妊娠糖尿病对子代心脏的影响*

马若嘉仇小强

妊娠糖尿病对子代心脏的影响*

马若嘉①仇小强②

妊娠糖尿病（GDM）是妊娠期间首次发现的糖尿病，不包括妊娠前已有糖尿病的孕妇，占妊娠合并糖尿病的80%左右。GDM是一种发生在妊娠中晚期的高危妊娠，由各种原因引起的胰岛素分泌不足或胰岛素抵抗所致的妊娠期特有的疾病。母体内的高血糖通过胎盘进入胎儿体内，促使胎儿胰岛B细胞增生肥大，分泌大量胰岛素，导致胎儿高胰岛素血症，宫内窘迫﹑胎死宫内﹑羊水过多﹑早产﹑难产等不良妊娠结局。胎儿体内高血糖和高胰岛素血症作用于心脏，引起心肌细胞增生肥大，导致胎儿心脏在结构和功能上发生改变，由此影响胎儿整体的生理功能。近年来随着妊娠糖尿病的发病率逐年增高，妊娠糖尿病引起的子代心脏缺陷的越来越受到重视，故本文就妊娠糖尿病对胎儿心脏的影响作一综述。

妊娠高血糖； 胎儿； 心脏； 凋亡； 氧化应激

妊娠糖尿病可导致多种心脏发育缺陷，如室间隔缺损﹑大动脉转位﹑右心室双流出道﹑法洛四联症﹑动脉干永存以及心肌病等[1]。在胚胎发育的早起，高血糖引起心脏血管的发生发育异常而导致心脏缺陷。一项研究发现，高血糖在胚胎发育时期可抑制血管丛的发展，导致血管直径较正常的狭窄引起异常血管的生成；高血糖还可以起左心房和有心室的心肌肥厚﹑心肌细胞糖原含量的减少；该研究中还发现心肌细胞产生过多的活性氧自由基可能是引起心肌细胞增生的一个重要原因[2]。GATA-4﹑NKx2.5﹑TBX-5是心脏发育早期重最重要的3个转录因子，三者的质或量的异常均能导致心脏发育的畸形。胎鼠正常发育过程中，心脏发育相关转录因子在特定的时间和区域按特定的趋势表达，在妊娠糖尿病孕鼠子代心脏发育过程中，GATA-4﹑NKx2.5﹑TBX-5表达的量﹑区域﹑时间均出现异常，引起胎鼠心脏圆锥干发育畸形，表现为左室流出道梗阻﹑室间隔缺损﹑动脉单干﹑心肌壁肥厚，心腔扩大等[3-5]。妊娠糖尿病发生的越早，血糖控制不佳对胎儿心脏发育影响越大。Chu[6]在娠糖尿病对胎儿心脏影响研究中发现，孕≥34周，胎儿室间隔厚度在收缩末期和舒张末期明显高于正常，且血糖控制较差的胎儿室间隔厚度比血糖控制良好的厚，尽管妊娠糖尿病孕妇血糖控制良好，室间隔厚度仍大于正常妊娠的胎儿；GDM胎儿心室壁厚度逐渐增厚，射血末期心室壁厚度明显高于对照组；孕28～34周，胎儿左心室和右心壁厚度比正常对照组增厚，与血糖控制是否良好无关。妊娠期糖尿病引起胎儿心肌不对称性肥厚，室间隔肥厚尤为突出，其次为右心室壁，镜下表现为心肌细胞排列紊乱，肌纤维肥大增粗。导致这种变化原因不明，可能是由于胎儿体内高胰岛素血症﹑及对胰岛素受体的亲和力和表达增加有关[7]。国内柳国胜等[8]的一系列研究发现，妊娠高血糖孕鼠的子代心脏发育畸形明显多于对照组，且心脏超微结构出现较大病理改变，表现为线粒体肿胀，内质网减少扩张，细胞间连接减少，肌束排列紊乱，胞核大小不一，核膜结构模糊，核染色质不均匀，包质电子密度较高，包膜结构不清，有细胞器崩解的迹象。

