糖尿病周围神经病相关发病机制研究进展

黄海伦 吴珊

糖尿病周围神经病（diabetic peripheral neuropathy，DPN）是糖尿病常见的并发症之一，在一定程度上表现为周围神经功能障碍，影响患者的生活质量。2017 年全球范围内约4.25亿糖尿病患者，预计2045 年患者数量可达6.29 亿。在我国，每年通过葡萄糖耐量实验确诊的糖尿病患者数量成倍增加，给卫生部门的经济与社会带来一定的压力，成为阻碍中国经济发展的负担之一[1,2]。有学者指出，约50%糖尿病患者可出现明显周围神经损害的临床症状，发病早期主要累及小纤维神经，随着病变程度的加重，大直径的感觉纤维也受损，可出现深感觉障碍、腱反射减弱、疼痛、麻木等临床表现，影响着患者的生活质量，因此对DPN 发病机制的研究至关重要。以往大多数研究对DPN 的认识仅局限于代谢方面，近年随着对DPN 认识度的提高，大量研究表明，免疫机制、遗传基因机制和降糖药物的影响机制均与DPN 的发病有关，本文主要围绕DPN 相关发病机制的研究进展综述如下。

一、DPN 的代谢相关机制

（一）多元醇-氧化应激通路

以往大量研究表明，氧化应激、多元醇蓄积、线粒体功能障碍、微血管功能障碍、糖基化终产物蓄积、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）信号通路、转录核因子（nuclear factor kappa B，NF-κB）信号通路等机制可能参与了DPN 的发病过程，其中，最主要的发病机制是多元醇-氧化应激蓄积通路。由于在长期高血糖环境中，山梨醇过量蓄积致神经组织内渗透压升高及肌醇竞争性抑制，促进神经组织轴突变性、髓鞘脱失[3]。

近年有研究发现，周细胞在DPN 发病机制中扮演着非常重要的角色，可能与血-神经屏障功能障碍有关[4]。周细胞是一种位于血管周围的细胞，参与维持血流动力学、保护相应组织、产生特异性标志物等功能。在高血糖环境中，由于氧化应激使活性氧及糖基化终产物生成增多，另一方面，周细胞的缺失致内皮细胞减少、微循环功能障碍，导致相应组织处于缺氧状态，此时，线粒体代谢异常，可激活Caspase-3 依赖通路发生凋亡级联，甚至出现脱髓鞘、神经纤维密度减低等病理改变。施丽丽等[5]证实线粒体分裂蛋白Drp-1 过度表达可能致使线粒体分裂融合平衡失调，促使氧化应激指标丙二醛（malondialdehyde，MDA）升高，超氧化物歧化酶降低，同时，通过格列齐特控制血糖后，下调Drp-1 的表达，能明显改善神经形态、功能及氧化应激状态，推测Drp-1 过度表达可能是氧化应激和细胞凋亡机制的中心环节。

（二）糖基化终产物途径

糖尿病患者通过非糖物质氧化、糖基化等途径使糖基化终产物蓄积，进一步激活NADPH 氧化酶，促发氧化应激，通过信号转导通路、转录调节通路等激活NF-κB，影响神经的血供和结构完整，加重周围神经损伤[6]。笔者认为抑制糖基化终产物受体（receptor ligand for advanced glycation end products，RAGE）能促进感觉神经再生并改善其神经传导速度。但在de la Hoz 等[7]的动物研究中发现，RAGE 小鼠在诱导糖尿病后8 周表现出对运动和感觉神经的保护作用减弱，在16 周时几乎丧失保护作用，因此对配体-RAGE 轴被激活的具体时间和RAGE 对周围神经的具体作用，还有待进一步研究。

RAGE 在神经的生长与营养中也发挥着重要作用。Saleh等[8]通过体外激活NF-κB、JAK-STAT 通路和ERK 信号转导和转录激活因子-细胞外信号调节激酶通路促进小鼠神经产生大量RAGE，及时清除损伤神经的氧化应激产物，因此，神经修复、再生与配体-RAGE 轴之间的关系值得深入研究。

