糖尿病心肌對(duì)常規(guī)保護(hù)措施抵抗機(jī)制的研究進(jìn)展

方穎慧（綜述），袁 媛，龍 村（審校）

·綜 述·

糖尿病心肌對(duì)常規(guī)保護(hù)措施抵抗機(jī)制的研究進(jìn)展

方穎慧（綜述），袁 媛，龍 村（審校）

糖尿病；心臟手術(shù)；心肌保護(hù)；信號(hào)通路；線粒體；抵抗機(jī)制

隨著生活水平提高和生活方式的改變，近年來(lái)糖尿病的發(fā)病率增長(zhǎng)加快，到2011年全球糖尿病患者約3.66億，到2030年可能增加到5.52億。糖尿病為心血管疾病的重要危險(xiǎn)因素，其發(fā)生缺血性心臟病是非糖尿病患者的2～3倍，糖尿病患者行冠狀動(dòng)脈旁路移植術(shù)后具有更高的死亡率［1］。因此，糖尿病患者行心臟手術(shù)時(shí)的心肌保護(hù)成為亟待解決的問(wèn)題。

然而，對(duì)于糖尿病心肌的心肌保護(hù)的研究卻未得到理想的效果。在臨床研究中，心肌梗死24 h前的心絞痛為其后的急性心肌梗死提供了天然的類(lèi)似缺血預(yù)處理（Ischemic preconditioning，IPC）的作用，與梗死前沒(méi)有心絞痛癥狀的患者相比心肌損傷較輕、預(yù)后較好［2］，但此效應(yīng)在糖尿病患者中未觀察到。提示糖尿病患者對(duì)缺血預(yù)處理的保護(hù)作用抵抗。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，糖尿病心肌對(duì)各種心肌保護(hù)措施，如IPC、缺血后處理（Ischemic postconditioning，IPOST）、吸入麻醉藥、二氮嗪、紅細(xì)胞生成素（Erythropoietin，EPO）的心肌保護(hù)作用抵抗［3-6］。因此，糖尿病心肌的心肌保護(hù)成為臨床工作中的難題。

很多研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌的信號(hào)通路異常、線粒體功能障礙。為了探索針對(duì)糖尿病心肌的可能的保護(hù)措施和靶點(diǎn)，本文從保護(hù)性信號(hào)通路改變及線粒體改變兩個(gè)方面綜述糖尿病心肌對(duì)保護(hù)性措施抵抗的機(jī)制，為糖尿病心肌的心肌保護(hù)提供思路和方向。

1 糖尿病心肌的信號(hào)通路改變

常規(guī)的心肌保護(hù)措施多是通過(guò)再灌注損傷補(bǔ)救激酶（Reperfusion injury salvage kinase，RISK）通路和生存活化因子增強(qiáng)途徑（Survivor activating factor enhancement，SAFE）通路最終抑制線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔（Mitochondrial permeability transition pore，mPTP）開(kāi)放或開(kāi)放線粒體ATP敏感性鉀通道（Mitochondrial ATP-sensitive potasium channels，Mito-KATP）起到心肌保護(hù)作用的。然而，糖尿病心肌由于代謝重塑導(dǎo)致保護(hù)性信號(hào)通路在不同水平發(fā)生了改變，導(dǎo)致糖尿病心肌更易受到缺血損傷，并且在保護(hù)性措施的刺激下不能相應(yīng)發(fā)生應(yīng)答，最終導(dǎo)致糖尿病心肌對(duì)保護(hù)性措施抵抗。

