体内细胞色素C等促凋亡物质释放入细胞质，进而导致细胞凋亡坏死。有研究报道，在糖尿病大鼠心肌中发现内质网应激增加，导致PI3K/Akt，ERK，及GSK3-β信号分子的改变，最终导致了mPTP功能障碍，进而导致对心肌保护措施抵抗［21］。线粒体钙储备能力（Calcium retention capacity，CRC）为mPTP开放阈值的指标，EPO可保持正常Wistar大鼠心肌缺血再灌注时的CRC水平，而此作用在糖尿病GK大鼠中无效［28］，提示mPTP受损为糖尿病心肌对保护措施抵抗的重要原因。

3 展 望

综述以上研究，针对糖尿病心肌的心肌保护可从以下几个方面进一步研究。

首先，由于糖尿病心肌的保护性信号通路磷酸化水平降低，其得到保护所需要的阈值升高，需要更大强度的保护性措施起到心肌保护作用。因此，在安全范围内需要多大强度的保护措施能对糖尿病心肌起到心肌保护作用需要进一步研究。

其次，GSK3-β及Mito-KATP下游通路仍是完整的。因此，针对GSK3-β或Mito-KATP下游通路的保护性药物可以尝试用于糖尿病的心肌保护。

一些抗糖尿病药物可恢复糖尿病心肌对保护措施的反应性。吡格列酮，可恢复IPC对糖尿病大鼠心肌的保护作用，从而减少再灌注心律失常。二甲双胍在降血糖的作用之外，可降低糖尿病和非糖尿病大鼠心肌的梗死面积［29］。亦有临床研究发现服用二甲双胍的患者心肌梗死的发生率降低［30］。格列美脲可恢复糖尿病大鼠心脏对IPC保护作用的反应性。因此，抗糖尿病药物的心肌保护具有很好的应用前景，其作用机制需要进一步研究。

总之，糖尿病作为心血管疾病重要的危险因素，其对心肌的影响非常复杂，需要更多的研究去认识糖尿病心肌改变的机制，以便发现心肌保护的有效靶点，为临床应用提供思路和方法。

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