GDM造成胎鼠心脏解剖异常的机制目前还不清楚，大多学者认为与心肌细胞的过氧化应激相关。

1 妊娠糖尿病对胎儿心脏功能的影响

GDM除了对胎儿心脏解剖有重要影响外，子代心脏的收缩与舒张功能也不同程度受损，严重时可导致心力衰竭。GDM引起的肥厚性心肌病发病率可高达30%～50%[9-11]。高血糖对胎鼠心脏的作用的时间越长，影响越大，至妊娠中﹑晚期，尽管血糖控制良好，室间隔与心室壁的厚度仍明显大于正常组[12]。运用多普勒成像观察妊娠糖尿病子代心脏的研究中看到，糖尿病组的胎儿的心肌收缩运动速度﹑舒张早期最大运动速度﹑舒张晚期最大运动速度均下降，E/F值减小，右房室瓣环心肌运动速度大于左房室瓣环心肌运动速度，右室射血分数大于左室射血分数；相对于正常组，糖尿病组胎儿左室出量﹑心输出量﹑射血分数EF值明显升高[13]，这可能是由于心肌增厚造成心肌收缩增强所致[12]。上海复旦大学的研究发现，与正常对照组相比，GDM组房室瓣瓣环舒张早期速度明显降低，心室壁及房室瓣瓣环Em/Am比值降低，提示妊娠期糖尿病胎儿心室的主动舒张功能受损，心室的顺应性下降，血糖控制不佳时，舒张功能受损更严重，并与心肌肥厚程度成负相关[6，14]；孕妇血糖是否得到有效的控制对胎儿心脏功能的影响亦未见显著性差异，表明即使孕妇血糖水平控制良好，胎儿心脏的功能仍然有所改变，随着孕周的增加，差异更明显；GDM组胎儿心脏收缩功能增加，但舒张功能减弱更明显。GDM不仅影响胎儿心脏收缩与舒张功能，胎儿的基础心率明显高于正常妊娠的胎儿，并与出生时脐动脉的血糖浓度呈正相关。芬兰一项实验研究发现，由STZ诱导的妊娠糖尿病孕鼠模型中，子代心胸面积比﹑心脏大小﹑心肌细胞的增值﹑凋亡﹑有丝分裂活动及心脏基因的表达均出现不同程度改变；高血糖孕鼠子代心脏增大，心肌生长加速﹑心肌细胞明显增生；孕第13～14天，98%的高血糖孕鼠的子代全收缩期房室瓣的反流量及输出量明显减少，表明高血糖孕鼠子代心输出量较正常妊娠有所下降[15-16]。

2 氧化应激对妊娠糖尿病子代的作用

妊娠高血糖的氧化应激可发生在胎盘，而胎盘保护子代在母体高血糖的不利影响中发挥重要作用。母体胎盘富含氧化剂及抗氧化物质，在线粒体代谢活动增强时，胎盘的ROS生成增多，同时胎盘可以激活酶抗氧化系统和非酶抗氧化系统对抗自由基。妊娠糖尿病的胎盘中，黄嘌呤氧化酶﹑MDA﹑4-HNE的表达增多。一些研究数据发现，在基因敲除和化学诱导的1型糖尿病和2型糖尿病实验模型中，高血糖可引起宫腔内生成异常的ROS[17]。大量实验表明，妊娠糖尿病母体过氧化应激可引起胎儿的生物学功能障碍[18-20]。多种不同的糖尿病动物模型均证实ROS是导致子代先天畸形的重要原因，同时胚胎及胎儿体内相对不成熟的抗氧化系统减少促进了氧化应激的不利影响。在STZ和四氧嘧啶诱导的妊娠糖尿病实验模型中，均可发现胚胎或胎儿的ROS含量增多[21-23]。高血糖对母体的损伤与体内的ROS水平有关，且血糖值越高，损伤越明显[24]。有证据表明，一些致畸剂通过增加氧化应激影响胚胎发育。在人类和动物研究中表明，引起胎儿损伤的主要机制与高水平的电离辐射﹑酒精滥用﹑吸烟﹑缺氧等引起的氧化应激增强有关。基因敲除诱导的2型糖尿病大鼠模型中，心脏﹑大脑的脂质过氧化增强[25]。糖尿病大鼠子代血浆脂质过氧化水平有所提高[26]。对STZ诱导糖尿病大鼠的子代研究表明，心脏﹑肝脏﹑肾脏﹑大脑等器官谷胱甘肽及SOD浓度降低[27-28]。动物模型中，糖尿病条件下内源性的抗氧化酶活性明显下降[23]，同时还发现胚胎及胎儿肝脏中VE浓度下降[29]。综上可以有效的说明，母体高血糖可的导致子代多器官的氧化应激和硝化应激反应，可能与抗氧化酶受损或代偿反应改变有关。

