糖尿病周围神经病的发病机制研究进展

路红鹏，杨文强，李强，王琦，于炎冰，张黎

2017年全球糖尿病患病总人数为4.25亿，预计到2045年将增至6.28亿[1]。长期存在的高血糖对人体多个器官都可能造成影响，包括肾脏、眼、血管、周围神经等。一项包括50 112名糖尿病患者的meta分析[2]指出，有30%的糖尿病患者并发糖尿病周围神经病(DPN)。典型的DPN主要表现为下肢感觉减退及感觉异常，如麻木、刺痛、烧灼感等，肌电图检查可见周围神经传导速度下降[3-4]。DPN患者由于痛温觉减退甚至丧失，对外界伤害性刺激的感知和自我保护能力下降，加上肢体和周围神经微循环障碍，可能导致神经性溃疡形成，最后的结局可能是截肢，这也是糖尿病致残的主要原因之一。目前对DPN的治疗包括控制血糖、营养神经、改善微循环、控制疼痛等。但这些措施只能减缓DPN的发展，而其自然病程是不可逆转的[5]。

周围神经纤维可分为有髓神经纤维和无髓神经纤维，施旺细胞负责周围神经髓鞘的形成。运动神经元、节前神经元和一些感觉神经元被施旺细胞形成的髓鞘所包裹，节后自主神经系统的无髓鞘感觉纤维被单层施旺细胞质包绕。和无髓神经纤维相比，髓鞘使得神经电信号以20～100倍的速度传导，因此神经细胞和神经胶质细胞在神经电信号传导中起着重要作用。当发生神经损伤时，施旺细胞转化为一种促进修复的细胞表型，为受损神经元的存活、轴突再生和神经再支配提供必要的信号[6]。

董荣芳等[7]通过对DPN患者的尸检病例进行研究发现：(1)有髓神经纤维的减少是最具特征性的改变；(2)神经轴突病变较髓鞘病变更为显著；(3)施旺细胞明显增生,但不形成新的髓鞘；(4)可见多种微血管病变，血管内皮细胞变性但是并不毁损，反而增生，使血管管腔进一步狭窄；(5)相对特异的血管病变是以PAS阳性物质沉积为主,使管壁增厚、结构不清。因此，轴突受损、髓鞘病变、微血管功能障碍是被认为最有可能参与DPN发病过程的因素。2009年关于DPN的多伦多共识指出，长期高血糖、代谢紊乱和微血管改变是DPN发生发展的重要因素[8]。对DPN发生发展的病因学进行深入研究，可能为其防治提供新的思路。

1 高血糖相关机制

一项关于DPN相关危险因素的meta分析[9]提示，糖尿病患者的糖尿病病程、年龄、糖化血红蛋白和糖尿病视网膜病变与DPN风险增加显著相关。相关实验研究[10]也表明：高糖可诱导施旺细胞凋亡。在离体条件下，分别用5.6、30、50、100、125、150mM浓度的葡萄糖溶液培养施旺细胞，发现施旺细胞的凋亡率与葡萄糖浓度呈正相关。用链脲佐菌素(streptozotocin，STZ)诱导建立DPN大鼠模型，以葡萄糖浓度大于16.7 mM作为实验组标准，与对照大鼠相比，DPN大鼠的髓鞘面积减少，有髓神经纤维丢失，局部神经的异常形态和凋亡标志物升高，外周髓鞘蛋白表达降低，提示施旺细胞凋亡增加。与高糖相关的致DPN机制有很多，包括炎症反应、氧化应激、内质网应激、线粒体功能障碍、自噬等。

1.1 炎症反应机制 临床上肌骨超声发现DPN患者周围神经主要表现为神经内部回声减低、筛网结构模糊、神经外膜增厚及与周边组织分界不清等，提示周围神经内有炎症浸润，DPN患者周围神经病理学检查也显示有大量中性粒细胞浸润[11]，进一步支持此结论。DPN的炎症反应不同于糖尿病患者的炎症反应，在一项对照研究[12]中，DPN组患者的中性粒细胞明显高于2型糖尿病组，而淋巴细胞则明显低于2型糖尿病组，这些结果表明在DPN和2型糖尿病患者中炎症程度是不同的，DPN有其独特的炎症反应过程。miR-146a与炎症反应密切相关，有实验研究通过体内注射STZ，将大鼠随机分为对照组、糖尿病组和DPN组；DPN组miR-146a表达水平显著降低，同时TNF-α、IL-1β和NF-κB的表达与对照组和糖尿病组相比明显升高；因此炎症反应参与了DPN的发病过程[13]。

