氧化应激与糖尿病心肌病的研究进展

吕琳，于珮综述 于德民审校

综 述

氧化应激与糖尿病心肌病的研究进展

吕琳，于珮综述 于德民审校

氧化应激；糖尿病心肌病；中药

目前糖尿病的心血管并发症已成为糖尿病患者的主要死因。越来越多的证据表明，糖尿病导致的心脏功能和结构的改变独立于高血压、冠状动脉疾病和其他已知的心脏疾病。糖尿病心肌病早期表现为无症状的舒张功能障碍，逐渐发展为心室顺应性下降、收缩功能受损，最终导致充血性心力衰竭。其发生、发展主要与多元醇通路、晚期糖基化终产物(AGEs )、蛋白激酶C(PKC)通路、己糖胺通路有关，而氧化应激是各通路激活的中心环节[1]。随着氧化应激机制研究的逐步深入，近年来，糖尿病心肌病中西医治疗均已取得一定的成果。本文就氧化应激与糖尿病心肌病的研究进展综述如下。

1 糖尿病心肌的氧化应激状态

大量的实验室和临床研究均已证实，1型和2型糖尿病的活性氧簇(reactive oxygen species，ROS)均产生增多，氧化应激与糖尿病的发生及其并发症(包括糖尿病心肌病)密切相关。线粒体的氧化应激增强是糖尿病组织损伤的始动因素。氧化—抗氧化体系的失衡导致了氧化应激的出现。高血糖和胰岛素抵抗使葡萄糖和脂肪酸氧化作用增加引起氧化应激，致使线粒体内ROS大量堆积。氧化应激又加重糖尿病的代谢紊乱，如此恶性循环，糖尿病的并发症便不断恶化。糖尿病本身的抗氧化防御作用减弱进一步增强氧化应激的程度[2]。

1.1 ROS的来源 目前糖尿病心肌ROS的确切来源尚未完全明确，已知的来源包括线粒体呼吸链、NADPH氧化酶(NADPH oxidases，Nox)、黄嘌呤氧化酶、一氧化氮合酶(nitric oxide synthase，NOS)。

1.1.3 黄嘌呤氧化酶：黄嘌呤氧化还原酶可催化次黄嘌呤脱羧基氧化为黄嘌呤，并可继续催化黄嘌呤被氧化为尿酸。依据作用底物不同，该酶存在2种形式，脱氢酶形式优先使用NAD+作为电子受体，也可以提供电子给氧分子。通过蛋白水解和巯基氧化，哺乳动物来源的黄嘌呤脱氢酶可以转换为氧化酶的形式，后者很容易提供电子给氧分子，由此产生超氧阴离子和过氧化氢不伴有NAD+的减少。借助黄嘌呤氧化酶抑制剂别嘌醇的大量研究显示，黄嘌呤氧化酶来源的ROS在慢性心力衰竭中起着重要作用[7]。黄嘌呤氧化酶在糖尿病自由基的生成中也扮演着重要的角色。1型糖尿病患者的血浆和肝脏黄嘌呤氧化酶和内皮自由基产生增多，别嘌醇可阻断这种改变。糖尿病小鼠心肌的黄嘌呤氧化酶活性增强，ROS产生增多，均可以通过别嘌醇的干预得到改善，因此黄嘌呤氧化酶是糖尿病心肌ROS的重要来源[8]。

1.1.4 一氧化氮合酶(NOS)：NOS是一组酶的统称，其负责将精氨酸中的氮原子，在氧气及其他辅助因素存在的环境下合成一氧化氮(NO)，辅助因素包括烟NADPH、黄素腺嘌呤二核苷酸(FAD)、黄素单核苷酸(FMN)、亚铁血红素及四氢生物蝶呤(BH4)。NOS有3种异构体，分别为神经型一氧化氮合酶(nNOS)、诱导型一氧化氮合酶(iNOS)和内皮型一氧化氮合酶(eNOS)。其中巨噬细胞的iNOS在参与的免疫反应中发挥重要的作用。近年来发现，也存在于心血管系统，与其他NOS不同的是只在细胞受到刺激而被激活后才发挥功效，并且所生成的NO数量亦较多。证据表明，NOS(尤其是iNOS)参与了心脏的氧化应激。对链脲佐菌素造模的糖尿病小鼠心脏的eNOS和 iNOS的研究发现，伴随心脏功能的下降，与非糖尿病组比较二者活性和氧化应激程度均明显增加[9]。对糖尿病大鼠心脏缺氧复氧的研究发现，只有糖尿病大鼠心脏表达iNOS，eNOS表达程度与非糖尿病大鼠相同。非选择性NOS抑制剂L-NAME、iNOS抑制剂L-NIL 及ROS清除剂硫脲均可显著改善糖尿病心脏的缺氧后舒张功能障碍[10]。

