糖尿病引發(fā)內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂的研究進(jìn)展

肖 瑤，吳基良

(湖北科技學(xué)院糖尿病心腦血管病變湖北省重點實驗室，湖北 咸寧 437100)

糖尿病及其并發(fā)癥是嚴(yán)重危害人類健康的慢性疾病之一，糖尿病增加了心血管疾病(如心臟病、外周血管疾病、中風(fēng)等)的發(fā)展，75%的糖尿病人死于心血管疾病［1］。近年來大量研究表明內(nèi)皮功能損傷與糖尿病和心血管疾病的發(fā)病機(jī)制有關(guān)［2］。因此深入理解糖尿病損傷內(nèi)皮細(xì)胞功能機(jī)制，有利于防治糖尿病心血管疾病并發(fā)癥發(fā)生。

1 血管內(nèi)皮細(xì)胞與血管穩(wěn)態(tài)

血管內(nèi)皮細(xì)胞是連續(xù)被覆在全身血管內(nèi)膜的一層細(xì)胞群，近十年來研究揭示其在維持血管穩(wěn)態(tài)方面起著重要作用。在生理條件下，血管內(nèi)皮細(xì)胞一方面分泌促血管舒張因子NO、PGI2、EDHF;另一方面分泌促血管收縮因子ET-1、Ang2、TXA2，調(diào)節(jié)血管張力和通透性及抗凝作用來維持營養(yǎng)物質(zhì)和氧供應(yīng)到相應(yīng)組織和控制血管細(xì)胞生長［3］。激素、神經(jīng)遞質(zhì)、化學(xué)刺激通過調(diào)節(jié)內(nèi)皮介質(zhì)的分泌和釋放，維持血管功能。正常條件下，內(nèi)皮細(xì)胞處于“失活狀態(tài)”，促血管舒張因子起主導(dǎo)作用;內(nèi)皮功能損傷，促血管收縮因子大量分泌，內(nèi)皮細(xì)胞處于“活化狀態(tài)”。

2 NO 產(chǎn)生及其在血管平滑肌中的調(diào)節(jié)作用

內(nèi)皮細(xì)胞衍生舒張因子NO 是由內(nèi)皮細(xì)胞合成脂溶性氣體分子，其半衰期短活性高。在生理條件下，NO 是在eNOS 的催化下，以L-精氨酸為底物，以還原型輔酶Ⅱ(NADPH)作為電子供體，生成等物質(zhì)量的NO 和L-瓜氨酸［4］。NO 這種可溶性氣體作為局部介質(zhì)在許多組織中發(fā)揮作用，內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生的NO 主要作用于血管平滑肌細(xì)胞，其機(jī)制是通過激活鳥苷酸環(huán)化酶和產(chǎn)生cGMP，cGMP 活化cGMP 依賴的蛋白激酶G，抑制肌動-肌球蛋白復(fù)合物，發(fā)揮血管平滑肌舒張作用［5］。此外，NO 還能抑制血小板激活、分泌、聚集，抑制平滑肌細(xì)胞的增生和增殖以及血管細(xì)胞粘附因子和細(xì)胞間粘附因子核轉(zhuǎn)錄。

3 eNOS 活性的調(diào)節(jié)

在生理條件下，eNOS 活性是內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO 的關(guān)鍵因素，eNOS 受到很多因素的調(diào)控，主要有如下三條:①典型eNOS 激活是通過血管舒張物質(zhì)如乙酰膽堿與內(nèi)皮細(xì)胞上的G 蛋白偶聯(lián)受體結(jié)合后，細(xì)胞內(nèi)Ca2+濃度增加，Ca2+與鈣調(diào)蛋白結(jié)合形成CaM，形成的復(fù)合物作用于eNOS 特定的CaM 位點，從而激活eNOS 和增加NO［6］。②體內(nèi)相關(guān)信號通路調(diào)節(jié)eNOS 蘇氨酸和絲氨酸殘基的磷酸化和去磷酸化，其中由蛋白激酶A、AMPK、PKB/AKT 介導(dǎo)的eNOSser1177 位點磷酸化對調(diào)節(jié)eNOS 活性起著至關(guān)重要的作用［7］。③eNOS活性可能被翻譯后被乙酰化修飾，主要通過半胱氨酸殘基十四?；褪；せ睿?］。鑒于復(fù)雜的機(jī)制參與到eNOS 活性調(diào)節(jié)，表明了NO 在維持血管穩(wěn)態(tài)方面受到多方面的調(diào)節(jié)。

4 ROS 與eNOS 之間的關(guān)系

大量研究表明在糖尿病患者的內(nèi)皮細(xì)胞周圍產(chǎn)生活性氧(ROS)，加速其內(nèi)皮功能紊亂［9］。使用一些抗氧化藥(SOD)治療能改善內(nèi)皮依賴的血管舒張［10］。盡管體外實驗中ROS 能促進(jìn)eNOS磷酸化，卻減少NO 的釋放。前者有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，低氧條件下通過激活NOX4 導(dǎo)致ROS 產(chǎn)生增多，ROS 通過氧化AMPK 使其磷酸化激活［11］，活化的AMPK 能使eNOS 磷酸化;也有可能是在低氧條件下其他通路調(diào)節(jié)如低氧誘導(dǎo)因子和VEGF使其磷酸化［12］。對于后者的現(xiàn)象解釋是“eNOS解偶聯(lián)”，一方面ROS 迅速與NO 結(jié)合生成OONO-，后者與eNOS 結(jié)合破壞鋅硫鍵導(dǎo)致eNOS 二聚體解聚［13］。另一方面ROS 及OONO-通過氧化BH4 為BH2，減少BH4 含量。BH4 與eNOS 結(jié)合改變eNOS 結(jié)構(gòu)，有利于精氨酸結(jié)合;參與電子的轉(zhuǎn)移;eNOS 穩(wěn)定的二聚體結(jié)構(gòu)對于eNOS 活性起著重要作用［14］。此外，有實驗表明內(nèi)源性的OONO-有可能是PI3K/AKT 信號通路下調(diào)的標(biāo)志物［15］。“eNOS 解偶聯(lián)”還能增加ROS 的產(chǎn)生和減少NO 的合成，從而加劇內(nèi)皮功能紊亂。

