糖尿病心肌缺血调节作用受损机制及其临床治疗

曾诚，夏中元

(武汉大学人民医院麻醉科，湖北 武汉 430060)

糖尿病心肌缺血调节作用受损机制及其临床治疗

曾诚，夏中元

(武汉大学人民医院麻醉科，湖北 武汉 430060)

缺血再灌注损伤(IRI)以缺血缺氧、随后血流恢复为特征，引起组织器官的不可逆转的损伤。缺血再灌注损伤的发病机制复杂，且多方面因素参与，互相关联。现已有大量研究重点关注通过缺血调节方法，提高器官对缺血再灌注损伤的耐受性。糖尿病通过扰乱细胞内信号转导通路，改变心肌细胞对缺血调节方式的应答，增加了心肌细胞对缺血再灌注损伤的易感性。本文旨在归纳糖尿病状态下心肌缺血调节作用受损的可能机制及其临床保护措施。

糖尿病；缺血再灌注损伤；心脏缺血调节；临床治疗

心脏是人体内需氧量最多的组织器官之一，依靠氧化磷酸化为心肌持续的收缩舒张提供大量ATP，而血流动力学调节紊乱引起的缺血可导致心脏的供氧不足。在缺血再灌注损伤(ischemia reperfusion injury，IRI)过程中，主要的再灌注损伤媒介物——细胞内钙离子和活性氧(reactive oxygen species，ROS)的堆积始于组织缺血阶段，在组织再灌注期间放大化[1]。在活性氧ROS的产生和作为活性氧ROS及钙超载的下游影响靶点，线粒体功能紊乱发挥着重要作用[2]。糖尿病及其心血管疾病并发症的发病率逐年增加，研究表明，糖尿病通过扰乱细胞内信号转导通路，改变心肌细胞对缺血调节方式的应答，增加了心肌细胞对缺血再灌注损伤的易感性[3-4]。另有研究表明，糖尿病状态下的心肌细胞对缺血调节的刺激有耐受作用[5]。糖尿病心脏缺血调节功能紊乱与其保护性信号转导通路的改变息息相关，糖尿病会导致心脏保护性信号通路的起始信号、媒介物、心肌保护效应器的成分改变，信号转导通路受损，从而心脏的缺血调节保护机制未能发挥应有作用[4，6]。

1 糖尿病心肌缺血调节中信号通路转变

1.1 腺苷信号转变 腺苷于细胞外液中生成，在CD39催化下ATP或ADP水解成AMP，随后在CD73催化下AMP转化成腺苷[7]。细胞外液中的腺苷向细胞内转运的过程受核苷转运蛋白或腺苷激酶调控。腺苷在腺苷脱氧酶的作用下分解，转化为核苷肌苷。腺苷在介导心肌缺血调节保护机制中起到关键性作用。在心肌缺血起始阶段，腺苷大量释放，启动心肌缺血调节保护机制；在心肌缺血维持阶段，腺苷再次大量释放，介导心肌缺血调节保护机制的持续作用。糖尿病状态下的心肌细胞CD73表达下调，腺苷的合成释放减少[8]。在心肌缺血维持阶段，组织内环境虽仍为弱酸性，但相对而言pH值增高，使腺苷激酶活性增强，腺苷向细胞内转运增多，进一步导致细胞外液中的腺苷含量减少[8]。腺苷的合成释放减少、胞内转运摄取增多，使腺苷可利用率下降，从而使糖尿病心肌缺血保护机制功能被抑制。此外，CD73被认为是巩固心肌保护作用的一种正反馈调节系统，但糖尿病心肌细胞的CD73表达减少，这种保护性的正反馈调节失去作用[9]。因此，CD73表达减少、细胞外腺苷可利用率减低导致糖尿病心肌缺血保护机制不能启动，且在心肌缺血维持阶段心肌保护作用不能持续。