1.2 氧化应激机制 氧化应激是指机体氧化和抗氧化失衡，导致中性粒细胞炎性浸润，蛋白酶分泌增多，氧化中间体大量产生，导致衰老和疾病，ROS可作为氧化应激的标志物。有实验研究[14]发现用25 mM的葡萄糖溶液培养RSC96细胞，ROS生成显著增加。高糖诱导同时加入抗氧化物马钱子素(loganin)，ROS生成减少。α-硫辛酸(Alpha-lipoic acid，ALA)具有抗氧化分子结构, 在体内可转化为还原型的二氢硫辛酸, 二者均是强抗氧化剂, 可减弱氧化反应。临床应用ALA可改善DPN的临床症状，提高神经传导速度。Androne等[15]应用ALA治疗DPN患者,其血清脂质过氧化物水平显著下降, 提示ALA改善DPN可能与体内脂质过氧化物减少有关。上述结果表明，氧化应激可介导高糖诱导的神经细胞凋亡，抑制氧化应激可减少凋亡。

体内高浓度的血糖可通过多种途径造成氧化应激：(1)竞争性降低细胞内肌醇和磷脂酰肌醇的含量，阻断细胞内信号通路[16]；(2)生成糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)，诱导细胞外基质成分的功能异常[17]；(3)通过活化蛋白激酶c(Protein Kinase C，PKC)途径，血管平滑肌细胞在高糖环境下致PKC的激活，进而导致氧化应激[18]；(4)血糖在血管中堆积，部分通过果糖-6-磷酸途径生成尿苷二磷酸-N -乙酰氨基葡萄糖，抑制内皮型一氧化氮合酶活性，诱导TGF-β表达增加，从而参与DPN的发生发展[19-20]。

1.3 内质网应激机制 内质网应激(endoplasmic reticulum stress，ERS)是指通过内质网错误折叠和未折叠蛋白的聚集来激活未折叠蛋白反应、内质网过载反应和凋亡通路等信号通路，直接影响应激细胞的结局，ERS与神经退行性疾病密切相关。实验研究[21]发现，在高糖培养下，神经元标记物Tuj1和胶质细胞标记物GFAP的表达显著下降，ERS标记物CHOP和BiP显著增加，加入ERS抑制剂4-PBA能够降低高糖诱导的CHOP和BiP表达，同时高糖抑制的Tuj1表达也被恢复。因此氧化应激诱导的ERS参与了高糖对神经干细胞分化的抑制作用。

1.4 线粒体功能障碍机制 糖尿病引起人体感觉神经元、轴突和施旺细胞能量代谢的失调。线粒体功能障碍被认为是导致神经元内能量稳态失调的原因之一。随着时间的推移，这种能量衰竭会导致神经元和轴突退化，并导致神经元和轴突氧化损伤的增加。

有实验研究[22]用45 mM葡萄糖溶液培养背根神经节神经元，6 h后ROS值达到最高，对应线粒体平均大小增加50%，伴随着线粒体膜电位调控能力的丧失、ATP含量降低以及caspase-3/9的激活；上述过程能够被粘噻唑菌醇和噻吩甲酰三氟丙酮抑制，后两者能够阻断线粒体电子传导链中的特定步骤；线粒体膜电位调控能力的丧失和caspase-3的激活同样能够被100 mM的米酵菌酸(一种腺苷酸转移酶抑制剂)抑制。这些结果表明，葡萄糖升高可诱导线粒体肿胀和神经元凋亡,通过特定的电子转移抑制剂来抑制ROS诱导、MMD或caspase的激活，可以达到清除糖毒性的作用[22]。

1.5 自噬作用机制 自噬是细胞吞噬自身细胞质蛋白或细胞器以满足细胞代谢需求和细胞器更新的过程。自噬是一种不同于凋亡的细胞存活机制，但高水平的自噬会诱导细胞凋亡。STZ诱导的糖尿病大鼠脊髓背根神经元中自噬明显增多, 经DPN患者血清体外培养的人神经母细胞瘤细胞 (SH-SY5Y) 也可出现自噬现象。高糖环境干预细胞72 h后可引起自噬标志蛋白LC3、Beclin1表达增加，证实了高糖环境可引起细胞自噬作用的增强[23]。