（三）血管内皮功能障碍

长期高血糖不仅影响血管结构，刺激内皮使血管内膜增厚，管壁狭窄，还可以影响到血管内皮功能。DPN 患者体内活性氧明显较多，促发氧化应激减少了血管内皮一氧化氮含量，导致血管内皮功能障碍[9]。其中，高同型半胱氨酸血症可使血管内皮一氧化氮的内源性竞争性抑制剂L-N-单甲基精氨酸和不对称二甲基精氨酸增加，线粒体电子传递链（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）产生的超氧阴离子与一氧化氮结合，形成强氧化剂过氧亚硝酸盐，对内皮细胞产生直接损伤作用。血脂代谢异常、高血压等代谢综合征同样能激发氧化应激，导致血管内皮完整性受损，影响相应组织器官血液供应[10]。周围神经主要由微循环维持血液供应，微循环障碍时，周围神经因此发生脱髓鞘改变或轴突变性。在高血糖环境中，葡萄糖介导的基因，如转化生长因子β1 和纤溶酶原激活物抑制因子能使血管内纤维增生、平滑肌细胞有丝分裂加速，致微小血管发生管壁增厚、管腔狭窄、内皮细胞肿胀等结构改变，明显增加血管阻力，导致相应神经缺血缺氧而变性、坏死[11]。

氧化应激作为DPN 发病中的主要途径之一，在高糖环境中，活性氧、糖基化终产物、丝裂原活化蛋白激酶等氧化产物增多，激活NADPH 氧化酶通路，进入细胞凋亡通路，促进周围神经的损伤。

二、DPN 的免疫相关机制

在DPN 的发病机制中，不可忽视免疫机制，其中以调节性T 淋巴细胞亚群变化为主的细胞免疫机制最为重要，参与免疫介导的炎症负调控机制。T 淋巴细胞分类比例受维生素D 水平调节。有文献报道，维生素D 缺乏与DPN 发病有关，在探讨DPN 患者的25 羟基维生素D3[25-（OH）D3]与CD4+T淋巴细胞关系的研究中发现，25-（OH）D3 不仅能激发炎症反应，还能促进CD4+T 淋巴细胞向调节性T 淋巴细胞分化，并增强FoxP3+调节性T 淋巴细胞表达，导致免疫耐受平衡紊乱，最终诱发DPN；在这项研究中，由于纳入人群年龄偏向于中老年，且年龄跨度大，未将年龄分层处理，样本量过小，易产生选择性偏倚，因此，其中的相关性研究还值得进一步探讨[12]。

董荣芳等[13]通过神经活检及免疫组织化学对DPN 病理学研究证实，中重度DPN 在病理学中以轴突变性起病为主，在此基础上逐渐出现脱髓鞘改变，同时，长期高血糖环境直接引起Schwann 细胞损伤，髓鞘蛋白可作为周围神经受损后特异性的免疫指标，由Schwann 细胞所分泌，因此，髓鞘脱失预示着神经损害的程度加重，便于判断DPN 治疗后的疗效与预后。另外，有研究证实，髓鞘蛋白与胰岛素受体存在相关性，当予患者胰岛素治疗后，髓鞘蛋白表达明显上调，减轻了神经受损，间接反映了胰岛素受体的下调、髓鞘相关糖蛋白上调、髓鞘碱性蛋白下调直接抑制髓鞘形成，从而对DPN 造成损伤[14]。CD8+T 淋巴细胞介导对Schwann 细胞的细胞毒性作用也参与DPN 病变的发生发展。Tang 等[15]运用流式细胞学及Western blot 方法发现，在高糖条件下，CD8+T 淋巴细胞中趋化因子受体CXCR3 通过激活p38 MAPK 激酶而升高[15]。多种蛋白在Schwann 细胞中表达促进CD8+T 淋巴细胞聚集到DPN 病变组织处，活化Schwann 细胞，进一步诱导其发生凋亡。可见，淋巴细胞介导的免疫机制也参与DPN 病变的发病中。另外，周细胞也参与免疫调节，其数目与CD4+、CD8+T 淋巴细胞成反比，在一组缺乏周细胞的小鼠模型中，免疫相关细胞因此减少，间接证实了周细胞参与介导免疫[16]。