1.2 再灌注损伤补救酶(reperfusion injury salvage kinase，RISK)通路转变 在1型或2型糖尿病模型中，调节限制心肌梗死面积的作用完全或部分失效已被归因于RISK通路缺陷，且其发生与多种机制有关。RISK信号通路是由Williams等[10]首次将促生存激酶磷脂酰肌醇-3(phosphatidylinositol-3-OH kinase，PI3K)和细胞外信号调节蛋白激酶1/2(ex-tra-cellular signal-regulated protein kinase1/2，ERK1/2)两者合并，再灌注早期阶段通过磷酸化PI3K和ERK1/2减轻缺血再灌损伤。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)被认为是PI3K/Akt的重要负性调节因子。糖尿病的持续高血糖状态使PTEN的表达及活性增强[11]。而且，血糖浓度、氧化应激反应和PTEN水平之间的正相关性已在人类糖尿病心肌细胞中得到证实[12]。此外，血液循环中高浓度的游离脂肪酸会因PTEN表达上调，损伤胰岛素激活PI3K/Akt活性[13]，阻止PI3K/Akt磷酸化，失去对心肌缺血再灌损伤的保护作用，加重心肌梗死面积。MAPK磷酸酶、蛋白磷酸酶2C等磷酸酶也与阻止PI3K/Akt活性有关[14]。胰岛素缺乏或胰岛素抵抗机制也参与了RISK通路的转变。正常情况下，胰岛素通过磷酸化Thr308和Ser473激活Akt活性。被激活的Akt使糖原合酶激酶-3β(glycogen synthase kinase-3β，GSK-3β)磷酸化，阻止非特异孔道-线粒体渗透性转换孔(mitochondrial permeability transition pore，mPTP)解开[3]。而在胰岛素缺乏或胰岛素抵抗条件下，mPTP解开，使线粒体内膜失去屏障作用，大量溶质分子进入线粒体，导致线粒体氧化磷酸化脱偶联、基质肿胀、膜电位下降和线粒体崩解，当受累线粒体数目及程度达到一定阈值，便会发生细胞凋亡。因此，胰岛素缺乏或胰岛素抵抗机制也会导致RISK信号转导通路失去心肌保护作用[15]。糖尿病引起的ERK1/2活性的损伤也已被证实[16-17]。MIKI等研究表明糖尿病心脏内质网氧化应激增加，阻碍了ERK1/2介导的GSK-3β磷酸化，导致mPTP解开和钙超载的易感性增加[17]。

1.3 其他信号转变 糖尿病心肌细胞的内皮性一氧化氮合酶(eNOS)活性显著降低，这也是心肌缺血调节功能损伤的机制之一[16]。eNOS活性的降低可能与小窝蛋白有关，小窝蛋白在糖尿病心脏中表达增多，干扰eNOS的活性[6]，使eNOS不能发挥抗氧化应激反应作用。降钙素基因相关肽(CGRP)的释放也参与了心脏保护作用，CGRP水平在糖尿病心肌细胞中降低，低水平的CGRP可能在受损的心肌缺血调节应答中起到某种作用[18]。此外，钾离子ATP通道活性的转变引起活性氧ROS产生增多、糖尿病心肌细胞中胞内钙离子浓缩聚集使mPTP解开趋势增强[19]，心肌易损性增加。

2 临床中糖尿病缺血调节功能保护措施

目前，糖尿病缺血调节功能保护的研究重点主要集中在提高器官对缺血再灌注损伤的耐受性方面。心肌缺血再灌注损伤的预处理、后处理可以减少心肌梗死面积，对远端缺血再灌注的调控也可起到心肌保护作用[12]。

2.1 糖尿病患者的缺血预处理、后处理及远端调节 有实验结果表明缺血预处理在糖尿病患者中的心脏保护作用是受损的或者未起到保护作用[20]。在前瞻性临床试验分组中，以心肌酶作为心梗面积的衡量指标，预处理对糖尿病心肌缺血患者没有有效的保护作用[21]。其中一个亚组的分析显示在糖尿病条件下，后处理的心肌保护作用会受到抵抗[21-22]。目前还没有相关的临床试验专门研究缺血后处理对糖尿病患者缺血再灌损伤的影响。关于远端缺血调节，Jensen等[23]探究了神经体液和循环体液成分的作用，收集了糖尿病和非糖尿病患者的血浆，将其应用于经过心脏缺血再灌处理的家兔，证明了远端缺血调节对心脏的保护作用。而伴有周围神经病变的糖尿病患者的血浆对家兔的心脏缺血再灌保护作用是无效的[24]，说明受远端缺血调节的组织器官必须有完整的神经通路，才会使保护性的体液因子发挥作用。类似的结果也有报道，他们采用体外人体心房组织，使用控制组患者的体液而不是糖尿病患者的体液，发现控制组体液对心房组织具有保护作用[25]。这也证实体液因子可能起到重要作用。

