糖尿病足病變的分子機制研究進展*

盧仁軍 彭旦明

（1江西中醫(yī)藥大學2012級研究生 南昌330006；2江西省中醫(yī)藥研究院 南昌330046）

糖尿病及其并發(fā)癥現(xiàn)已成為威脅我國人民健康的一大殺手。據(jù)不完全統(tǒng)計，相對于世界平均發(fā)病率的6.4%而言，我國糖尿病發(fā)病率已接近10%，并呈逐年增加及年輕化趨勢[1]，人們甚至已經到了談“糖”色變的地步。其中，糖尿病足（diabetic foot，DF）是糖尿病并發(fā)癥中最嚴重的一種，約有49.5%的糖尿病患者會繼發(fā)為糖尿病足患者。下肢感染、潰瘍和深部組織損傷是糖尿病足患者的主要臨床表現(xiàn)，當糖尿病足患者病變達到一定程度時就需要截肢，截肢患者約占糖尿病足患者的26.4%，且病死率高達54%，由糖尿病足帶給患者和社會的負擔可見一斑[2～3]。在糖尿病足病變因素中，神經病變、外周血管病變和感染是目前比較公認的病變因素。本文主要從與上述病變因素相關的氧化應激、晚期糖基化終末產物、細胞凋亡、一氧化氮和酶的變化著手，從分子水平闡述糖尿病足發(fā)生的機制。

1 氧化應激與糖尿病足病變

氧化應激（oxidative stress，OS）是指生物體受到有害刺激時會產生大量的活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS），由于ROS的生成速度遠遠超過ROS的清除速度，導致ROS大量堆積，氧化系統(tǒng)與抗氧化系統(tǒng)失衡，組織損傷由此發(fā)生。有大量實驗結果表明，DF患者體內的高糖環(huán)境更易引起氧化應激的發(fā)生，由此產生的ROS在DF病變過程中起重要的作用[4]。Brownlee[5]指出了糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的關鍵性步驟，即氧化應激造成的血管內皮細胞損傷。該理論認為，高糖環(huán)境會抑制線粒體中電子鏈的傳遞，當電子鏈傳遞的末端環(huán)節(jié)受到抑制時氧化應激就會發(fā)生，產生大量ROS并堆積。蓄積的ROS可以與細胞中的蛋白質及DNA等多種成分作用，引起細胞中酶和因子功能失效或改變，繼而導致細胞損傷和細胞代謝異常，加重炎癥反應，使DF病變加深。另外，F(xiàn)ridlyand等[6]通過分析后表明氧化應激會造成胰島素抵抗，他們認為氧化應激產生的ROS可能會通過阻滯胰島素信號通路（主要是氨基己糖途徑、c-Jum氨基末端激酶信號傳導途徑、p38絲裂原活化蛋白激酶途徑等）的轉導來降低胰島素效應，從而導致胰島素抵抗的發(fā)生。除此之外，ROS作為細胞內重要的信使，能夠通過抑制三磷酸甘油醛脫氫酶的活性從而激活絕大多數(shù)與糖尿病足外周血管病變相關的信號轉導途徑，加速血管病變的發(fā)展[7]。

2 晚期糖基化終末產物與糖尿病足病變

在目前DF病變理論中，晚期糖基化終末產物（advanced glycation endproducts，AGEs）是比較認可的理論之一。AGEs是過量的糖和蛋白質結合的產物，AGEs通過與機體中的組織細胞結合來破壞它們。在DF患者持續(xù)的高血糖環(huán)境下，某些結構蛋白、功能蛋白及核酸蛋白會發(fā)生非酶糖基化反應產生AGEs。目前有研究證實，AGEs會加重DF的病變。林源等[8]在實驗中發(fā)現(xiàn)，糖尿病足潰瘍創(chuàng)面難以愈合的一個重要因素就是由于蓄積了過量的AGEs。有研究發(fā)現(xiàn)，AGEs與單核巨噬細胞的表面受體相互作用可以激活核因子-κB，而核因子-κB又可以誘導細胞黏附分子的基因轉錄，細胞黏附分子的作用在于能夠聚集并滯留血管內皮下的單核細胞，導致血液黏稠度增加，易引發(fā)早期動脈粥樣硬化。同樣，糖尿病患者體內積聚的AGEs更是增加了動脈粥樣硬化發(fā)生的概率[9]。那么，AGEs又是如何激活核因子-κB的表達的呢？近期，Bierhaus等[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，無論是在體內還是體外，細胞表面受體都會與AGEs相互作用，使核因子-κB得到持續(xù)地表達。體外實驗表明：核因子-κB持續(xù)性表達最主要的原因是受到了I-κB蛋白下調的影響，而I-κB蛋白的下調又是受到了核因子-κB、p65mRNA和I-κBα、I-κBβ 的作用。Chandra等[11]通過實驗發(fā)現(xiàn)：AGEs與內皮細胞上的受體作用產生的中介物能夠激活還原型輔酶Ⅱ氧化酶，使組織細胞的氧化應激作用增強，加劇組織損傷、血管收縮和促凝血反應，加速糖尿病足血管病變的發(fā)展。王慧等[12]也證實：患者如果長期處于高血糖狀態(tài)，那么體內過多的AGEs就會與內皮細胞表面受體相互作用，使內皮細胞功能紊亂，導致血管功能受損，這可能是DF患者微血管病變的重要原因。