1.1 RISK信號(hào)通路 RISK信號(hào)通路是一組促存活蛋白激酶，包括磷脂酰肌醇-3-激酶（Phosphatidyl inositol 3-kinase，PI3K）、蛋白激酶B（Protein kinase B，PKB）又稱(chēng)Akt、細(xì)胞外信號(hào)調(diào)節(jié)激酶1/2（Extracellular signal-regulated kinase，ERK1/2）、糖原合成酶激酶3-β（Glycogen synthase kinase，GSK3 -β）及人第10號(hào)染色體缺失的磷酸酶及張力蛋白同源的基因（Phosphatase and tensin homolog deleted on chromosome ten，PTEN）等。正常心肌中，IPC、IPOST及藥物處理等保護(hù)措施可通過(guò)激活或抑制這些信號(hào)分子進(jìn)而起到心肌保護(hù)作用，而信號(hào)通路異常是糖尿病心肌對(duì)保護(hù)措施抵抗的重要原因。

PI3K/Akt異常是糖尿病心肌對(duì)IPC的保護(hù)作用抵抗的重要原因之一。Tsang等［7］對(duì)Ⅱ型糖尿病大鼠的研究中觀察到Akt磷酸化水平降低，一個(gè)循環(huán)的缺血5 min再灌注10 min預(yù)處理未能起到保護(hù)作用，而加大預(yù)處理的強(qiáng)度，即三個(gè)循環(huán)的預(yù)處理可通過(guò)增加Akt的磷酸化水平而減少糖尿病心肌的梗死面積，并且提示糖尿病心肌對(duì)常規(guī)的缺血預(yù)處理抵抗的原因可能是PI3K/Akt通路的下調(diào)。Sivaraman等［8］在糖尿病患者心肌組織缺氧復(fù)氧模型中亦得到相同結(jié)論，即糖尿病患者的心肌在足夠強(qiáng)度的預(yù)處理刺激下仍可通過(guò)上調(diào)Akt磷酸化水平得到保護(hù)。但是Ghosh等［9］在糖尿病患者心房組織的缺氧復(fù)氧模型中三個(gè)循環(huán)的IPC并沒(méi)有觀察到保護(hù)作用。這可能與其15 min的缺氧時(shí)間激活了細(xì)胞死亡程序有關(guān)，或者與其組織處理方式和實(shí)驗(yàn)觀察指標(biāo)不同有關(guān)。總而言之，糖尿病心肌由于心肌保護(hù)閾值的升高，需要更高強(qiáng)度的保護(hù)措施起到心肌保護(hù)作用。

PTEN是PI3K/Akt通路的負(fù)性調(diào)節(jié)因子。高血糖可導(dǎo)致活性氧和活性氮生成進(jìn)而上調(diào)PTEN，從而拮抗Akt［10］。Mocanu［11］的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)Goto-Kakizaki（GK）大鼠心肌PTEN水平上調(diào)。Wang［12］也在糖尿病患者中發(fā)現(xiàn)，高糖和氧化應(yīng)激導(dǎo)致PTEN上調(diào)，Akt磷酸化水平下降。因此，在糖尿病心肌中，PTEN上調(diào)抑制PI3K/Akt通路，可能是糖尿病心肌對(duì)保護(hù)措施抵抗的原因［13］，使之失活可增加心肌缺血和再灌注損傷后的存活。

ERK1/2在慢性糖尿病心肌模型對(duì)缺血敏感性和對(duì)保護(hù)性措施的反應(yīng)性中起到重要的作用。在慢性糖尿病大鼠模型中ERK1/2的磷酸化水平降低，進(jìn)而導(dǎo)致心肌對(duì)缺血再灌注損傷更加敏感［14］。在正常心肌中，IPOST通過(guò)上調(diào)ERK1/2起到心肌保護(hù)作用。然而鏈脲霉素（Streptozotocin，STZ）誘導(dǎo)的糖尿病模型中心肌ERK1/2的水平不能相應(yīng)上調(diào)，從而對(duì)心肌保護(hù)措施抵抗［4］。瑞芬太尼預(yù)處理亦未能恢復(fù)糖尿病心肌ERK1/2的磷酸化水平，從而不能抑制缺血再灌注導(dǎo)致的凋亡［15］。