1.2 抗氧化作用减弱 正常状态下，机体的氧化—抗氧化体系处于平衡状态。抗氧化体系包括抗氧化酶和抗氧化物质。细胞内的抗氧化酶主要有超氧化物歧化酶(super oxide dismutase，SOD)、过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶、血红素氧化酶、硫氧还原蛋白。这些酶具有特异性，各自催化特定的反应。而抗氧化物质为非特异性的抗氧化剂，如α-生育酚(维生素E)、抗坏血酸(维生素C)、α-硫辛酸等。糖尿病大鼠心肌Mn-SOD和谷胱甘肽过氧化物酶活性减弱[11]。大量临床研究也显示，糖尿病患者的各种抗氧化酶活性降低。近年来发现，2型糖尿病模型动物组织的α-硫辛酸浓度降低，这与内源性α-硫辛酸合成减少有关，究其原因是由于硫辛酸合成酶(lipoic acid synthase，LASY)的缺陷[12]。

2 糖尿病心肌病氧化应激损伤的机制

2.1 多元醇通路 慢性高血糖可激活多元醇通路。醛糖还原酶的活性增强，使细胞内葡萄糖转变成山梨醇，与此同时NADPH氧化为NADP+。 NADPH是还原型谷胱甘肽再生必不可少的一种辅因子，而还原型谷胱甘肽是ROS重要的清除剂。多元醇通路增加NADPH的消耗，从而扰乱细胞的氧化还原平衡。随之增加的氧化应激会导致DNA损伤及心肌细胞的凋亡。山梨糖醇也可以引起蛋白糖基化，导致AGEs的形成，造成组织损伤[13]。

2.2 AGEs AGEs 由葡萄糖非酶化反应产生，损伤心肌主要通过以下方式：(1)AGEs修饰的蛋白质失去原有功能；(2)细胞外基质分子被AGEs修饰后，与其细胞表面受体的相互作用发生异常；(3)AGEs可通过与其受体结合和上调受体发挥对心肌有害的影响，诱导ROS 产生增多，这导致一些转录因子活化，如核因子-κB(huclear factor kappa B，NF-κB)。NF-kB反过来触发几个通路，诱导促炎细胞因子如肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor，TNF-α)、TGF-β、Bcl-2、血管细胞黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)的表达，导致心肌发生炎性反应、纤维化、心肌肥大、心肌细胞凋亡等损伤。慢性高血糖诱导的氧化应激能够增加糖尿病受试者AGEs水平[14]。AGEs可共价交联细胞内、外的蛋白，这是引起糖尿病慢性并发症的关键因素。胶原蛋白和弹性蛋白的交联增加了心肌僵硬度，从而使心脏舒张功能受损[15]。

2.3 PKC通路激活 高血糖使心肌细胞、血管内皮细胞以及平滑肌细胞中的二酰甘油(DAG)从头合成增加，进而激活PKC。PKC激活触发多个通路：eNOS减少、内皮素-1(endothelin-1，ET-1)增多，引起血流动力学异常；TGF-β增多，促进胶原沉积，导致心肌纤维化；NF-κB活化引起一系列心肌损伤；激活NOS，加重氧化应激。PKC通路的激活导致微血管功能障碍，间质胶原沉积，心肌细胞凋亡等多种病理生理途径[16]。

2.4 己糖胺通路激活 正常情况下，仅有3%～5%葡萄糖是通过己糖胺旁路代谢的。而慢性高血糖可使己糖胺旁路活化。己糖胺旁路的活化引起肌浆网内钙储备的减少，扰乱了正常心肌细胞的钙离子流，这将导致心肌的舒张功能障碍[17]。己糖胺旁路的活化还可导致心肌细胞凋亡增加[18]。

