NADPH 氧化酶在糖尿病心血管并發(fā)癥中的研究進(jìn)展

成扶雨 余琪琪 袁偉

江蘇大學(xué)附屬醫(yī)院國家級重點(diǎn)?？菩难軆?nèi)科（江蘇鎮(zhèn)江212000）

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種全身慢性代謝性疾病，常常會并發(fā)腎病、心血管病、神經(jīng)系統(tǒng)等各種慢性病變。在過去的30年中，全球DM 患者數(shù)量增加了1 倍［1-2］，預(yù)計(jì)到2030年，全球的DM 患者將超過5.52 億。而DM 心血管并發(fā)癥是DM 患者最重要的并發(fā)癥和致死原因之一，DM性心血管疾病的致死率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于非糖尿病心血管疾病。還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸（reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶是機(jī)體產(chǎn)生活性氧的主要酶類，其活性的變化在DM 心血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展起著重要作用。

1 NADPH 氧化酶概述

NADPH 氧化酶（NADPH-oxidase，NOX）是由7個亞基NOX1，NOX2，NOX3，NOX4，NOX5，以及Duox1 和Duox2 組成［3］。NOX1 在結(jié)腸上皮中表達(dá)最高［4］，同時在血管平滑肌細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、子宮、胎盤等一些細(xì)胞組織中有表達(dá)。NOX2 作為分布最為廣泛的NOX 家族，最初出現(xiàn)在中性粒細(xì)胞和巨噬細(xì)胞中，其主要分布于胸腺、小腸、結(jié)腸、脾臟、胰腺、卵巢、胎盤、前列腺和睪丸等組織中［5］。NOX3 的結(jié)構(gòu)與NOX1、NOX2 極為相似，廣泛存在于內(nèi)耳，包括耳蝸、前庭感覺上皮與呼吸神經(jīng)節(jié)中［6］。NOX4 主要功能是紅細(xì)胞生成素合成的調(diào)節(jié)和氧感受器，主要在腎臟、破骨細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞和造血干細(xì)胞中存在。NOX5 主要表達(dá)于睪丸、脾臟、淋巴結(jié)等組織中，其產(chǎn)生活性氧（reactive oxygen species，ROS）的途徑與鈣離子相關(guān)。Duox1 和Duox2 主要功能是合成甲狀腺激素。

2 NADPH 氧化酶對糖尿病心血管并發(fā)癥的影響

2.1 糖尿病心肌病糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）是指糖尿病患者發(fā)生的特異性心肌結(jié)構(gòu)與功能的異常，且不并存冠狀動脈疾病或高血壓等心血管疾病，其特點(diǎn)是心肌擴(kuò)張、肥厚，左心室舒張和收縮功能降低，最終發(fā)展為心力衰竭［7］。DCM 的主要特征是亞臨床期的細(xì)胞結(jié)構(gòu)異常，最初導(dǎo)致舒張功能障礙，隨后影響心臟收縮功能，最終導(dǎo)致心力衰竭。ROS 與心力衰竭發(fā)展的全階段均有關(guān)，從心肌肥厚到纖維化、收縮功能障礙到心力衰竭。其具體機(jī)制為高血糖易導(dǎo)致線粒體電子傳遞鏈過氧化物產(chǎn)生過量，引起氧化應(yīng)激，使線粒體功能紊亂，繼而影響心肌細(xì)胞的代謝，誘導(dǎo)心肌細(xì)胞功能障礙，最終凋亡甚至產(chǎn)生心肌肥厚與纖維化。因此，DCM 的發(fā)生發(fā)展與ROS的作用密不可分。