Juhaszova［16］第一次報(bào)道了糖原合成酶激酶3-β（Glycogen synthase kinase，GSK3-β）的活性是決定mPTP開(kāi)放閾值的因素之一，抑制GSK3-β的活性可抑制mPTP的開(kāi)放。而糖尿病心肌GSK3-β的活性是正常情況下的兩倍多［17］，可能是糖尿病心肌對(duì)心肌保護(hù)措施抵抗的原因。有研究報(bào)道，GSK3-β抑制劑預(yù)處理對(duì)單次注射STZ誘導(dǎo)的糖尿病大鼠有心肌保護(hù)作用［17］。Gross［18］在實(shí)驗(yàn)中使用GSK3-β抑制劑，可減小STZ糖尿病大鼠心肌缺血再灌注損傷，在正常心肌和糖尿病心肌都有效。提示GSK3 -β及其下游通路仍是完整的，可成為保護(hù)糖尿病心肌的重要手段和研究靶點(diǎn)。

1.2 SAFE信號(hào)通路 SAFE通路是RISK通路之外較新的一條保護(hù)性信號(hào)通路，主要包括Janus激酶（Janus kinase，JAK）和轉(zhuǎn)錄激活因子3（Signal transducer and activator of transcription，STAT3）。正常心肌中，JAK/STAT的激活在IPC、IPOST中起到重要的作用［19］。

然而，糖尿病心肌中JAK-2的磷酸化水平降低，阿片類(lèi)受體激動(dòng)劑和EPO在正常心肌可通過(guò)JAK-2介導(dǎo)心肌保護(hù)作用，但是在自發(fā)性Ⅱ型糖尿?。∣LETF）大鼠模型中未能有效提高JAK-2的磷酸化水平而起到心肌保護(hù)作用［20］。Hotta［20］在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，糖尿病心肌中血管緊張素Ⅱ一型受體（AngiotensinⅡtype 1，AT1）介導(dǎo)鈣神經(jīng)素活性上調(diào)，從而導(dǎo)致了JAK-2磷酸化障礙，可能是糖尿病心肌對(duì)IPC抵抗的原因。通過(guò)2周的AT1受體抑制劑纈沙坦處理后，鈣神經(jīng)素恢復(fù)正常，促紅素對(duì)心肌的保護(hù)作用恢復(fù)。另外，糖尿病心肌中內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激和JAK-2激活障礙，可導(dǎo)致ERK和GSK3-β信號(hào)通路異常，進(jìn)而對(duì)EPO的心肌保護(hù)作用抵抗［21］。

STAT3是RISK通路之外的心肌IPC和IPOST的效應(yīng)因子，其下調(diào)可損害IPC和IPOST的保護(hù)作用。STAT3缺陷的小鼠表現(xiàn)為心功能障礙，并且更易受到缺血再灌注損傷［22］。雖然尚無(wú)直接證據(jù)證明STAT3在人類(lèi)糖尿病心肌中的表達(dá)及活性水平如何。然而，Drenger的研究提示，STAT3下調(diào)可能是糖尿病大鼠心肌對(duì)IPOST抵抗的原因［23］。因此，提高STAT3的磷酸化水平，可能恢復(fù)糖尿病心肌對(duì)IPOST的反應(yīng)性。STAT3在人類(lèi)糖尿病心肌對(duì)各種保護(hù)性措施的反應(yīng)性中起什么樣的作用，尚需進(jìn)一步研究。

2 線粒體功能異常

糖尿病時(shí)，由于胰島素抵抗，活性氧產(chǎn)生過(guò)多及脫偶聯(lián)蛋白激活，導(dǎo)致心肌線粒體功能障礙［24］。Mito-KATP和mPTP在糖尿病心肌中受損，而這兩個(gè)通道是IPC心肌保護(hù)的重要效應(yīng)器。