妊娠糖尿病中，氧化应激参与机体内多种病理生理活动过程，如参与炎性细胞因子的调节﹑触发细胞凋亡﹑诱导血管基因的改变，活化核转录因子（NK-κB）并诱导其表达。

正常妊娠的胎盘组织，氧化应激诱导的细胞因子的表达和释放明显高于GDM[30]，所有妊娠过程中，应对氧化应激都是是通过增加细胞因子的释放获得脂肪组织，这可能是保护胎儿免受进一步伤害自适应机制的体现。氧化应激在心血管疾病中发病机制中发挥着重要的作用，通过诱导多种血管粘附分子的表达如VCAM-1﹑MCP-1等刺激血管内皮细胞及平滑肌细胞，促进动脉粥样硬化的发生和发展。氧化应激的产物可直接损伤内皮细胞，还能增加单核细胞及中性粒细胞对内皮细胞的粘附性及活性，增强血小板聚集的敏感性，引发或加重动脉粥样硬化[31]。氧化应激可触发细胞的凋亡，通过内源性凋亡途径﹑外源性凋亡途径﹑内质网凋亡途径介导细胞凋亡。高血糖上调p53基因，触发线粒体死亡途径级联反应，增加胎盘滋养层细胞的凋亡率[32]。氧化应激反应产生大量的ROS主要来源于：（1）心肌细胞缺血缺氧，能量供应不足，黄嘌呤氧化酶活性增强，生成ROS增多，缺氧时，线粒体有氧呼吸链酶活性减弱，电子传递障碍，有氧氧化过程受阻，从而产生ROS；（2）肾素血管紧张素醛固酮系统激活，大量分泌儿茶酚胺，炎性细胞因子生成和分泌增加，刺激血管内皮细胞，同时NADPH氧化酶被激活，导致心肌细胞ROS生成增加；（3）炎性细胞释放炎性介质激活补体系统进一步导致ROS的释放。机体内ROS生成增多，同时自由基清除减少，导致氧化应激的恶性循环，加重心肌细胞的损伤。ROS还可上调Bax的基因表达，激活caspase家族，促进细胞的凋亡。氧化应激在NO的产生过生和其生物利用度降低中起到重要作用，在不同组织中iNOS依赖性的NO生成增加。而且，额外的NO生成可改变NOS的功能，此外过多的ROS可引起NO生物利用率的下降及促进过氧硝亚基的形成。近年，研究妊娠糖尿病血管舒张的调节﹑血管重建及血管生成实验中，NO成的焦点。GDM患者，胎盘﹑胎盘动静脉﹑脐静脉内皮细胞的NO生成都有明显的增多[33-36]，GDM孕妇胎盘和脐血管内ROS的增加和NO的生成导致亚硝酸盐的形成。综上可以看出活性氮引起活性氧自由基增多，加剧GDM母体胎盘﹑脉管系统，胎儿脐带及胎儿的损伤。

3 高血糖诱导氧化应激损伤的机制

高血糖诱导氧化应激和组织细胞的损伤主要通过三种代谢机制，其中包括多元醇通路﹑蛋白激酶C﹑以及通过提高线粒体ROS的生成增加氧化应激的产物。多元醇通路通过多种机制导致ROS生成增加。正常情况下，醛糖还原酶对葡萄糖的亲和力低，然而，高血糖促进葡萄糖转化为多元醇山梨糖醇，由于山梨糖醇不能通过细胞膜在细胞内大量聚集导致细胞组织损伤[37]。山梨糖醇可经糖醇脱氢酶进一步的氧化，伴随NAD转化为NADPH，提高胞质NADPH/NAD的比值，抑制GAPDH活性，从而增加线粒体复杂呼吸链底物的有效性。抑制GAPDH活性也能提升AGEs的浓度[38-40]。多元醇通路还能导致NADPH﹑谷胱甘肽﹑抗氧化等价物的水平降低，从而引起细胞内ROS生产过剩。

