高血糖致動脈粥樣硬化的機制研究及進展

謝 俊 郭子宏

【Abstract】 Atherosclerosis is a major disease endangering human health,its damage to the cardiovascular and cerebrovascular can affect the body of various organs,has become a variety of common diseases in the elderly lesions.With the development of clinical and basic research,its mechanism has been a new understanding and great progress has been made in prevention and control,This article will describe the mechanism of hyperglycemia-induced atherosclerosis and new advances in its therapeutic drugs.

【Keywords】 Hyperglycemia, Atherosclerosis, Endothelial cells

糖尿病是人類的主要疾病之一，已成為全球日益嚴重的健康問題[1]。在歐洲，有5200萬人患有糖尿病，到2035年，預計數(shù)量將增至6900萬[2]。糖尿病性血管并發(fā)癥包括微血管并發(fā)癥(如糖尿病性腎病)和大血管并發(fā)癥(如動脈粥樣硬化性心血管疾病)，近期有近200萬人的隊列研究[3]表明：動脈粥樣硬化疾病是糖尿病患者觀察到的最常見的并發(fā)癥，是糖尿病患者致殘和死亡的主要原因。

動脈粥樣硬化(AS)是動脈硬化的血管病中最常見、最重要的一種，其共同特點是動脈管壁增厚、變硬、失去彈性和管腔縮小。受累動脈的病變從內膜開始，先后有多種病變合并存在，包括局部有脂質和復合糖類積聚、纖維組織增生和鈣質沉著形成的斑塊，并有動脈中層的逐漸退變，繼發(fā)性病變尚有斑塊內出血、破裂及局部血栓形成。

糖尿病是伴有高血糖癥的慢性疾病。高血糖是微血管并發(fā)癥的主要危險因素，但其在動脈粥樣硬化中的作用仍在討論中。有研究[4]發(fā)現(xiàn)在糖尿病患者中，血紅蛋白A1c(HbA1c)水平升高1%，心血管事件增加31%，高血糖本身是1型糖尿病和2型糖尿病患者心血管疾病的獨立危險因素。血糖水平升高與頸動脈內膜中層厚度存在因果關聯(lián)，成為亞臨床動脈粥樣硬化的替代指標。頸動脈斑塊患病率與非糖尿病患者和糖尿病患者的空腹血漿葡萄糖水平，葡萄糖波動或HbA1c相關[5]。在ARIC研究中[6]，頸動脈僵硬指數(shù)隨空腹血漿葡萄糖、胰島素和HbA1c升高，早期強化血糖控制可降低心血管事件。

高血糖與血脂異常在動脈粥樣硬化形成中的相對作用難以分離。例如，血脂異?？梢杂筛哐羌又?。同時，高血糖可能對動脈粥樣硬化有獨立影響。動物實驗研究發(fā)現(xiàn)，在同樣高脂飲食喂養(yǎng)下糖尿病豬比非糖尿病豬更快地發(fā)生動脈粥樣硬化。在實驗動物中通過單次或多次腹膜內注射鏈脲霉素誘發(fā)高血糖癥。鏈脲霉素是對胰腺β細胞有選擇毒性的DNA-烷化劑，導致嚴重的胰島素減少癥。許多研究表明，鏈脲霉素誘導的高血糖不伴脂質或脂蛋白異常，可以促進ApoE-/-小鼠發(fā)生動脈粥樣硬化[7]。有關高血糖與動脈粥樣硬化的機制方面的研究相對較少,本文就高血糖與動脈粥樣硬化機制的研究進展及最新治療做一綜述。

1.發(fā)病機制

1.1 活性氧(ROS) 內皮細胞參與了動脈粥樣硬化斑塊的形成，在調節(jié)血管通透性、炎癥和血栓形成的過程中起著核心作用。近幾年側重于高血糖影響內皮細胞功能促進斑塊形成的機制研究，內皮細胞功能障礙誘導的動脈粥樣硬化主要通過增強ROS的產生而引發(fā)。葡萄糖升高的早期可能增加潛在保護途徑，但長時間高血糖會導致ROS的形成，即使在葡萄糖控制后也可能是有害的。高血糖促進ROS的形成，其與脫氧核糖核酸和蛋白質相互作用，引起細胞損傷，特別是靶向線粒體DNA。對人類視網(wǎng)膜內皮細胞(ECs)的研究表明，高血糖誘導的ROS過度產生對線粒體DNA損傷非常早。

