糖尿病周围神经病变发病机制研究

施晓红

摘 要 糖尿病周围神经病变（diabetic peripheral neuropathy，DPN）是糖尿病最常见的慢性并发症之一。根据国际糖尿病联盟的最新统计，2013年全球20～79岁成年人的糖尿病患病率为8.3%，患者人数已达3.82亿，预计到2035年，患者人数将达5.92亿。中国糖尿病患者数为9840万，居全球首位，到2035年将达1.43亿。无论1型或2型糖尿病，DPN发生率均很高，据调查60%～90%的糖尿病患者发生DPN。目前非外伤性截肢患者的50%～75%由DPN造成。近年来，研究认为DPN是由多种因素包括遗传因素引起糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱、血管异常、神经营养因子缺乏、氧化应激及免疫损伤所致，本文综述DPN的病因及可能的发病机制。

关键词 糖尿病 周围神经病变 氧化应激 炎症 肿瘤坏死因子

中图分类号：R587.2 文献标识码：A 文章编号：1006-1533（2016）02-0003-05

Research of the pathogenesis of diabetic peripheral neuropathy

SHI Xiaohong

（Department of Endocrinology， Jinshan Hospital affiliated to Fudan University， Shanghai 201508， China）

ABSTRACT Diabetic peripheral neuropathy （DPN） is one of the most common chronic complications of diabetes. According to the latest statistics of the International Diabetes Federation， the global prevalence of diabetes for the adults aged 20 to 79 was 8.3% in 2013 and the number of the patients reached 382 million， and will reach 592 million by 2035. The number of the diabetic patients was 98.4 million in China， ranking first in the world， and it will reach 143 million by 2035. Whether type 1 or type 2 diabetes， the incidence of DPN is high. According to the survey， 60% to 90% of the diabetic patients had DPN. Currently， 50% to 75% of the patients with non-traumatic amputation are due to DPN. In recent years， the research suggests that DPN is caused by many factors， including sugar， fat and protein metabolic disorders， vascular abnormalities， neurotrophic factors deficiency， oxidative stress and immune damage. This article reviews the etiologies and possible mechanisms of DPN.

KEY WORDS diabetes； diabetic peripheral neuropathy； oxidative stress； inflammation； tumor necrosis factor

糖尿病周围神经病变（diabetic peripheral neuropathy，DPN）是糖尿病最常见的慢性并发症之一。根据国际糖尿病联盟的最新统计，2013年全球20～79岁成年人的糖尿病患病率为8.3%，患者人数已达3.82亿，预计到2035年，患者人数将达5.92亿[1]。中国糖尿病患者数为9840万，居全球首位，到2035年将达1.43亿。无论1型或2型糖尿病，DPN发生率均很高，据调查，60%～90%的糖尿病患者发生DPN[2]。目前，非外伤性截肢患者的50%～75%由DPN造成。近年来，研究认为DPN是由多种因素包括遗传因素引起糖、脂肪、蛋白质代谢紊乱、血管异常、神经营养因子缺乏、氧化应激及免疫损伤所致，本文综述DPN病因及可能的发病机制。

1 代谢紊乱导致毒性作用

1.1 高血糖毒性

高血糖是DPN病变的发病基础，长期慢性高血糖可引起细胞内氧化应激反应，激发多元醇、己糖胺、蛋白激酶C（PKC）通路和增加细胞内外糖基化终末产物。这些物质的异常增加又激活了细胞内信号转导通路，改变基因表达及蛋白质功能，从而造成血管内皮细胞、神经元等细胞功能障碍，最终引发血管通透性异常、神经纤维血液供应障碍、神经纤维坏死或减少，导致DPN。

1.2 山梨醇/醛糖还原酶通路

高血糖时，正常糖酵解过程受阻，糖不能经正常途径分解，激活山梨醇通路。醛糖还原酶可促使高浓度葡萄糖转化为山梨醇，然后再被山梨醇脱氢酶转为果糖，并使半乳糖转化为卫茅醇。而山梨醇、卫茅醇及果糖都是高渗物质，在神经组织内积聚过多时可引起神经细胞内渗透压增高，造成水、钠潴留，导致神经细胞水肿、变性、坏死。同时，山梨醇在细胞内大量积聚，造成神经组织对肌醇摄取减少，最终使Na+-K+-ATP酶的活性下降，使神经细胞生理功能降低，传导速度减慢。另外，多元醇途径的过度活化还会消耗胞质中还原型尼克酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（NADPH）以及还原型谷胱甘肽（GSH），使细胞易受自由基损伤[3]。