PKC代表一个高度同源的家族，包括几种亚型，不同在于活化的条件及底物的特异性不同。一些同工酶（主要是β，Ô）在磷脂酰丝氨酸存在时，由糖酵解的中间产物1，2-二酰基甘油激活。激活的PKC亚型能诱导多种生物过程，包括细胞增殖和分化﹑离子的跨膜运输﹑葡萄糖和脂类的代谢﹑平滑肌收缩和基因的表达[41]。最近一项研究显示，糖尿病大鼠心肌细胞，高血糖激活的PKCβ2亚型在心脏和肠系膜动脉均有表达[42]。PKC促进线粒体NADPH氧化酶的活化，从而导致氧化应激事件的增加，一旦受到刺激，NADPH氧化酶减少谷胱甘肽水平，同时损伤细胞的抗氧化防御系统[43]。

大多数哺乳动物细胞的线粒体是ROS来源的主要场所，ROS的生成是由于在线粒体呼吸链氧化磷酸化过程中错误的偶联转移电子，一旦发生，ROS可以介导线粒体的损伤，同时在氧化还原信号传递过程中发挥重要作用。超氧化物不能通过线粒体膜，因此通过MnSOD转化成H2O2，随后氢自由基弥散至整个线粒体膜。正常的人类怀孕被认为是氧化应激增强，这是因为在胎盘线粒体内代谢活动增强，产生ROS，NADPH被氧化生成超氧化物，同时抗氧化清除能力发生改变。实验表明，活性氧水平增高是高血糖参与的线粒体形态发生改变所致[44]。

综上所述GDM可引起多种出生缺陷，以心血管缺陷常见，造成胎儿心脏解剖﹑收缩及舒张功能不同程度受损，严重危害胎儿健康。高血糖作用引起心肌细胞凋亡的具体机制尚不清楚，普遍认为与心肌细胞氧化应激增强﹑活性氧物质生成增多，脐动静脉内皮细胞功能障碍等因素相关连。

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Effect on Fetal Heart of Gestational Diabetes Mellitus

/MA Ruo-jia， QIU Xiao-qiang.//Medical Innovation of China，2014，11（19）：150-153

Gestational diabetes meilltus is a condition in which without previously diagnosed diabetes exhibit high blood glucose level during pregnancy， except pregestational diabetes or gestational impaired glucose tolerance，gestational diabetes meilltus accounts for more than 80%. GDM is one of the high risk pregancy during the third trimester caused by abnormal insulin secretion and insulin resistance. Maternal high blood glyucose through the placenta into the fetus in the womb， prompting fetal islet B cell proliferous hypertrophy， secrete large amounts of insulin， and lead to fetal hyperinsulinemia intrauterine distress， fetal intrauterine， hydramnios， preterm birth， dystocia and other adverse pregnancy outcomes. Hyperglycemia and hyperinsulinemia in the fetus cause myocardial cell proliferous hypertrophy，induce fetal heart on structure and function change， thus affecting the overall physiological function. In recent years，with the incidence of gestational diabetes increased， fetus heart defects caused by GDM has been taken more and more seriously， so this paper summarizes the influence on fetal heart of gestational diabetes.

Gestational hyperglycemia； Fetal； Heart； Apoptosis； Oxygen stress

10.3969/j.issn.1674-4985.2014.19.052

2014-03-27） （本文编辑：王宇）

广西自然科学基金重点项目（2010GXNSFD013054）

①桂林医学院 广西 桂林 541004

②广西医科大学

仇小强

First-author’s address： The Affiliated Hospital of Guilin Medical College， Guilin 541004， China