三、DPN 的肠道微生物机制

随着各种系统性疾病不断地深入研究，DPN 病变被发现可能与胃肠道微生物有关，肠道菌群能通过宿主获取能量，产生单糖和短链脂肪酸，通过G 蛋白偶联受体途径促进胃肠道黏膜中内分泌细胞表达，起到抗炎、促进伤口愈合、保护黏膜的作用[17]。当胃肠道菌群失调时，肠壁通透性增加，易受细菌感染而出现炎症、氧化应激，促发机体产生与肥胖相关的代谢综合征，周围神经损害也幸免于难。有研究表明，肠道微生物中三甲胺氮氧化物（trimethylamine nitrogen oxide，TMAO）与胰岛素抵抗、胃肠道肿瘤风险及动脉粥样硬化性心血管疾病等多种疾病有关，其共同途径是N-硝基化合物的形成，可引起DNA 损伤和表观遗传改变，从而促进胰岛素抵抗和癌症的发生[18]。考虑到胰岛素抵抗作为糖尿病发病机制中至关重要的环节，值得探讨TMAO 是否参与了DPN 肠道微生物的发病机制，以及TMAO 中是何种物质发挥了致病作用，还有待深入研究。

四、遗传基因

如今，随着基因检测技术的不断进步，人们对DPN 的认识也深入到基因层面，但具体何种基因影响DPN 的表型尚无准确定论。有研究显示，Ⅱ型糖尿病常伴有脂质紊乱等代谢综合征，而其中的代谢紊乱可能与相应遗传基因表达有关[19]。因此，作为糖尿病严重并发症之一的DPN，由代谢综合征等多种复杂因素所致，其发病机制在一定程度上受遗传基因表达的影响。陈致瑜等[20]通过使用阿托伐他汀喂养糖耐量异常小鼠探讨相关机制后发现，治疗后小鼠的脂代谢紊乱、胰腺功能及胰岛素的敏感性得以改善，表明糖耐量异常机制可能与调节胰腺胆固醇合成反应元件SREBP2、胰腺抗凋亡因子Bcl-2 表达下调及内质网应激相关因子Chop 的上调有关。另外，张春雪等[21]通过动物实验探讨二甲双胍对胆固醇代谢相关基因表达的影响发现，DM 组的脂质水平明显升高，HE 染色下的肝脏脂质沉积，脂肪空泡明显增多；但通过二甲双胍的治疗后，脂肪堆积与脂质水平明显降低，进一步证实了脂质代谢异常在DM 中发挥着重要的作用，也证实了SREBP-2 基因上调，使低密度脂蛋白受体（low density lipoprotein receptor，LDLR）mRNA 表达上调，能促进胆固醇合成与代谢，明显减少了DM 并发症的风险。类似的，El-Horany 等[22]通过PCR 技术定量研究DM 相关基因表达，DM 组较对照组相比，低密度脂蛋白受体相关蛋白-1（low density lipoprotein receptor related protein 1，LRP1）mRNA表达显著降低，同源蛋白CHOP mRNA 表达明显增加，表明LRP1 mRNA 和CHOP 可能参与了DPN 的发病机制。