2.2 糖尿病血管病DM 的血管并發(fā)癥通常分為大血管并發(fā)癥和微血管并發(fā)癥。視網(wǎng)膜病變、神經(jīng)病變和腎病等產(chǎn)生的微血管并發(fā)癥是糖尿病患者的一大發(fā)病和病死原因，但NADPH 氧化酶產(chǎn)生的ROS 主要介導(dǎo)的是一些如動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）的大血管病變。AS 是冠心病、腦梗死、外周血管病等一系列缺血性疾病的主要病因。DM 患者體內(nèi)血管內(nèi)皮功能紊亂是一大代謝紊亂現(xiàn)象，從而易導(dǎo)致血管內(nèi)皮缺血缺氧，內(nèi)皮依賴性血管舒張功能降低，進(jìn)而引發(fā)進(jìn)一步的ROS生成事件和正反饋機(jī)制的連鎖反應(yīng)。此時ROS 與NO 平衡失調(diào)，NADPH 源性ROS 產(chǎn)生增多。ROS此時可作為第二信使，通過JNK/C-jun 途徑、上調(diào)Fas 表達(dá)、誘導(dǎo)MMP-2、MMP-9 生成等，影響動脈粥樣硬化形成［8］。同時，ROS 可能有助于促進(jìn)血管平滑肌細(xì)胞（vascular smooth muscle cells，VSMCs）增殖，這是導(dǎo)致血管成形術(shù)后動脈粥樣硬化和再狹窄的一大特征。DM 患者VSMCs 在動脈粥樣硬化病變中的增殖和遷移增加，這主要是NOX 介導(dǎo)的ROS 生成可通過NF-κB 促進(jìn)高血糖的促增殖作用［9］。綜上，有充分的證據(jù)顯示ROS 作為DM 動脈粥樣硬化加速介質(zhì)，起到關(guān)鍵作用。

3 NADPH 氧化酶誘發(fā)糖尿病心血管并發(fā)癥的機(jī)制

DM 患者體內(nèi)糖、脂代謝異常，抗ROS 的能力也減弱，導(dǎo)致機(jī)體葡萄糖自身氧化，增加了體內(nèi)氧自由基水平，使血管內(nèi)皮產(chǎn)生氧化應(yīng)激，導(dǎo)致內(nèi)皮功能紊亂，誘導(dǎo)糖尿病心血管并發(fā)癥的產(chǎn)生。

3.1 激活糖基化終產(chǎn)物通路糖基化終產(chǎn)物（advanced glucation endproducts，AGEs）是長期高血糖與多種蛋白質(zhì)發(fā)生非酶性糖基化反應(yīng)，形成的具有毒性的化合物，AGEs 的產(chǎn)生被認(rèn)為是DM 最主要的致病物質(zhì)之一，可引發(fā)多種細(xì)胞因子的產(chǎn)生，引起血管功能紊亂，血管舒縮功能損傷。而NADPH 氧化酶可通過AGEs 誘導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生。其機(jī)制可能為［10-11］機(jī)體的長期高糖環(huán)境使蛋白質(zhì)通過一系列反應(yīng)生成AGEs，AGEs 可改變細(xì)胞外基質(zhì)及循環(huán)中的脂蛋白，同時與其受體RAGE 結(jié)合?；罨蟮腁GEs-RAGE 復(fù)合物能通過PKC-依賴途徑激活NADPH 氧化酶，使細(xì)胞內(nèi)ROS 增加，繼而引發(fā)DM 患者冠狀動脈粥樣硬化的進(jìn)展。

同時有研究表明［12］，NADPH 氧化酶誘導(dǎo)過度產(chǎn)生的ROS 可反向增加AGEs 的受體RAGE 的表達(dá)，活化蛋白-1（包括S100、S100A8、S100A12 等因子）的表達(dá)，促進(jìn)RAGE 與其配體AGEs 的產(chǎn)生，從而形成一個正反饋?zhàn)饔谩？梢奛ADPH 氧化酶作為AGEs 通路的關(guān)鍵因子，能雙向介導(dǎo)ROS 的產(chǎn)生，由此反饋性放大對組織的損傷作用。