1.3 非酶促蛋白糖基化

葡萄糖与蛋白质分子非酶促聚合，形成糖基化终末产物（AGEs），AGEs对细胞的毒性作用是通过与其特异性受体即糖基化终末产物受体（RAGE）结合实现。AGE和RAGE结合后，引发一连串的信号转导级联反应，激活下游通路，可以增加巨噬细胞吞噬神经髓磷脂、上调各种核因子（NF）如NF-κB介导的炎性反应基因、阻止NO依赖的扩血管和抗凝作用等[4]。对DPN患者行神经活检发现，晚期AGEs主要沉积于神经组织的轴突和髓鞘，其蓄积引起巨噬细胞特异性识别和摄取增加，造成神经细胞节段性脱髓鞘，破坏髓鞘完整性。在高血糖时，蛋白质和DNA发生的非酶糖基化，有可能改变蛋白活性和DNA完整性，从而影响蛋白和细胞功能。

1.4 脂代谢异常

由于糖尿病患者胰岛素相对或绝对缺乏，使脂肪分解加速而利用率减慢，导致神经组织脂代谢紊乱，如神经的脂质合成异常和构成髓鞘的脂质比例异常、亚油酸转化障碍、施旺细胞内脂质过度沉积等，这些变化早期就可引起神经传导速度减慢。脂代谢紊乱可以影响肌醇磷脂代谢，使其产物三磷酸肌醇和二酰甘油水平降低，两者作为第二信使，其调控细胞增殖功能也发生紊乱，DNA合成受抑，细胞增殖活力下降[5]。

1.5 己糖胺通路

己糖胺通路是机体正常糖代谢途径之一，在全身各组织中广泛存在，正常情况下仅1%～3%的葡萄糖进入该通路。高血糖时线粒体活性氧（ROS）产生增多，抑制了3-磷酸甘油醛脱氢酶（GAPDH）活性，导致氧化代谢产物堆积，其中6-磷酸果糖累积为6-磷酸果糖氨基转移酶（GFAT）提供了更多的作用底物，从而使己糖胺通路增强[6]。有研究发现，己糖胺通路的激活，促发了进行性的细胞功能障碍，导致神经功能受损和神经营养支持丧失。此外，己糖胺通路还可促使致病性细胞因子如肿瘤坏死因子α（TNF-α）、转化生长因子β（TGF-β）的表达增加，从而参与DPN的发生。

1.6 PKC通路

高血糖时ROS增多抑制了GAPDH活性，从而导致磷酸二羟丙酮（DHAP）向二酯酰甘油（DAG）转化增加，进而激活PKC途径。PKC通路激活可影响一系列血管功能，包括诱导纤维连接蛋白、层黏连蛋白和Ⅳ型胶原蛋白的合成增加，内皮细胞通透性增加，基底膜增厚和细胞外基质堆积[7]。PKC还可抑制NO合成酶，增加血栓素A2、内皮素-1、血管紧张素Ⅱ及纤溶酶原激活物抑制因子1（PAI-1）的活性和浓度，造成血管舒张功能障碍和高凝状态形成。PKC活化后会激活丝裂原活化蛋白激酶（MAPK），从而磷酸化转录因子，继而改变基因表达。这些生物效应均参与了DPN的发病过程。

2 氧化应激

高血糖作用产物糖胺自身氧化可产生大量自由基。另外，高血糖可引起血液黏稠度增高、组织缺血、缺氧，产生更多氧自由基，加重神经细胞损伤。同时，葡萄糖氧化可损坏线粒体电子传递链，从而产生大量的超氧化物和过氧化氢。超氧化物结合氮氧后会攻击或扰乱蛋白质和脂类，超氧化物还可以攻击铁硫中心的数种蛋白而抑制关键酶，包括呼吸链中的复合酶Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和三羧酸循环的关键酶。

在体内、外和动物实验中发现，高血糖可引起细胞内ROS生成增加，导致Na+-K+-ATP酶活性降低，阻滞神经节去极化，因而减慢了神经传导速度；另外，ROS还可通过降低NO合成及其生物学活性，或减少舒张血管作用的前列腺素生成，而导致内皮依赖性血管舒张功能下降[8]。ROS可活化许多信号转导通路，引起内皮细胞产生许多细胞因子，如TNF-α、TGF、血管内皮生长因子（VEGF）等，引起血管基底膜增厚，新生血管形成，使管腔狭窄和血管闭塞，导致神经内膜血流减少，引起神经内膜缺血和缺氧，从而损伤神经元和施旺细胞，最终使神经变性。氧化应激还可导致许多神经营养因子（neurotrophic factors，NTF）减少，如神经生长因子（NGF）和睫状神经营养因子等，从而减弱受损神经纤维的再生能力。