DPN 发病中，巨噬细胞扮演着非常重要的角色。在对周围神经损害后神经再生因素的研究中发现，损伤的周围神经中巨噬细胞通过CCL2/CCR2 基因表达分别促进损伤部位神经再生与清除抑制损伤部位远端的神经再生的因子[23]。通常，无论周围神经有无损伤，巨噬细胞总会聚集于背根神经节内，最终使受损神经远端轴突发生退行性变，另外，在神经再生相关基因表达后，损伤的周围神经将发生胞体反应以改善DPN 患者神经生长潜力，这也就表明，在基因层面上，敲除抑制神经再生的基因并促进神经再生基因表达有助于控制DPN 的发展。Wang 等[24]在损伤的坐骨神经中应用PCR 检测等基因分型技术发现神经生长因子-1（Netrin-1，Ntn1）和大肠癌缺陷基因（deleted in colorectal carcinoma gene，Dcc）表达上调，而miR-7 和miR-9 通过抑制Ntn1 和Dcc 的表达后，发现损伤的神经再生受阻，进一步证实了神经再生受基因调控的影响。Cheng 等[25]通过研究证实，由于DPN 患者细胞通过胰岛素-PI3K-Akt 等信号通路致细胞内分子水平异常，出现感觉神经萎缩、终末神经失去支配和神经元功能失调等表现。这些细胞内的改变说明，细胞内分子水平异常不仅可由转录基因表达，还可涉及转录后的表观基因表达。

MiRNAs 作为一种微小的非编码RNA，可与mRNA 特异性结合后调控遗传基因的表达，改变最终表型，影响疾病预后。其中，miR-146a 能调节固有免疫、获得性免疫及炎症反应[26]。在DPN 的发病过程中，因纤维蛋白下调miR-146a，使NF-κB 关键核因子激活，明显改变了高糖环境中的神经、血管功能。在该研究中，予DPN 小鼠模型补充miR-146a，通过抑制IRAK/TRAF6 及其下游促炎基因表达，并改变巨噬细胞表型，以减轻炎症反应，最终，miR-146a 模拟治疗显著降低了db/db 小鼠热刺激阈值，此外，观察到免疫荧光下的坐骨神经表皮内神经纤维数、运动和感觉神经传导速度分别提高29%和11%，髓鞘厚度和轴突直径增加，且坐骨神经组织局部血流增加50%，证实了miR-146a 能改善DPN 小鼠周围神经功能、促进轴突、髓鞘形成，并增加神经周围组织血流灌注量。同时，实验表明其并不影响血糖水平。一般来说，miRNA 参与维持神经的结构与功能，但在Zhang 等[27]探讨miR-25 在DPN的发病机制实验中发现，miR-25（另一种微小的非编码RNA）不但没对神经起到保护作用，反而加剧其功能障碍。在高糖低氧环境中，miR-25 表达升高，诱导免疫抑制并抑制NADPH氧化酶通路，加剧周围神经损伤。激活转录因子3（activating transcription factor 3，ATF3）能调控PKCε 表达，PKCε 调节神经病理性疼痛传入疼痛刺激通路，抑制缓解了几种皮肤失神经相关神经病理性疼痛模型的症状。Chang 等[28]通过链脲佐菌素（streptozotocin，STZ）小鼠实验发现，ATF3基因敲除对STZ 诱导的DPN 神经病变的预防作用，通过ATF3 基因敲除后，热痛觉过敏、机械性痛觉阈值明显升高；通过双标记免疫染色法检测了PKCε（+）：AFT3（+）神经元的分布发现，ATF3上调后促进PKCε 表达增强，加速神经病变的发展。因此，ATF3 表达上调可能也参与了DPN 的发病机制。