3.2 參與多元醇途徑DM 患者體內(nèi)由于處于長期高血糖狀態(tài)，激活葡萄糖的旁路代謝——多元醇途徑，這一過程依賴大量的NADPH 實(shí)現(xiàn)。在多元醇途徑中，關(guān)鍵限速酶為醛糖還原酶（aldose reductase，AR），當(dāng)細(xì)胞內(nèi)葡萄糖濃度過高時，AR 被活化，NADPH 作為輔助因子與過量的葡萄糖在AR 催化下生成山梨醇，后者再經(jīng)山梨醇脫氫酶（sorbitol dehydrogenase，SDH）氧化后生成果糖，使細(xì)胞內(nèi)失去穩(wěn)態(tài)平衡。因此當(dāng)這種旁路代謝狀態(tài)打開，NADPH 氧化酶在多元醇途徑中被大量消耗，導(dǎo)致細(xì)胞滲透壓過高，阻礙信號傳導(dǎo)，最終引起組織水腫、細(xì)胞壞死等一系列失衡現(xiàn)象。更為嚴(yán)重的是，機(jī)體的抗氧化途徑——氧化性谷胱甘肽（GSSG）還原為還原性谷胱甘肽（GSH），也需要NADPH 作為關(guān)鍵輔酶。有研究發(fā)現(xiàn)［13］，在參與了多元醇途徑后，NADPH 氧化酶對細(xì)胞內(nèi)抗氧化劑GSH 的生成供應(yīng)減少，直接引發(fā)谷胱甘肽的再合成減少，削弱了細(xì)胞的自由基清除功能，增加細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激的易感性。

3.3 經(jīng)蛋白激酶C 活化損傷內(nèi)皮大量實(shí)驗(yàn)表明，細(xì)胞內(nèi)高血糖可啟動蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）的激活調(diào)控，包括PK-β，-δ［14］，-α 的合成。當(dāng)PKC 被胞內(nèi)高血糖活化后，其會對多種細(xì)胞因子的表達(dá)產(chǎn)生影響，其中非常重要的就是對氧化應(yīng)激的誘導(dǎo)。NADPH 氧化酶在激動劑PKC 的作用下產(chǎn)生增多，積累ROS，從而抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）的磷酸化，影響內(nèi)皮素-1 的生成［15］。eNOS是生成一氧化氮（NO）的關(guān)鍵酶，當(dāng)eNOS 生成減少，NO 相應(yīng)減少，影響血管內(nèi)皮細(xì)胞的舒張功能。這種對血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷作用是機(jī)體長期高血糖狀態(tài)下導(dǎo)致的，據(jù)此使機(jī)體易產(chǎn)生冠狀動脈粥樣硬化、心肌梗死等缺血再灌注損傷。不僅如此，氧化應(yīng)激狀態(tài)會消耗血管保護(hù)劑NO，使其產(chǎn)生亞硝基反應(yīng)，生成通過PKC 途徑影響內(nèi)皮通透性的ONOO-，造成胞外機(jī)制增生內(nèi)皮功能紊亂的嚴(yán)重后果。

有研究證實(shí)［16］，糖尿病腎病狀態(tài)下，高濃度游離脂肪酸能夠通過PKC 依賴的NADPH 氧化酶的激活刺激ROS 的生成，且這一過程可能通過AMPK/ACC 途徑實(shí)現(xiàn)。