3 营养因子缺乏

NTF是机体产生的能促进神经细胞存活、生长、分化的一类蛋白质因子，具有引起神经元形态差异、加强神经再生和刺激神经递质表达等生理特征。它们由敏感神经元的靶组织释放，与特殊受体结合后，通过轴索逆向转运进入细胞体，可减少神经变性、刺激轴突生长以及促进神经再生。研究发现DPN患者和大鼠中多种NTF合成减少，可能参与了DPN的发病机制。

3.1 神经生长因子

NGF是一种多肽物质，是NTF家族中发现最早、研究最深入的一类生长因子，主要存在于交感神经元及部分感觉神经元所分布的靶区域内，能诱导神经递质合成、蛋白磷酸化、甲基化以及类似Ras蛋白的基因表达所需酶的合成，这是维持这些神经元正常功能所必需。

DPN最常累及的是感觉神经和交感神经，这恰与NGF作用的组织相吻合，提示DPN可能与NGF密切相关。给新生鼠注射NGF抗体，可以观察到交感神经细胞数目、大小及蛋白含量均减少。若给母鼠注射NGF抗体，则可导致其子鼠在胚胎期背根神经节细胞丢失，而无感觉神经生长，提示NGF对交感神经和感觉神经的生长发育和结构功能维持必不可少。此外，NGF还有促进细胞分化及创伤愈合的作用。NGF受体有两种，一种为低亲和力的p75型，另一种为高亲和力的TrkA型。研究发现NGF在DPN的发生、发展中起重要作用。首先，DPN的发生与NGF及其受体等蛋白表达减少关系密切。有报道糖尿病大鼠坐骨神经中NGF mRNA及蛋白水平明显降低，背根神经节中TrkA和p75蛋白表达亦减少，受NGF调控的一些基因表达产物，如P物质和降钙素基因相关肽的表达也大幅度减少[9]。其次，DPN时外周神经再生受到抑制。研究发现糖尿病大鼠坐骨神经损伤后，p75型受体在施旺细胞内反应延迟、表达减少，可能直接影响轴突髓鞘形成和轴突再生。有研究表明，将NGF通过单纯疱疹病毒基因转录至链脲菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠的背根神经结内，可增加NGF产生，从而抵抗DPN。有Ⅱ期临床研究用rhNGF治疗250例DPN患者，6个月后发现患者冷觉阈值有明显改善，对热、痛觉有临界改善，而其他只有改善趋势，证实NGF对DPN有治疗作用[10]。

3.2 胰岛素样生长因子

胰岛素样生长因子（insulin-like growth factors，IGFs）是一类具有胰岛素样作用的生长因子，其受体广泛存在于中枢和周围神经系统，具有促进神经生长和修复、促进胚胎发育的作用[11]。IGFs分I型和II型，IGF-I可以增加神经丝的合成，决定轴突和微管结构，形成轴浆转运的结构基础。研究发现，在DPN大鼠坐骨神经功能改变以前，其IGF-I的表达已减少，并观察到神经中IGF-I受体下调，提示IGF-I的mRNA和蛋白含量减少与大鼠周围神经的电生理和结构改变有关。动物实验发现，通过IGF治疗，可使原本减少的线粒体电子传递链增多，从而使更多的线粒体膜去极化以及合成更多的ATP。腓肠神经鞘内注射IGF-I可以使神经传导速度恢复，萎缩的有髓感觉轴突逆转。这些都表明IGF-I与DPN的发生有关。

3.3 神经营养因子-3

神经营养因子-3（neurotrophin-3，NT-3）是支持大直径感觉神经元的一种营养因子，能维持本体感觉和粗触觉（机械感受）。NT-3通过3-磷酸肌醇激酶通路的活化作用调节感觉神经元基因表达，通过调节线粒体膜电位起到营养交感神经元和大纤维感觉神经元的作用。NT-3合成减少及其高亲和力受体表达减少都有可能导致DPN发生。研究发现STZ诱导的糖尿病大鼠骨骼肌中NT-3基因表达下降，而补充外源性NT-3可恢复感觉神经元的传导速度。