五、降糖药物影响因素

目前，由于DPN 缺少有效的治疗手段，最新美国糖尿病协会（Americn Diabetes Association，ADA）指南明确指出，对DPN 治疗的关键是应用降糖药控制血糖，减少高血糖对周围神经产生的直接、间接损害。2010 年，Ismail-Beigi 等[29]通过严格强化控制血糖的随机对照试验发现，控制血糖似乎并不能降低神经病变的发生率，但能在一定程度上延缓了神经病变进展。因此，在DPN 管理中控制血糖至关重要，不同的降糖方式可能影响周围神经病变改善程度，甚至可能适得其反，在一定程度上促进周围神经病变的发生发展。有相关研究证实，二甲双胍能通过其他途径增加对葡萄糖的吸收，从而减少肠道吸收途径，间接影响消化道对维生素B12 的吸收[30]。在神经系统的生长发育中，维生素B12 扮演着重要的角色，因其为一种甲基辅酶，影响体内四氢叶酸再生，缺乏维生素B12会使DNA 合成受阻，进一步影响神经组织功能、结构。另外，维生素B12 还参与神经髓鞘的形成，缺乏维生素B12 可导致周围神经发生脱髓鞘，重者可出现轴索病变。有研究显示，维生素B12 利用障碍会通过“甲基四氢叶酸陷阱学说”导致细胞外叶酸与维生素B12 堆积，促进神经病变的发生[31]。Gupta等[32]在对长期口服二甲双胍治疗糖尿病的患者进行维生素B12 水平监测及周围神经评估的研究中发现，二甲双胍可能通过影响维生素B12 水平导致糖尿病患者周围神经病变，建议对此类患者应定期筛查周围神经病变。但也有研究表明，补充维生素B12 似乎并不能改善DPN 患者神经病变情况，因此维生素B12 对DPN 的影响还值得进行长期随访评价[33]。

孙丽艳等[34]通过比较口服降糖药与多次胰岛素皮下注射联合口服降糖药对DPN 的影响研究，发现间断胰岛素皮下注射联合口服降糖药治疗能更好地延缓DPN 患者周围神经病变发展，比较2 组神经传导速度与F 波，证实F 波能早期反映糖尿病患者周围神经病变。但该研究样本量小，分组不够具体化，观察限定时间没有定义，且属于回顾性研究，对于其中意义及价值，还需进一步队列研究探讨。

早在1999 年，Gerbi 等[35]通过STZ 诱导的糖尿病大鼠模型设置为期8 周的随机对照实验，以神经传导速度、形态学分析及膜Na＋-K＋-ATP 酶活性为评价指标，发现DPN 大鼠神经传导速度减慢、Na＋-K＋-ATP 酶活性降低，并发生了特征性组织学损伤，病理改变常表现为以轴突变性为主的神经损害特征，可伴有脱髓鞘改变。神经传导速度对其有一定的诊断价值，典型改变为传导速度减慢，可伴有潜伏期延长等反映有髓神经纤维功能异常等表现。在DPN 发病早期，仅出现小纤维神经和自主神经病变，神经传导速度可完全正常。早期应用皮肤交感反应和定量感觉试验通过波幅变化、潜伏期延长等指标反映患者植物神经及小纤维神经的功能异常[36,37]。其局部病变可表现为单神经病（单神经病变）或多发性周围神经病（多发性神经病变）、脑神经、臂丛或腰骶神经丛区（神经丛病变）或神经根（神经根病）的损伤。其中，根性神经病及腰骶丛神经病这两种类型，易出现糖尿病肌萎缩症。临床中患者以多神经受累为主要表现。在高糖低氧环境中，轴突运输因能量缺乏使神经末梢营养供应受阻导致轴突变性，在神经电生理检查中以波幅变化为主要表现，由于有长度依赖性，通常下肢重于上肢，远端较近端损害严重。