3.4 通過己糖胺途徑加重?fù)p害DM 患者機(jī)體內(nèi)環(huán)境呈現(xiàn)高血糖狀態(tài)，增加了血管內(nèi)皮細(xì)胞己糖胺途徑（HBP）的信號通量，NADPH 氧化酶借助己糖胺通道的開放被活化，加重對血管內(nèi)皮的傷害。其過程主要為葡萄糖經(jīng)過一系列的相關(guān)酶催化反應(yīng)，最終轉(zhuǎn)化為二磷酸尿嘧啶-N-乙酰葡萄糖（UDP-GlcNAc）。UDP-GlcNAc 轉(zhuǎn)移到轉(zhuǎn)錄因子的絲氨酸與蘇氨酸殘基上時，上調(diào)相關(guān)細(xì)胞因子（如TNF-α、TNF-β1 等）的表達(dá)。NADPH 氧化酶因UDP-GlcNAc 的糖基化修飾被激活，激活NADPH氧化酶且累積氧自由基，產(chǎn)生大量ROS，引起一系列細(xì)胞毒性反應(yīng)［17］。而其對血管內(nèi)皮細(xì)胞的影響，有研究顯示［18-19］，在2 型DM 患者的頸動脈斑塊中，己糖胺途徑通過誘發(fā)NADPH 氧化酶的產(chǎn)生，對血管內(nèi)皮細(xì)胞的蛋白翻譯后修飾是顯著增強(qiáng)的。

3.5 抑制一氧化氮生成NO 在DM 大血管病變和微血管病變下均起著非常重要的作用，它控制著動脈血管內(nèi)皮的舒張，是一種內(nèi)皮源性血管舒張因子。L-精氨酸的產(chǎn)物是NO，它通過一氧化氮合酶（eNOS）的催化生成L-瓜氨酸并釋放NO。高糖誘導(dǎo)血管保護(hù)型NO 生物利用度與ROS 積累失衡，是導(dǎo)致內(nèi)皮功能障礙的早期機(jī)制。當(dāng)機(jī)體收到外界因素傷害產(chǎn)生氧化應(yīng)激損傷時，氧自由基增多，NADPH 氧化酶產(chǎn)生激增，ROS 隨之合成增加，eNOS 因此解耦聯(lián)，NO 合成被相應(yīng)抑制，導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能損傷。同時解耦聯(lián)的eNOS 可導(dǎo)致進(jìn)一步的超氧化物生成，形成一個惡性循環(huán)，促進(jìn)NO 的耗竭。有研究顯示［20］，當(dāng)DM 患者機(jī)體產(chǎn)生胰島素抵抗時，這種現(xiàn)象在動脈粥樣硬化的內(nèi)皮細(xì)胞上尤為常見，其可以降低胰島素敏感性，從而抑制eNOS 的活性，減少NO 釋放，反向增加NADPH 誘導(dǎo)的ROS 積聚。同時，即使是低脂肪小鼠，當(dāng)其全身血管內(nèi)皮存在特定的胰島素抵抗時，血管內(nèi)皮細(xì)胞NADPH 氧化酶產(chǎn)生增多，出現(xiàn)強(qiáng)烈的氧化應(yīng)激現(xiàn)象，相反地，NO 的釋放與生物利用度大大降低，因此血管內(nèi)皮功能也發(fā)生紊亂［21］。

4 抗氧化治療

4.1 他汀類藥物他汀類藥物作為目前臨床常用的調(diào)脂藥，是治療DM 性高脂血癥的首選藥物之一。新進(jìn)研究表明［22］，他汀類藥物除有降低血漿膽固醇作用外，還具有保護(hù)血管、防止血管并發(fā)癥、抗氧化等作用。在不影響血脂水平前提下［23］，辛伐他汀可有效降低血漿中的過氧化物水平，從而改善內(nèi)皮功能。他汀類藥物發(fā)揮抗氧化作用與血管緊張素的活性相關(guān)，其可有效下調(diào)血管平滑肌細(xì)胞中Rac1 介導(dǎo)的NADPH 氧化酶活化，抑制血管緊張素Ⅱ介導(dǎo)的活性氧生成［24］。