3 抗氧化治疗的现状

目前，越来越多抗氧化剂在糖尿病心力衰竭的实验模型中显示出保护性作用。具有抗氧化成分的多种中药也在实验模型和临床试验中展现出明显的治疗优势。另外，基因治疗也大有潜力。

3.1 2，2，6，6-四甲基-4-羟基呱啶氮氧自由基(tempol) tempol是具有膜渗透性的SOD类似物，具有减弱过氧亚硝酸盐和ROS的作用。tempol治疗可减轻STZ诱导糖尿病的心肌肥大和纤维化；可改善糖原合成酶3β(Glycogen synthase kinase 3β，GSK3β)的失活，从而阻止核因子ATc3(huclear factor of activated T-cells cytoplasmic 3，NFATc3)的转录，并且减弱PKCβ2和p38 丝裂原活化蛋白激酶(mitogen activated protein kinase，MAPK)信号通路。心脏的ROS减少和p22 phox的表达降低，说明tempol的作用是通过减弱氧化应激实现的[19]。

3.2 曲美他嗪 曲美他嗪是一种具有抗氧化特性的抗心绞痛药物，它可使心肌能量代谢由游离脂肪酸氧化转化成葡萄糖氧化。该药物对有缺血性和特发性扩张型心肌病的糖尿病心力衰竭患者疗效显著[20]。动物研究显示，曲美他嗪通过减弱脂毒性和心脏增强的氧化应激状态改善心肌功能，并抑制糖尿病心肌病的进展[21]。

3.3 依达拉奉 依达拉奉(3 -甲基-1-苯基-2 -吡唑啉-5-酮)是一种自由基清除剂，能够捕获羟自由基。依达拉奉通过抑制氧化应激改善大鼠急性心肌炎[22]。依达拉奉还可有效地降低2型糖尿病大鼠左心室心肌iNOS的活性和保护线粒体的超微结构[23]。因此，依达拉奉对糖尿病动物的心脏有保护作用。

3.4 中医药治疗 糖尿病心肌病归属于中医学的“心悸”“怔忡”“胸痹”等范畴。病因病机研究主要集中在血瘀、浊毒方面。多年临床研究认为，血瘀在前, 血瘀则血脉不通, 血液瘀滞。心主血脉，血脉不通，心血瘀阻，血行不利则致糖尿病心肌病。瘀久化浊致毒。因此活血祛瘀、化浊解毒是糖尿病心肌病的主要治法[24]。中药治疗糖尿病心肌病除抗氧化外，还有多靶点、整体调节的特点。

3.4.1 人参总皂苷：是人参的主要活性成分，具有抗氧化作用。谷金宁等[25]通过质谱的代谢组学方法证实人参总皂苷降低了糖尿病心肌病大鼠心肌超微结构损伤，并改善其血脂、血糖及心肌氧化应激水平。通心络为糖尿病心肌病的临床常用复方制剂，主要成分为人参、水蛭、全蝎、檀香、土鳖虫、蜈蚣、蝉蜕等。多项基础实验和临床试验均证实其抗氧化作用，其增加抗氧化酶活性、降低患者血清氧化应激及炎性反应水平[26，27]，可改善大鼠心肌胶原沉积，有效减少心肌细胞凋亡[28，29]。

3.4.2 白藜芦醇：是存在于虎杖、藜芦等中药材中的多酚类化合物。它作为一种强效的体内抗氧化剂，有明确的心脏保护作用。白藜芦醇可上调硫氧还原蛋白-1(thioredoxin-1，Trx-1)，一氧化氮/血红素加氧酶1和血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)，增加Mn-SOD活性以及降低血糖水平[30]，还可下调2型糖尿病大鼠心肌p22phox蛋白过度表达，减轻氧化应激，发挥对糖尿病心肌的保护作用[31]。

