胱抑素C与糖尿病认知功能障碍关系研究进展

李萍，韦华

(1. 右江民族医学院研究生学院，广西 百色 533000；2. 右江民族医学院附属医院全科医学科，广西 百色 533000)

国际糖尿病联盟[1]最新权威数据表示，截止至2019年，全世界已有4.63亿成年人(20～79岁)患糖尿病，该数值持续上升并将在2045年达到7亿。认知是指从感知环境中获取和理解信息并做出相应判断的生理过程。糖尿病患者发生认知功能障碍的概率明显高于普通人，近年来，糖尿病认知功能障碍(diabetic cognitive impairment，DCI)被视为是一种“新的”长期糖尿病并发症[2]，影响治疗依从性和糖尿病的自我管理，导致血糖控制不佳、重度低血糖发作率和住院增加，可引发或加重其他严重并发症，对医疗保健系统产生重大经济负担，这使早期筛查和诊断DCI具有重要意义。胱抑素C(cystatin C，Cys-C)目前已被证实与多种导致认知功能减退的神经退行性病变相关[3]，而DCI与神经退行性病变具有相似又独特的病理过程，Cys-C在DCI发病中可能起重要作用。本文将对Cys-C与DCI的临床联系及参与DCI发生的病生机制进行综述，为Cys-C作为DCI早期识别工具提供理论依据。

1 Cys-C的概述

Cys-C是一种无组织体异性的、具有恒定的产量、在人体有核细胞及体液中普遍存在的碱性蛋白，不受男女、年纪、食物、感染、炎症、BMI、肌肉质量等因素影响，仅通过肾脏代谢，近年被认为是比血肌酐更简便而敏感的诊断早期肾功能受损的生物学指标[4]。Cys-C可以自由穿过血脑屏障进入血管间隙，在脑脊液中含量最高，于各种脑细胞中丰富出现，并对各种脑血管损伤、脑神经损伤及炎症反应等紧密相关[5]。血清Cys-C在大脑中具有独特性，且受外界影响极小，作为肾功能常规检测指标之一，其操作便捷，获得结果快速成熟，具备作为早期识别DCI生物学因子的可操作性。

2 Cys-C与DCI的临床联系

糖尿病引起的微血管病变中，肾小血管的损伤优先于大脑，肾功能受损使Cys-C排泄受阻而在体内堆积，使脑部发生慢性缺血，血脑屏障破坏及脑白质神经脱髓鞘，血清Cys-C大量进入脑内，与脑血管内皮细胞结合后产生炎症反应，引起DCI[6-7]。一项荟萃分析数据表明，高Cys-C水平优于血清肌酐，可作为筛查社区或医院老年人认知功能受损的早期敏感标志物[8-10]，而糖尿病患者中Cys-C水平较正常人明显升高，老年DCI患者的Cys-C水平高于单纯的老年糖尿病患者[11-12]，说明Cys-C升高与糖尿病患者认知功能障碍的发生可能具有相互作用，这为Cys-C作为DCI早期筛查工具进一步提供了临床依据。而国内外学者[13]证实了Cys-C在早期发现糖尿病患者脑微小血管病变中的价值，进一步提出二者的相互作用可能与独立于肾小球滤过率的认知相关。他们认为在2型糖尿病的正常白蛋白尿患者中，肾小球内皮功能与大脑中的内皮功能障碍是分离的，大脑具有另一在结构和功能上与肾小球微血管化相似的脉管系统及与内皮功能障碍相关的遗传背景，Cys-C可能依靠其自身作用对糖尿病患者的认知功能造成损害。我国宋雪、罗镧等[14-15]学者也发现糖尿病患者的语言记忆和执行控制能力等认知功能受损有更高的Cys-C水平表达，并率先提议应用Cys-C作为生物学标志物筛查DCI。但目前我国Cys-C与DCI相关的临床试验数据仍较少，需要进一步的大数据分析其可靠性及寻找适用于DCI的Cys-C分界值。