2 代谢综合征相关机制

代谢综合征(metabolic syndrome，MetS)包括肥胖、胰岛素抵抗、高血压、高甘油三酯血症和血脂异常，被认为是糖尿病患者发生DPN的一个危险因素。一项有关DPN的临床研究[24]纳入了218名无DPN症状或DPN症状持续少于5年的2型糖尿病患者,结果显示肥胖、高甘油三酯血症是早期DPN的独立危险因素，该结果与血糖控制无关。肥胖和甘油三酯与无髓鞘轴突丢失相关，体现在表皮神经纤维密度下降；而糖化血红蛋白与有髓鞘轴突功能下降相关，体现在神经传导速率下降。这提示肥胖和高甘油三酯血症显著增加DPN的风险，且独立于血糖控制结果。意大利的一项多中心横断面研究[25]同样提示代谢综合征是DPN的一个独立危险因素。

2.1 血脂异常 Zhen[26]的研究证明高甘油三酯血症是DPN的一个独立危险因素。另一项研究[27]证实低密度脂蛋白(Low Density Lipoprotein，LDL)可能与2型糖尿病患者DPN风险的增加有关。Jaiswal[28]的研究表明血脂异常可能对DPN有影响，在1型糖尿病患者中，LDL、总胆固醇和甘油三酯的升高已被证明与DPN有关，在2型糖尿病患者中，低水平的高密度脂蛋白(HDL)也被报道可影响DPN的发生。Akt/PKB被认为是磷脂酰肌醇-4,5-二磷酸3激酶(PI3K)的主要效应因子，被报道在调节周围神经系统的轴突包裹和髓鞘厚度方面发挥重要作用。通过在培养施旺细胞时加入Akt的抑制剂，能够降低髓鞘碱性蛋白的生成，影响髓鞘形成。

SREBP 1是调节脂质代谢，特别是肝、肾、脂肪等组织中脂肪酸合成的关键转录因子。srebp1、磷酸化Akt(Ser 473)和磷酸化Akt(Thr 308)在糖尿病小鼠中均受到抑制，并伴有髓鞘神经萎缩和髓鞘结构异常。同样，长时间的高糖刺激也会下调脂肪酸合酶mRNA、ACC mRNA。用PI3K/Akt信号通路激动剂胰岛素预处理，能够避免长时间的高糖刺激对Akt的抑制，并增加细胞中SREBP-1、FASN、ACC蛋白和mRNA水平的表达。综上所述，长时间高糖暴露可通过阻断PI3K/Akt信号通路抑制DPN细胞SREBP-1/FASN/ACC表达[29]。但是，研究[30-31]发现，他汀类药物在前期虽然可以减缓DPN的发展，但这种差别会随时间逐渐消失。明确评估血浆脂质正常化对DPN结局的影响的随机试验是必要的，降脂类药物治疗DPN距离临床仍有一定距离。

2.2 高血压 高血压与DPN之间的关系尚不明确，研究[32]表明在1型糖尿病患者中高血压和DPN之间存在关联。然而，在关于2型糖尿病患者中高血压与DPN相关性的研究[33]中，结果均为阴性。因此，目前的证据支持高血压和1型糖尿病DPN之间的联系，但不支持2型糖尿病。一项关于高血压与DPN之间关系的研究[34]发现，高血压与1型糖尿病患者的神经传导异常有关，但非糖尿病患者则不受影响。这表明1型糖尿病对DPN的有害影响可能是对髓鞘纤维造成损害，高血压在这一过程中可能有促进作用。

2.3 肥胖 肥胖是DPN的潜在危险因素。肥胖显著增加糖尿病患者发生DPN的风险，且独立于血糖控制结果[24]。动物模型显示，在正常血糖水平的动物中，饮食引起的肥胖可导致微血管损伤和周围神经功能障碍[35]。肥胖的基本特征是能量不平衡，能量消耗低而热量消耗高。过剩的营养最初储存在代谢组织中，如脂肪、骨骼肌和肝脏。当超出这些组织的储存容量时，其它组织(如神经系统)就会受到过量的营养物质的影响，而这些组织几乎没有能力处理超出生理浓度的营养物质，导致细胞内外的功能障碍。细胞外功能障碍包括脂肪沉积和蛋白糖基化和氧化。内源性功能障碍的标志是代谢失衡，脂质和葡萄糖代谢失调导致线粒体功能障碍和随后的氧化应激和内质网应激[36]。

2.4 胰岛素抵抗 胰岛素抵抗可能通过多个途径影响周围神经。有研究[37]表明胰岛素抵抗可能是2型糖尿病患者的肥胖和DPN之间的重要调节因素。胰岛素受体底物位于PIK3-Akt通路上游，实验表明，通过鼻内给胰岛素能够保护PIK3通路，包括Akt、cAMP以及GSK3β，最终体现在保护糖尿病小鼠的周围神经传导速度以及运动能力上面[38]。同时，胰岛素抵抗状态代表低度炎症的存在[39]，可能通过影响内皮功能[40]、导致微血管并发症[41]，进而导致DPN。