2.2 修复糖尿病患者心肌细胞对缺血调节的易感性 由于导致糖尿病心肌细胞的保护作用受损机制包括多种信号转导通路，因此有必要探讨是否有一种治疗方法可以针对一条通路获得有效的临床保护效果，或者阻断其他受损的信号通路，从而阻断受损通路的有害产物及其引起的不良影响。为了消除糖尿病心脏对缺血调节保护作用的抵抗，已有研究关注各种信号通路的交汇点以及心脏保护作用的最终效应器(GSK3-β或者 mPTP)[26]。Jamwal等[27]报道称将GSK3-β的抑制剂氯化锌运用在缺血预处理可以修复糖尿病心脏的缺血前调节保护功能的潜能。而Najafi等[7]研究证明mPTP开放抑制剂通过后处理可以修复糖尿病心脏的缺血调节保护功能。此外，Hausenloy等[28]报道称磺酰脲类和格列美脲的降糖治疗可以修复心肌细胞对缺血预处理的敏感性，而且一周的缺血预处理代替三周的预处理，也足以限制梗死面积。糖尿病心肌处于高基础水平的氧化应激状态，且活性氧ROS与内源性抗氧化应激防御系统失衡，易发生严重的心肌缺血再灌注损伤，今后的心脏保护药物治疗应集中在降低心肌氧化应激反应、提高抗氧化系统活性方面。

3 结 语

缺血再灌注损伤复杂的病理生理使其依然是重要的尚未攻克的临床难题。虽然缺血调节功能是保护缺血再灌注损伤的重要心脏保护机制，但是越来越多的事实证明在糖尿病状态下缺血调节功能所产生的效应是被减弱或消除的。PI3K/Akt/GSK3-β信号通路受损，ERK1/2磷酸化过程受阻，一氧化氮和CGRP生成减少但释放增多，钾离子ATP通道功能紊乱以及线粒体功能紊乱所致的氧化应激反应增强，这些病理改变都与糖尿病心肌易损性密切相关，甚至可能是糖尿病心肌缺乏缺血调节功能的原因。因此，对心脏保护调节功能机制进一步的认识有利于帮助我们找到更好的治疗方案，减少不可避免的缺血再灌注损伤。

目前临床上关于改善心肌缺血再灌注损伤的治疗方案尚不完善，临床实验前的缺血预处理、缺血后处理及缺血远端调节减少梗死面积的文献为临床阶段治疗心肌缺血再灌注损伤提供了坚实的理论基础，希望能早日运用于糖尿病患者，降低糖尿病患者心血管事件发生率，并改善其预后。

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Impaired mechanism of diabetic myocardial ischemia regulation and its clinical treatment.

ZENG Cheng,XIA Zhong-yuan.Department of Anesthesiology,Renmin Hospital of Wuhan University,Wuhan 430060,Hubei,CHINA

Ischemia-reperfusion injury(IRI)is characterized by ischemia and hypoxia,followed by blood flow recovery,causing irreversible damage of tissues and organs.The pathogenesis of ischemia-reperfusion injury is complex,and many interrelating factors involved.A large number of studies have focused on improving the tolerance of organs to ischemia-reperfusion injury through ischemic regulation.Diabetes mellitus increases the susceptibility to myocardial ischemia and reperfusion injury by disturbing intracellular signal transduction pathways and alters the response of cardiomyocytes to ischemic regulation.The aim of this study is to summarize the possible mechanisms of myocardial ischemic regulation in diabetic patients and its clinical protective measures.

Diabetes mellitus;Ischemia-reperfusion injury;Cardiac ischemia regulation;Clinical treatment

R587.1

A

1003—6350（2017）21—3521—03

10.3969/j.issn.1003-6350.2017.21.026

夏中元。E-mail：xiazhongyuan2005@aliyun.com

2017-03-23)