最新ADA 指南指出，建议筛查所有初次诊断为Ⅱ型糖尿病和已诊断Ⅰ型糖尿病5 年以上的患者，至少每年一次，评估糖尿病患者的周围神经功能[38]。对于已存在并发症的糖尿病患者，胰岛素作为首选的降血糖药物，具有神经营养功能，抑制轴突萎缩和髓鞘扩张、神经内纤维化和微血管病变，能明显改善运动神经传导速度，从而有效地控制周围神经病变进展[39]。其中的机制可能与抑制还原型烟酰胺腺嘌呤二核甘酸磷酸氧化酶、NF-κB 的表达及相关的炎症反应调控有关[40]。叶酸已被证实是一种具有促进神经发育，改善糖尿病炎症、氧化应激和胰岛素抵抗途径的关键物质，能降低同型半胱氨酸及MDA 水平，减少氧自由基产生，促进神经元活化或再生。叶酸缺乏可引起周围神经病变，与硫铵素缺乏性周围神经病不同，其进展缓慢，主要以感觉受累为主，腓肠神经出现轴索损害，并无节段性脱髓鞘表现[41]。有研究者发现补充叶酸能明显改善糖尿病患者腓肠神经传导速度、波幅，可能与MTHFR 基因多态性影响糖尿病患者对叶酸的利用有关，需进一步扩大样本量进行该基因型与DPN 叶酸水平的研究，或通过动物研究证实该基因型影响叶酸对周围神经功能的保护作用[42]。

随着对DPN 认识地不断深入，关于发病机制相关研究有了很多新突破，这预示着对此类疾病的治疗及预防有了更多的方法。轴突表面表达的类颈蛋白（Nectin-like，Necl）/细胞黏附蛋白介导轴突-Schwann 细胞间的相互作用能促进髓鞘形成，Meng 等[43]在神经胶质细胞的研究中发下，Necl-4 可被其下游效应器激活，并与PDZ 结构域结合，募集Par-3 蛋白至Schwann 细胞内膜，最终完成髓鞘的形成，Necl-4 在髓鞘的形成与维持中发挥着重要的作用[43]。在DPN 发病中，部分神经可伴有髓鞘脱失，Necl-4 在其中是否因此被破坏，还有待进一步的研究。有研究证实，DPN 与神经生长因子（nerve growth factor，NGF）缺失有关。因周围神经功能与结构的维持需要NGF 参与，Hellweg 等[44]通过建立STZ 糖尿病大鼠模型，造膜成功后分别在2、12、24 周检测交感神经支配靶器官中NGF 的含量，结果表明糖尿病状态影响着内源性NGF 的产生，NGF 的缺乏可致DPN 出现某些功能缺陷。Cheng 等[45]建立db/db 小鼠模型分别在8、10、16 周小鼠通过免疫荧光法测定小鼠后爪的肽能表皮内神经纤维密度（intraepidermal nerve fiber density，IENFD），明确IENFD 与DPN 特有的机械性痛觉的关系，与对照组相比，发现随着病程进展，NGF 通过p38信号通路介导了糖尿病小鼠皮肤中肽能表皮内神经纤维密度增加，另外，机械疼痛刺激产生疼痛物质，如P 物质和降钙素基因相关肽，能上调肽能IENFD 的表达。但这种变化在16周时达高峰，反应病程与DPN 严重性并不成正相关。予患者P38 抑制剂SB 203580 治疗后，肽能神经纤维密度增加受到抑制，证实NGF 可能参与糖尿病神经修复途径中，特别是小纤维神经A-δ 和C 型纤维。因此，在DPN 中NGF 合成通路中各种途径值得我们进一步深入探索，可能对今后的治疗与预后有一定的指导意义。

综上所述，DPN 的发生与多种复杂因素有关，如代谢紊乱、胃肠道菌群失调、维生素D 水平不足等，目前确切病因尚未明确。DPN 的发病机制相当复杂，无论是在代谢、免疫、微生物，还是遗传基因方面都发挥着重要作用，由于缺乏特异性生物标志物对其准确诊断，目前DPN 在临床上采用排除性诊断，临床表现的复杂性决定了其发病机制并非能用一条通路完全解释。随着全球糖尿病人口数不断剧增，更加迫切地需要控制其并发症的发生、发展，糖尿病导致的周围神经病变也不例外。如今，越来越多试验数据证明，降糖药物对DPN的发病有一定促进作用，其中的相关性及发病机制还需更多研究证实。因此，对DPN 的发病机制还需不断深入、全面地研究，实现对DPN 患者更规范的管理。