3 微血管病变机制

高血糖、高血脂、高血压等都会对血管造成损伤，影响组织的血液供应。微血管损伤通过减少神经灌注来促进DPN，而DPN降低了血管反应性，因此，两者是相互促进的[42]。数据分析表明较高的内皮素-1基线水平是发生DPN的重要独立预测因子[43]。在以色列进行的一项横断面研究[42]中，用肱动脉血流介导扩张评估血管内皮功能，用神经病变评分评估神经受损程度，结果显示两者密切相关，证明血管内皮功能障碍是影响糖化血红蛋白与糖尿病病程和糖尿病并发症的重要因素。此外有研究[44]证明贫血是2型糖尿病患者发生DPN的独立危险因素，这可能加重了微血管病变对DPN的影响效果。在周围神经中，髓鞘化的细胞通过表达Dhh，并通过向周围神经细胞发出信号来协调神经组织功能[45]。Dhh(Hh蛋白质家族一员)在糖尿病坐骨神经中的表达降低，在血管内皮细胞中的Hh信号受抑制的情况下，足以诱导神经病变[46]。

4 神经营养机制

通过检测110名健康被试者、83个2型糖尿病患者和65个DPN患者的血清，发现DPN患者的血清中神经生长因子(Nerve Growth Factor，NGF)、脑源性神经营养因子(Brain Derived Neurotrophic Factor，BDNF)水平最低[47]。NGF和BDNF是神经营养因子家族的成员，是一种在突触成熟、轴突靶向、突触可塑性以及神经元生长中必不可少的信号分子。NGF在成年损伤组织的痛觉传导中起重要作用，NGF诱导的基因表达改变可能影响细胞表型。研究[48-51]发现NGF在降低DPN发病率中起关键作用。BDNF参与外周神经系统和中枢神经系统的可塑性和发育，不仅影响分化和增殖，还影响突触活性和神经传递。

5 自身免疫机制

一项涉及2 650名参与者的meta分析[52]显示，与无DPN的2型糖尿病患者相比，DPN患者血清中TNF-α水平明显升高。IL-1β介导体内的免疫调节，协同刺激抗原呈递细胞和T细胞活化，促进B细胞增殖和分泌抗体。TNF-α作为免疫系统的主要调节因子，可以通过其受体直接引起氧化应激。TNF-α还可能通过抑制胰岛素受体和胰岛素受体底物-1，导致胰岛素抵抗[53]。

6 遗传与基因易感性机制

由于DPN与糖尿病、高血压、高脂血症等有重要的联系。因此后者的遗传因素可能对DPN也有一定的影响。此外，DPN信号通路上的基因多样性也会影响DPN的发展。一项临床研究[54]通过微阵列分析发现无DPN的糖尿病患者和DPN患者之间差异表达的lncRNA分别有446和1 327个，通过KEGG通路分析发现覆盖最广泛的是MAPK信号通路，这可能是一个参与DPN的特定通路。张艺等[55]同样发现在MAPK通路上差异表达的基因，包括TFAP2C、ESR1、CX3CR1、FGL2。

在2型糖尿病小鼠模型中，miR-34a在小鼠的背根神经节、坐骨神经中过表达。miR-34a可能靶向FOXP2和VAT1，而在高糖条件下，DRG神经元中FOXP2和VAT1降低。双荧光素酶检测显示，miR-34a下调FOXP2和VAT1的表达。这些结果表明，miR-34a及其靶基因FOXP2和VAT1参与了高血糖状态下背根神经节神经元的损伤[56]。实验[57]发现Sarm1基因敲除小鼠表现出正常的糖代谢和疼痛敏感性，缺失Sarm1基因缓解了STZ诱导的糖尿病小鼠的痛觉减退。此外，Sarm1基因缺失可减轻足部皮肤表皮内神经纤维的丢失、减轻轴突退行性变。这些发现表明，Sarm1基因缺失可降低小鼠DPN发生，并表明减缓轴突变性是一种有潜力的对抗DPN的策略。有学者[58]分析了98例DPN患者和102例对照组患者的基因分型，结果发现IL-1β rs16944cc基因型患者患DPN的风险较IL-1β rs16944 CT者增加3.2倍；IL-1Ra VNTR a1/a1、a2/a2基因型在DPN患者中较低，而a1/a2基因型患者较高；结果表明，IL-1β rs16944和IL-1Ra VNTR变体可能与DPN易感风险相关。