3 細胞凋亡與糖尿病足病變

一般來說，正常情況下的細胞凋亡是為了使機體更好地生存，是一種在基因控制下的自主的、嚴密有序的死亡。細胞凋亡和炎癥有密切的聯(lián)系，并且在創(chuàng)傷愈合的炎癥反應中扮演重要的角色。DF病變與細胞凋亡有密切關系，現(xiàn)已知 bcl-2、bax、fas、pax-3、CPP32等因子是細胞凋亡的主要調節(jié)基因[13]。Galkowska等[14]通過研究發(fā)現(xiàn)：DF患者體內細胞凋亡因子bax、bcl-2的表達水平要明顯高于在足靜脈潰瘍患者體內的表達水平。來自意大利都靈大學的Beltramo等[15]在實驗中發(fā)現(xiàn)：周細胞在持續(xù)暴露的高糖環(huán)境中并不會加速其凋亡，而在用培養(yǎng)了內皮細胞后的高糖環(huán)境培養(yǎng)的周細胞的凋亡速度卻顯著加快。這一實驗結果表明，周細胞的凋亡速度或許與在高糖環(huán)境下周細胞和內皮細胞的相互作用有關，高糖條件下培養(yǎng)的內皮細胞產生的一些可溶性物質可能對周細胞的加速凋亡起關鍵性的作用。

4 一氧化氮與糖尿病足病變

一氧化氮（NO）的藥理作用在于擴張血管。人體內NO主要是由一氧化氮合酶催化L-精氨酸產生的，一氧化氮合酶是NO產生過程的限速酶。有研究表明，一氧化氮合酶基因尤其是內皮型一氧化氮合酶基因對糖尿病足潰瘍的形成和發(fā)展有一定的影響[16]。Jude等[17]通過應用免疫印跡和免疫組化法分析DF患者的足部潰瘍皮膚和正常皮膚中的精氨酸酶和一氧化氮合酶以及內皮型一氧化氮合酶發(fā)現(xiàn)：足部潰瘍處皮膚中的水平要比正常皮膚中的水平明顯升高。這說明糖尿病足潰瘍難以治愈的原因可能就是足潰瘍皮膚中的一氧化氮合酶活性的增強，而精氨酸酶活性的增強或許也可以解釋部分足潰瘍的形成。黃春苓等[18]研究發(fā)現(xiàn)，DF患者血液中的NO水平要顯著低于正常水平，而內皮素（ET）水平卻明顯升高，表明血管內皮功能的損害與DF的發(fā)生有緊密聯(lián)系。

5 酶與糖尿病足病變

醛糖還原酶（aldose reductase，AR）在 DF血管微循環(huán)病變中起重要作用。就葡萄糖而言，其首先在多元醇通路中被AR還原成山梨醇，山梨醇又在果糖還原酶的作用下形成果糖。AR的活性隨著體內血糖濃度升高而增強，長期高血糖環(huán)境使細胞內山梨醇和果糖含量增多，導致細胞滲透壓升高、細胞水腫[19]。已有研究表明，AR基因的多態(tài)性及AR mRNA水平與糖尿病足微循環(huán)病變有關，亦有臨床研究表明給予DF患者AR抑制劑有助于糖尿病足微循環(huán)病變的治療[20]。蛋白激酶C（PKC）是蛋白質激酶家族的一種。目前認為，糖尿病足血管病變是由于PKC通路被激活的緣故[21]。PKC的激活改變了細胞內信號通路的轉導并造成了血管功能的障礙：（1）通過抑制一氧化氮合酶的活性使NO生成減少，造成血管擴張功能障礙；（2）PKC能夠導致血小板凝集，從而形成血栓；（3）促進血管內皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF） 的表達，加速生成新血管，造成組織缺氧，進一步促進了DF微血管病變的形成和發(fā)展[22～23]。