3 胱抑素参与DCI发病

3.1 氧化应激 糖尿病患者脑细胞慢性缺氧，代偿的无氧代谢引发脑组织酸中毒，糖脂代谢失调，自由基增多，产生强烈氧化应激，使细胞内ROS或活性氮物质(RNS)堆积，抗氧化功能受损，细胞结构功能破坏，最终血管纤维玻璃样物质代替正常微血管平滑肌，脑血流量减少，神经元损害、死亡，大脑功能受损，引起DCI[16-17]。氧化应激可使Cys-C表达增多[18-19]。Cys-C通过调整半胱氨酸蛋白酶活性，激活AMPK的自噬作用促进突变型SOD的降解，抑制组织蛋白酶作用，介入细胞外基质生成和降解，保护大脑神经细胞免受氧化应激等引起的细胞毒性反应，提高细胞存活率。Cys-C水平升高也可能是氧化应激的结果[20]。Cys-C的胞内运输及分泌，可以被神经球蛋白调节以防止神经元被氧化应激而死亡。综上，DCI患者明显增强的氧化应激反应使血清Cys-C较正常人有更高的浓度表达，其检验结果与普通人相比具有更高的敏感度；除此之外，高浓度的Cys-C似乎为高血糖环境中的大脑提供了保护作用，Cys-C可能是氧化刺激下神经细胞释放出的防御因子，这为DCI防治提供了一个新的研究方向。

3.2 炎症反应 糖尿病被认为是一种慢性炎症性疾病[21]。高血糖直接促炎症因子释放，导致外周慢性炎症，血脑屏障通透性改变，有毒物质及代谢产物进入脑组织，海马区突触完整性降低并发生重组，诱导大脑中星形胶质细胞及小胶质细胞激活增殖，引发神经炎症；同时持续高糖刺激引起下丘脑-垂体-肾上腺轴紊乱，高浓度的糖皮质激素进一步加重神经炎症反应，认知功能障碍因此发生[22]。炎性因子持续刺激使大脑血管平滑肌过度表达并分泌半胱氨酸蛋白酶，导致血管损伤重构，机体为达到血管平衡代偿性而合成更多的Cys-C[23]。Cys-C具有调节蛋白和抗蛋白的水解和水解活性平衡的作用，直接影响血管壁重塑，防止其受到炎症损伤，从而起到神经血管保护作用。但临床中却发现Cys-C在受损血管中的含量比正常血管减少，且与血管直径呈负相关[24]。原因可能是Cys-C通过影响粒细胞迁移、趋化浸润加剧炎性因子及细胞因子的释放，直接介导炎症反应，加速脑血管病变；其次，研究表明，Cys-C可能参与神经损伤诱发的小胶质细胞活化，驱动神经损伤与炎症之间的恶性循环，加重神经退行性变发展，参与DCI的发病[25-26]。Cys-C同时存在的炎症保护及损伤作用，说明其在大脑中可能存在一个阈值，超过阈值时将加速大脑促炎和抗炎系统的不平衡，最终结果是认知障碍的进一步发展；血清Cys-C水平可能反映了DCI患者的大脑微炎症状态，提示早期脑微血管病变的发生，尽早找出该阈值将对DCI患者预防有重要作用。

3.3 胰岛素抵抗(IR) 胰岛素因胰岛素敏感细胞对其发生抵抗效应，使正常胰岛细胞生物学效应低于正常的一种状态称为IR。胰岛素受体广泛表达在整个大脑神经元和神经胶质细胞，表达及活性降低导致胰岛素信号通路改变，中枢系统IR发生。IR与认知障碍程度相关，IR及其引起代偿性高胰岛素血症，引起海马与皮质神经凋亡和能量代谢变化，加剧小胶质细胞介导的突触可塑性认知功能障碍[27]，导致大脑中出现β-淀粉样蛋白(Aβ)沉积和Tau蛋白过度磷酸化，这恰好是阿尔茨海默症(AD)特征性病变，可能是糖尿病和AD引起认知功能减退的共同机制，也是预防DCI有希望的治疗靶点[28-31]。目前已经证明Cys-C是IR的阳性指征，血清高浓度Cys-C使细胞胰岛素信号通路传导下调，导致内质网应激反应，损害胰岛素敏感性，是IR的致病因素。由此可以合理地推测Cys-C水平升高通过促进IR导致认知障碍，海马区IR是导致DCI的重要原因之一[15，32-35]。