Mito-KATP是通過(guò)降低線粒體膜電位從而降低線粒體在缺血再灌注時(shí)Ca2+蓄積。然而，糖尿病狀態(tài)下Mito-KATP功能異常［25］，其開(kāi)放劑二氮嗪預(yù)處理未能為糖尿病患者心肌提供保護(hù)作用。但激活Mito-KATP的下游蛋白激酶PKC和p38MAPK可起到對(duì)糖尿病心肌的保護(hù)作用［26］。另外，外源性補(bǔ)充一氧化氮（NO）或者抑制內(nèi)源性NO生成，可以對(duì)糖尿病患者的心肌細(xì)胞起到保護(hù)作用［27］，NO位于Mito-KATP下游和p38MAPK的上游，說(shuō)明Mito-KATP下游通路在糖尿病心肌中仍是完整的。

mPTP是保護(hù)性信號(hào)通路的最終靶點(diǎn)，心肌缺血再灌注時(shí)氧化應(yīng)激及鈣超載等導(dǎo)致mPTP開(kāi)放。mPTP開(kāi)放導(dǎo)致線粒體腫脹、破裂，線粒體內(nèi)細(xì)胞色素C等促凋亡物質(zhì)釋放入細(xì)胞質(zhì)，進(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞凋亡壞死。有研究報(bào)道，在糖尿病大鼠心肌中發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激增加，導(dǎo)致PI3K/Akt，ERK，及GSK3-β信號(hào)分子的改變，最終導(dǎo)致了mPTP功能障礙，進(jìn)而導(dǎo)致對(duì)心肌保護(hù)措施抵抗［21］。線粒體鈣儲(chǔ)備能力（Calcium retention capacity，CRC）為mPTP開(kāi)放閾值的指標(biāo)，EPO可保持正常Wistar大鼠心肌缺血再灌注時(shí)的CRC水平，而此作用在糖尿病GK大鼠中無(wú)效［28］，提示mPTP受損為糖尿病心肌對(duì)保護(hù)措施抵抗的重要原因。

3 展 望

綜述以上研究，針對(duì)糖尿病心肌的心肌保護(hù)可從以下幾個(gè)方面進(jìn)一步研究。

首先，由于糖尿病心肌的保護(hù)性信號(hào)通路磷酸化水平降低，其得到保護(hù)所需要的閾值升高，需要更大強(qiáng)度的保護(hù)性措施起到心肌保護(hù)作用。因此，在安全范圍內(nèi)需要多大強(qiáng)度的保護(hù)措施能對(duì)糖尿病心肌起到心肌保護(hù)作用需要進(jìn)一步研究。

其次，GSK3-β及Mito-KATP下游通路仍是完整的。因此，針對(duì)GSK3-β或Mito-KATP下游通路的保護(hù)性藥物可以嘗試用于糖尿病的心肌保護(hù)。

一些抗糖尿病藥物可恢復(fù)糖尿病心肌對(duì)保護(hù)措施的反應(yīng)性。吡格列酮，可恢復(fù)IPC對(duì)糖尿病大鼠心肌的保護(hù)作用，從而減少再灌注心律失常。二甲雙胍在降血糖的作用之外，可降低糖尿病和非糖尿病大鼠心肌的梗死面積［29］。亦有臨床研究發(fā)現(xiàn)服用二甲雙胍的患者心肌梗死的發(fā)生率降低［30］。格列美脲可恢復(fù)糖尿病大鼠心臟對(duì)IPC保護(hù)作用的反應(yīng)性。因此，抗糖尿病藥物的心肌保護(hù)具有很好的應(yīng)用前景，其作用機(jī)制需要進(jìn)一步研究。

總之，糖尿病作為心血管疾病重要的危險(xiǎn)因素，其對(duì)心肌的影響非常復(fù)雜，需要更多的研究去認(rèn)識(shí)糖尿病心肌改變的機(jī)制，以便發(fā)現(xiàn)心肌保護(hù)的有效靶點(diǎn)，為臨床應(yīng)用提供思路和方法。

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