3.4.3 柚皮苷：又称柚甙、柑橘甙、异橙皮甙等，是一种双氢黄酮类化合物，中药材以骨碎补、香橼、枳实、枳壳、橘红中含量较高。根据中医“消补兼施、同治心络中痰瘀”的理论，邓铁涛方剂中擅用理气健脾中药化橘红治疗糖尿病心肌病。柚皮苷对糖脂代谢调节、抗炎、抗氧化应激和心肌保护等方面具有明显作用。柚皮苷能有效地改善糖尿病心肌病大鼠心肌组织病理形态学，下调PKC 表达，具有确切的心肌保护作用[32，33]。

3.4.4 姜黄素：是中药姜黄中提取的酚性有效单体，具有抗炎、抗氧化、抗肿瘤、抗纤维化的作用。姜黄素可通过上调糖尿病心肌病大鼠心肌miRNA-146a的表达，抑制糖尿病大鼠心肌NF-κB的表达，改善心肌纤维化[34，35]。

3.4.5 小檗碱：是黄连等中药的主要有效成分，具有抗氧化作用。小檗碱可改善糖尿病心肌病心脏舒张和收缩功能，抑制心肌肥厚和心室重构[36]。

3.4.6 水飞蓟素：是从水飞蓟的种子中提取得到的抗氧化生物活性成分。水飞蓟素可通过调节Bcl-2、Bax、Caspase-3和Cyt-C的水平，对糖尿病大鼠心肌组织发挥保护作用[37]。

3.5 其他药物 最近发现其他药物如α-硫辛酸、别嘌醇、核黄素、木犀草素、阿魏酸钠以及NOS抑制剂等对糖尿病心肌病也是有效的。

3.6 基因治疗 硫氧还原蛋白系统是主要的硫醇还原性抗氧化系统中的一员。在不同形式的硫氧还原蛋白中，12 kDa的细胞内Trx-1是目前研究最多的。Trx-1除了具有抗氧化作用外，还是一种生长调节剂、转录因子调节剂和辅因子。最近的研究证明，Trx-1基因治疗缺血性糖尿病心肌显著减少ROS的产生，减弱氧化应激，从而减少心肌细胞和内皮细胞的细胞凋亡，并增加VEGF的表达[38]。另外，针对糖尿病LASY缺陷的基因治疗目前正处于试验阶段[39]。

4 小 结

氧化应激在糖尿病心肌病发生、发展中起着关键作用，中西医治疗均已取得一定成果。关于糖尿病心肌病氧化应激机制的深入研究仍在进行中，希望新的研究成果能够为糖尿病心肌病这一严重威胁糖尿病患者生活质量的疾病提供更多、更有效的治疗选择。

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第九届“中国医师奖”颁奖大会在京隆重举行

6月26日，第九届“中国医师奖”颁奖大会在北京人民大会堂隆重举行。国家卫生计生委、国家中医药管理局、民政部、中国医师协会及相关单位代表近800人参加了颁奖活动，来自医疗卫生临床工作一线的80位医师获得第九届“中国医师奖”。中国医师协会遵循公正、公开、公平的原则，严格按照“中国医师奖评选办法”规定的评选程序，组织了此次评选活动。在全面掌握评选条件前提下，本届评选更加注重医德、医风及职业道德。同时，在综合考虑基层医师、全科医师及各专业分布的基础上，研究确定了各推荐单位的名额分配，候选人均来自临床一线，获奖医师中有全国及省市人大代表、全国政协委员、两院院士、全国三八红旗手及全国五一劳动奖章获得者。其中有3名全国最美乡村医师、22名基层医师、8名分属于5个不同少数民族的医师，以及多名在民营医院作出突出贡献的医师，较好地体现了先进性、公正性、代表性的要求。在颁奖大会上，中国医师协会发出倡议，号召全国400万医师向获奖者学习。学习他们以维护人民群众健康为己任的优秀思想；刻苦钻研、精益求精、严谨求实的敬业态度；廉洁行医、平等仁爱、真诚重义的高尚医德；尊重患者、理解患者、关爱患者的职业情操。

国家自然科学基金资助项目(No.81300663)

300070 天津医科大学代谢病医院肾病透析科/卫生部及天津市激素与发育重点实验室

于德民，E-mail:yudemintij@126.com

10.3969 / j.issn.1671-6450.2014.08.037

2014-03-17)