4.2 噻唑烷二酮類降糖藥噻唑烷二酮類降糖藥是一類胰島素增敏劑，主要包括羅格列酮、曲格列酮、匹格列酮、羅西格列酮等。其通過增加肌肉、肝臟、脂肪等靶器官的胰島素敏感性從而增強(qiáng)胰島素功能，達(dá)到降低血糖作用。目前有人認(rèn)為［25］，噻唑烷二酮類降糖藥可有效降低氧化應(yīng)激減輕血管炎癥反應(yīng)。它不可直接清除自由基，而是通過阻斷高糖狀態(tài)誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激實(shí)現(xiàn)抗氧化作用。研究發(fā)現(xiàn)［26］，匹格列酮可通過調(diào)節(jié)多種細(xì)胞因子表達(dá)，如降低多聚單核白細(xì)胞p47phox 水平、降低PKC、減少細(xì)胞粘附因子Ⅰ等降低NADPH 氧化酶的產(chǎn)生，通過抑制丙二醛活性升高GSH 水平，從而有效起到抗氧化作用。

4.3 血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑血管緊張素轉(zhuǎn)化酶抑制劑（angiotensin converting enzyme inhibitors，ACEI）是目前常用的抗高血壓藥之一，可高效抑制血管緊張素Ⅱ（angiotensinⅡ，AngⅡ）對血管產(chǎn)生的收縮作用與腎上腺皮質(zhì)類醛固酮釋放的激活作用。AngⅡ?qū)ρ趸瘧?yīng)激具有重要意義，NADPH 易被AngⅡ活化的NADPH 氧化酶氧化為NADP+，使得活性氧原料增多，促進(jìn)ROS 生成。而ACEI 直接抑制AngⅡ的產(chǎn)生，源頭上阻斷ROS 生成。同時，SOD 作為機(jī)體內(nèi)在生成的活性抗氧化酶，可有效清除體內(nèi)過量超氧陰離子，防止細(xì)胞產(chǎn)生自由基反應(yīng)，以達(dá)到對細(xì)胞膜過氧化的保護(hù)作用。ACEI本身可激活超氧化物歧化酶（superoxide dismutase，SOD）的活性，不斷清除過量超氧陰離子，以糾正氧化應(yīng)激導(dǎo)致的陰離子過量現(xiàn)象［27］。過往有研究顯示［28-30］，ACEI 代表藥依那普利可有效減少過氧化物產(chǎn)生，預(yù)防糖尿病性心腎并發(fā)癥。

5 前景與展望

NADPH 氧化酶可通過AGEs、多元醇通路、PKC 的活化、己糖胺途徑以及NO 的抑制等多種方式導(dǎo)致DM 心血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展，繼而影響糖尿病患者預(yù)后。越來越多的臨床和實(shí)驗(yàn)研究支持抑制NADPH 氧化酶活性的藥物有助于糖尿病心血管并發(fā)癥的防治，這可能為它的治療提供新的希望。但目前公認(rèn)的抗氧化劑如維生素C、維生素E 等僅可清除線粒體外過多的氧自由基，對于氧化應(yīng)激的療效欠佳，有待進(jìn)一步探索。而如果藥物可阻斷線粒體過量的O2-生成，減少細(xì)胞內(nèi)NADPH 氧化酶的活化，就可以從根源上預(yù)防糖尿病心血管并發(fā)癥的發(fā)生，并有效控制其進(jìn)展。

因此除了他汀類藥物等臨床常規(guī)用藥，如今小分子抗氧化劑備受關(guān)注，例如小分子量SOD 類似物［31］，α-硫辛酸以及肉毒堿等新型藥物，可在細(xì)胞內(nèi)清除O2-，減少線粒體功能損傷程度，從而達(dá)到改善DM 患者血管內(nèi)皮功能的療效。而目前對NADPH 氧化酶的研究多聚集在糖尿病腎病，對糖尿病心血管并發(fā)癥的研究較少。因此積極探索尋找適宜的抗氧化藥物調(diào)節(jié)NADPH 氧化酶的活性，有望成為DM 心血管并發(fā)癥治療的一個新的切入點(diǎn)，成為未來研究的熱點(diǎn)。