大脑中Aβ斑块形成增加，使神经轴突退行性变，神经元丢失，神经退行性病变发生。细胞实验发现Aβ可直接引起脑细胞凋亡。Cys-C与Aβ共定位于富含淀粉样蛋白的血管壁和淀粉样蛋白的老年斑核心中。动物研究表明[36-37]，CysC阻抑半胱氨酸蛋白酶，减少Aβ生成和集聚，诱导自噬和诱导细胞分裂来预防神经变性，对认知功能起到保护作用，较低的CysC水平可能是具有特征性淀粉样蛋白沉积物的痴呆症的常见特征。但学者[38-39]却在退行性神经病变患者尸检中发现大脑内Cys-C沉积，Aβ含量增加，两者于脑微动脉管壁及神经元内聚集结合为淀粉样沉积物，生成细胞因子和炎性介质，致使神经元变性，且随病情加重，Cys-C呈升高趋势，这与先前动物实验结果完全相反[40]。除此之外，国内外许多研究也出现了结论相悖的结果，Cys-C究竟是Aβ斑块形成的保护因子还是危险因子，虽然相关方面仍无一致结论，但证实了Cys-C浓度高低通过作用于Aβ斑块与神经退行性变有着某种相关性，DCI患者大脑中明显的Aβ沉积与显著高水平的Cys-C，将其作为研究对象可以使二者的相关性结论更加清晰可靠。Tau蛋白是神经元中重要的细胞骨架，过度磷酸化直接导致神经元扭曲、突触连接断裂甚至神经细胞死亡，引起认知功能损伤。国外研究发现糖尿病患者Cys-C在神经元中的高表达可以使Tau蛋白聚集和NFTs形成，微管不稳定和神经变性是其最终结果[41-42]。

3.4 晚期糖基化终产物产生 糖尿病的高糖状态、D-核糖增加及蛋白质、脂肪等发生非酶糖基化反应增加产生大量的晚期糖基化终产物(AGEs)，并导致晚期糖基化终末产物受体(RAGE)表达上调。AGEs大量积聚可引起脑内微循环障碍，改变脑内蛋白质糖基化修饰功能，参与诱导NO抗性相关的血管功能障碍，对脑细胞产生直接细胞毒性反应，导致血管舒张能力受损和认知功能障碍发展。国内研究结果[43]提示血浆AGEs及Cys-C均与脑血管病变及内皮功能障碍显著相关，血清肌酐和基于血清肌酐的估计肾小球滤过率都不是脑血管不良预后的重要预测指标，再次表明了血清Cys-C对大脑微血管的影响可能独立于肾脏之外。国外研究[44]也发现，AGEs水平与2型糖尿病患者血清Cys-C呈正相关关系，而log肌酐、尿蛋白肌酐比在进行矫正之后，发现与AGEs之间相关性无统计学意义。这提示了胱抑素作为DCI的早期识别因子具有比血清肌酐更高的准确度和敏感性[45]。

3.5 Cys-C基因(CST3)的基因多态性 糖尿病患者身上发现了Cys-C基因(CST3)的基因多态性，与认知障碍的发生风险相关，CST3可能是DCI的风险等位基因，将导致细胞内Cys-C保护作用减弱，血清Cys-C水平升高，炎症作用、氧化刺激等负性刺激增加，促进DCI发生[46]。这表示检测CST3基因多态性有助于早期发现老年DCI。

4 总结

由于糖尿病的大流行和随之而来的全球老龄化人口的增加，DCI患者的数量也会增长。一项大型社区研究证据表明，在调整了其他潜在风险因素后，老年人在发生轻度认知障碍后进展为痴呆症的风险极高，尤其是糖尿病患者，更应重视[47]。因此，使用生物标志物检测早期DCI，对提高糖尿病患者诊疗依从性和血糖控制具有重大意义，进而减少其他严重并发症的发生。Cys-C与DCI的各种危险因素存在紧密联系，可能通过氧化应激、炎症反应、促进Aβ沉积、加速Tau磷酸化等参与DCI发病，并独立于肾脏之外，对脑微血管病变提示具有重要意义，可能成为早期识别DCI的重要生物学因子。对糖尿病患者的血清Cys-C给予重视，加强血糖控制或方案调整，减少DCI的发病率，将使糖尿病进一步得到有效控制。