4 微血管损害

周围神经由一系列纵横交错的血管网供血，称为神经滋养血管。神经外膜、神经内膜以及神经束膜内维管束间的血管紧密交联。微血管病变所致的神经缺血、缺氧是导致DPN的重要因素。维持神经纤维功能正常，不仅与神经元正常的结构和功能密切相关，还与神经纤维，特别是末梢神经纤维的血液供应密切相关，因为在组织缺血坏死的同时亦伴随神经纤维萎缩。在糖尿病早期，甚至在糖耐量降低时期，神经纤维束膜内的毛细血管已经存在损伤。在DPN中，神经外膜血管出现的结构异常包括动脉变细、静脉扩张、动静脉分流和新生血管形成，并伴有毛细血管壁基底膜增厚、内皮细胞增生、透明变性和去神经支配。穿神经束膜血管亦显示出去神经支配。神经外膜和束膜的动脉壁上有着丰富的交感神经末梢，而糖尿病患者神经滋养血管上的神经末梢发生退行性改变，导致神经内膜血流的神经调节受损。在实验性DPN模型中，应用VEGF治疗后病变可发生逆转，转入VEGF基因后病变部位的血管数和血流量可恢复至正常水平，同时VEGF的高表达促进了大、小纤维周围神经功能恢复，这也说明微血管损害在DPN发病中的作用[12]。

5 免疫因素

由于遗传背景的差异，部分DPN患者可能更易发生自身免疫紊乱，因此类似的血糖水平和病程对神经系统的影响也会有所不同。正常情况下，血-神经屏障的保护作用使循环中的T细胞处于免疫耐受状态，长期高血糖可破坏神经血管屏障，同时神经髓鞘蛋白糖基化后其抗原性发生改变，血循环或组织中的单核-巨噬细胞、中性粒细胞和神经系统的胶质细胞可特异性识别糖基化的神经髓鞘、暴露的外周神经抗原或胰腺和外周神经共同抗原，吞噬后可引起神经髓鞘脱失和自身抗原成分的进一步暴露。同时，活化的免疫细胞可过度表达一系列细胞因子，如TNF-α、白细胞介素1β（IL-1β）等，这些细胞因子一方面对神经元和神经胶质细胞存在毒性作用，导致脱髓鞘改变；另一方面刺激单核细胞、内皮细胞进一步分泌炎性物质，以放大或间接增强其本身效应，形成恶性循环。Yamakawa等[13]研究发现，TNF-α？/？糖尿病小鼠与非糖尿病小鼠比较，坐骨神经传导神经功能并无明显异常；在注射TNF-α抑制剂英夫利昔后，TNF-α+/+糖尿病小鼠血清和脊髓背根神经节中的TNF-α水平降低，电生理功能和生化缺陷得到改善。我们的研究也证实，TNF-α在DPN的发病机制中具有关键作用，抑制可溶性TNF融合蛋白（rhTNFR：Fc），可能是预防或治疗DPN的有用治疗策略[14]。

近年来，越来越多的研究表明，环氧合酶（COX）-2与糖尿病及DPN密切相关，在糖尿病大鼠胰腺组织和DPN大鼠坐骨神经中发现COX-2表达升高。高血糖使ROS表达增加，通过激活NF-κB使COX-2启动子活性增强，从而导致COX-2表达增加，进而损伤胰岛B细胞[15]。高血糖引起的COX-2信号通路改变在糖尿病周围神经功能障碍中起着至关重要的作用。高血糖可通过PKC、活性氧和晚期RAGE等多种途径的活化调节COX-2表达，使COX-2表达上调[16]。COX-2活化、表达上调后可促进前列腺素合成，并激活下游一系列炎症反应，导致神经细胞损伤和脱髓鞘，最终周围神经功能障碍。COX-2和其后的前列腺素E2的表达升高能诱导细胞凋亡分子如Bax、caspase-3、caspase-9等活化，最终导致细胞凋亡[17]。同时，COX-2自身激活能促进活性氧产生，导致糖尿病周围神经的氧化应激反应，从而导致雪旺细胞凋亡[18]。此外，COX-2抑制剂可以改善DPN大鼠神经传导速度和神经内膜缺血症状，对周围神经起保护作用。在糖尿病及其并发症的发生过程中，由高血糖状态引发的多种原因诱导COX-2产生，从而进一步激活其介导的炎症反应，进而导致机体损伤。

除了以上常见的、重要的炎症因子，还有许多炎症因子如IL-6、干扰素-γ、C反应蛋白、黏附因子、IL-1、IL-10、IL-12、MCP-1、脂肪因子等都参与了糖尿病及DPN的发生过程，它们的机制也有待于进一步研究阐明。总之，炎症反应在糖尿病及DPN的发生过程中扮演着重要角色，是造成组织及神经损伤的重要原因之一。

目前认为DPN的发生是在遗传背景基础上多因素综合作用的结果，其中高血糖引起的代谢紊乱是发病的核心，其他包括氧化应激、血管障碍、免疫损伤都是在此基础上发生的，所以临床上对DPN的治疗不能单纯控制血糖，还要针对其他作用机制。随着对DPN发病机制的研究深入，必将能克服这一顽症。

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（收稿日期：2015-11-09）