5 糖尿病與內(nèi)皮功能紊亂之間的關(guān)系

5.1 胰島素抵抗 胰島素在調(diào)節(jié)內(nèi)皮功能起著重要的作用，胰島素通過與其受體結(jié)合，通過激活PI3K/AKT 信號通路，調(diào)節(jié)eNOS 表達(dá)和絲氨酸1177 位點磷酸化，進(jìn)而促進(jìn)NO 釋放［16］;同時通過MAPK/ERK 信號通路促進(jìn)ET-1 表達(dá)和細(xì)胞的增殖［17］。在生理狀態(tài)下，PI3K/AKT 信號通路占主導(dǎo)地位調(diào)節(jié)血管舒縮功能，在2 型糖尿病人中胰島素抵抗選擇性的損傷PI3K 依賴的信號通路，此外在胰島抵抗誘導(dǎo)的高胰島血癥來維持正常血糖，然而MAPK 信號通路不受其影響［18］?？傊谝葝u素抵抗條件下減少PI3K/AKT 信號通路導(dǎo)致NO 合成的減少，增加MAPK 信號通路和ET-1 分泌增多，加速了內(nèi)皮功能紊亂。

5.2 高血糖癥 長時間高血糖暴露被認(rèn)為是導(dǎo)致糖尿病并發(fā)癥很重要的因素之一，其主要損傷內(nèi)皮功能。糖尿病患者血糖水平的提高，通過多條機(jī)制參與到內(nèi)皮紊亂中，其中氧化應(yīng)激被作為最直接的因素之一。氧化應(yīng)激是指機(jī)體在遭受各種有害刺激時，體內(nèi)高活性分子如活性氧自由基和活性氮自由基產(chǎn)生過多，氧化程度超出氧化物清除，細(xì)胞內(nèi)氧化還原平衡失調(diào)，氧化產(chǎn)物損傷蛋白質(zhì)和DNA，導(dǎo)致組織損傷。高糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激主要是由線粒體電子轉(zhuǎn)移鏈產(chǎn)生超氧陰離子和NOXs 激活［19］。ROS 除了通過形成RNO 使eNOS解偶聯(lián)，此外由高糖誘導(dǎo)的ROS 增強(qiáng)IRS-1 絲氨酸磷酸化，導(dǎo)致IRS-1 介導(dǎo)的PI3K/AKT 信號通路阻斷，從而抑制胰島素刺激的NO 產(chǎn)生［20］。

線粒體產(chǎn)生的超氧化物促進(jìn)DAG 的合成，導(dǎo)致PKC-β 的激活，PKCs 通過抑制PI3K/AKT 通路活性，降低了由胰島素刺激產(chǎn)生NO;另一方面活化的PKC 能促進(jìn)相關(guān)粘附因子(如ICAM-1，VCAM-1，)和E-選擇素過高表達(dá)，以及通過增加ET-1 釋放誘導(dǎo)血管收縮［21］。近年來有學(xué)者研究表明，在高糖條件下，PKC 通過鈣蛋白酶激活上調(diào)ICAM-1 和白細(xì)胞內(nèi)皮粘附分子［22］。

近年的大量研究證據(jù)表明，持續(xù)高血糖引起體內(nèi)多種蛋白質(zhì)非酶糖基化及由此形成的晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)在糖尿病并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制中起重要作用。細(xì)胞內(nèi)大量聚集AGEs 改變細(xì)胞基質(zhì)的功能和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。在內(nèi)皮細(xì)胞中，AGEs 與其相應(yīng)的受體結(jié)合激活細(xì)胞內(nèi)NOXs 產(chǎn)生ROS［23］;另一方面通過抑制二甲基賴氨酸水解酶，導(dǎo)致大量非對稱二甲基賴氨酸，進(jìn)而促進(jìn)了ROS 生成影響NO 生物活性和內(nèi)皮損傷［24］。AGEs 也能激活NF-κB 通路，促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞ET-1 表達(dá)，因此調(diào)節(jié)NO 活性和ET-1 釋放有助于改善內(nèi)皮功能的紊亂。

6 小 結(jié)

在糖尿病中微血管和血管功能障礙是引起心血管疾病發(fā)病和死亡的主要原因。高血糖癥、胰島素抵抗等誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷很可能通過相關(guān)機(jī)制減少NO 的產(chǎn)生及其生物活性，進(jìn)而導(dǎo)致血管功能的障礙，引發(fā)心血管疾病。深入了解糖尿病內(nèi)皮功能作用機(jī)制，有利于尋找一個新治療修復(fù)內(nèi)皮紊亂方案，從而有效的防治糖尿病心血管疾病并發(fā)癥發(fā)生。

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