綜上所述，隨著人們對糖尿病足病變過程中分子機制研究地深入，上述幾種分子在DF發(fā)生發(fā)展中的重要性越來越得到認同，其中一些關鍵的分子可能是未來治療DF的新靶點，為將來預防和治療DF提供分子理論依據(jù)。

[1]Yang W,Lu J,Weng J,et al.Prevalence of diabetes among men and women in China[J].N Engl J Med,2010,362(12):1 090-1 101

[2]鄧武權,余瓊武,陳兵,等.老年糖尿病足截肢相關因素分析[J].實用老年醫(yī)學,2009,23(3):183-186

[3]Margolis DJ,Hoffstad O,Nafash J,et al.Location, location, location: geographic clustering of lower-extremity amputation among Medicare beneficiaries with diabetes[J].Diabetes Care,2011,34(11): 2 363-2 367

[4]張浩,林煒棟,湯瑋,等.氧化應激在糖尿病足發(fā)病機制中的研究進展[J].上海醫(yī)學,2011,34(5):408-411

[5]Brownlee M.The pathobiology of diabetic complications:a unifying mechanism[J].Diabetes,2005,54(6):1 615-1 625

[6]Fridlyand LE,Philipson LH.Reactive species and early manifestation of insulin resistance in type 2 diabetes[J].Diabtes Obes Metab,2006,8(2):136-145

[7]Wei W,Liu Q,Tan Y,et al.Oxidative stress,diabetes,and diabetic complications[J].Hemoglobin,2009,33(5):370-377

[8]林源,王潤秀,農慶文,等.糖尿病創(chuàng)面愈合過程的動態(tài)組織學特征[J].中國臨床康復,2005,9(3):118-120

[9]Seki N,Hashimoto N,Sano H,et al.Mechanisms involved in the stimulatoryeffect ofadvanced glycation end products on growth of rat aorticsmoothmusclecells[J].Metabolism,2003,52(12):1558-1563

[10]Bierhaus A,Schiekofer S,Schwaninger M,et al.Diabetes-associated sustained activation of the transcription factor nuclear factor-kappaB[J].Diabetes,2001,50(12):2 792-2 808

[11]Chandra D,Ramana KV,Friedrich B,et al.Role of aldose reductase in TNF-alpha-induced apoptosis of vascular endothelial cells[J].Chem Biol Interact,2003(143/144):605-612

[12]王慧,婁晉寧.糖尿病微血管病變機制的研究進展[J].醫(yī)學研究雜志,2010,39(8):101-104

[13]李潔,趙明,王燕燕.糖尿病足的分子生物學機制[J].中國臨床康復,2006,10(12):142-144

[14]Galkowska H,Olszewsk WL,Wojewodzka U,et al.Expression of apoptosis and cell cycle-related proteins in epidermis of venous leg and diabetic foot ulcers[J].Surgery,2003,134(2):213-220

[15]Beltramo E,Berrone E,Tarallo S,et al.Different apoptotic responses of human and bovine pericytes to fluctuating glucose levels and protective role of thiamine[J].Diabetes Metab Res Rev,2009,25(6):566-576

[16]王收寶,田林紅.黃芪治療糖尿病腎病分子機制研究進展[J].中醫(yī)藥學報,2011,39(1):118-121

[17]Jude EB,Boulton AJ,Ferguson MW,et al.The role of nitric oxide synthase isoforms and arginase in the pathogenesis of diabetic foot ulcers:possible modulatory effects by transforming growth factor beta 1[J].Diabetologia,1999,42(6):748-757

[18]黃春苓,余綺玲,何凌.糖尿病足患者血漿一氧化氮、內皮素與血管內皮功能相關性研究[J].中國實用醫(yī)藥,2011,6(3):102-103

[19]楊瑞雪.糖尿病微血管病變分子機制研究進展[J].醫(yī)學綜述,2010,10(20):3136-3138

[20]Ramirez MA,Borja NL.Epalrestat:an aldose reductase inhibitor for the treatment of diabetic neuropathy[J].Pharmacotherapy,2008,28(5):646-655

[21]彭智,黃海華,郭曉瑞,等.糖尿病足病因研究進展[J].廣東醫(yī)學,2010,31(11):1 500-1 502

[22]Ahmad FK,He Z,King GL.Molecular targets of diabetic cardiovascular complications [J].Curr Drug Targets,2005,6 (4): 487-494

[23]張瑩.糖尿病足內皮功能紊亂機制的研究進展[J].檢驗醫(yī)學,2013,28(10):948-951