1.2 NF-κB 核轉錄因子是一類蛋白質，它們具有和某些基因上啟動子區(qū)的固定核苷酸序列結合而啟動基因轉錄的功能。NF-κB是其中一員，也是一類重要的轉錄激活因子，廣泛存在于各種真核細胞中。NF-κB通常在細胞溶質中與IkB結合，這種結合阻止其運動進入細胞核。氧化應激可誘導磷酸化的IkB泛素化和隨后的蛋白酶體降解，特別是在與高血糖相關的氧化應激的條件下。IkB的降解導致NF-κB二聚體的核定位信號暴露，導致其隨后轉移到細胞核誘導促炎細胞因子的轉錄，而轉錄的促炎細胞因子在不穩(wěn)定性斑塊的進展中起著關鍵作用。血管平滑肌細胞(Vascular smooth muscle cells，VSMC)是各種心血管疾病的重要病理過程，包括動脈粥樣硬化，再狹窄和高血壓。VSMC表型從分化到去分化狀態(tài)的特征是低水平的收縮基因表達增強其分泌和增殖，觸發(fā)動脈粥樣硬化的起始和進展的主要病理生理學過程，高血糖可增強VSMC的增殖，這是動脈粥樣硬化發(fā)病的關鍵步驟。增加葡萄糖濃度可以激活NF-κB，這是調節(jié)VSMC，ECs和巨噬細胞中多種促炎和促動脈粥樣硬化靶基因的關鍵介質。

1.3 晚期糖基化終產物(AGEs) AGEs是在非酶促條件下還原糖的醛基與蛋白質氨基之間發(fā)生不可逆反應生成的一組穩(wěn)定的終末產物。AGE能夠結合特異性或非特異性受體如AGE-R1，AGE-R2，AGE-R3和AGE-RAGE。AGE-RAGE復合物不僅改變了蛋白質的結構和功能，而且激活了一些細胞間信號通路，如蛋白激酶C或NF-κB。Schleicher和Friess[8]報道，在幾個血管細胞中AGE-RAGE結合產生ROS并引發(fā)炎性細胞因子的分泌。全身性炎癥可能有助于內皮功能障礙，VSMC增殖，膠原和彈性蛋白降解增加，加速動脈粥樣硬化。高血糖導致血管中AGEs的積累量增加，其誘導平滑肌細胞增生，內膜增厚以及血管的硬度增加。

1.4 細胞內黏附分子(ICAM-1)與內皮黏附蛋白(VCAM-1) 早期動脈粥樣硬化的形成是在局部內皮功能障礙的誘導下，最終導致脂蛋白沉積和單核細胞聚集。這種功能障礙的內皮細胞的滲透性增加可促進促炎細胞黏附分子(例如ICAM-1，VCAM-1)的表達以介導單核細胞聚集。雖然VCAM-1和ICAM-1都在動脈粥樣硬化病變中上調，但VCAM-1與早期動脈粥樣硬化有關。AGE-RAGE復合物通過增強VCAM-1在內皮細胞上的表達誘導動脈粥樣硬化。此外，VCAM-1促進單核細胞對內皮細胞的黏附，在下一階段，單核細胞分化為內膜巨噬細胞，其通過脂質攝取轉化為泡沫細胞。ICAM-1增強單核細胞聚集是動脈粥樣硬化斑塊的潛在增長模式。ICAM-1在內皮細胞上的表達是循環(huán)白細胞聚集浸潤引起一定部位組織損傷和炎癥反應的關鍵，有研究發(fā)現(xiàn)抑制ICAM-1的表達可減少AS形成過程中炎癥細胞的聚集及其炎癥細胞與內皮細胞的黏附，延緩動脈粥樣硬化的進程，長期暴露于高血糖引起的ICAM-1增加可能與晚期動脈粥樣硬化有關。

1.5 單核細胞趨化蛋白(MCP-1) AS是一種炎性疾病，促炎癥趨化因子如MCP-1的上調觸發(fā)單核細胞向血管壁內皮的巨噬細胞遷移和活化，能夠攝取致動脈粥樣硬化的成熟巨噬細胞反過來又促進斑塊進化。MCP-1通過促進外周血單核細胞黏附、趨化并遷移到內皮下,吞噬脂質轉化為泡沫細胞,促進VSMC增生等來參與動脈粥樣硬化的發(fā)生、發(fā)展。高血糖能刺激成纖維細胞、內皮細胞等合成和分泌MCP-1。李艷波等[9]用高糖培養(yǎng)人臍靜脈內皮細胞,加入葡萄糖25mmol/L后,孵育72小時,MCP-1表達增加，且高血糖可通過激活細胞NF-κB,進而影響MCP-1的表達。Lee等[10]用等量等濃度的葡萄糖和甘露醇分別培養(yǎng)腹膜內皮細胞7天,經(jīng)印跡法和酶聯(lián)免疫吸附檢測到葡萄糖培養(yǎng)使MCP-1mRNA表達水平和MCP-1蛋白水平明顯升高,而同濃度的甘露醇沒有類似現(xiàn)象。

1.6 醛糖還原酶(AR) AR是多元醇途徑的限速酶，隨著血糖濃度的升高，血糖的增加量可能被分流到多元醇途徑中，導致NADPH消耗增加。研究表明，人類斑塊巨噬細胞的一個亞型表達AR，并且其表達由高脂血癥和高血糖協(xié)同誘導。Christian[11]發(fā)現(xiàn)AR在M1巨噬細胞中表達，而在M2巨噬細胞中的表達相當?shù)停褹R差異表達取決于高血糖，隨著血糖水平的增加，AR表達只在M1中增加，巨噬細胞的病理生理學被認為與人類動脈粥樣硬化的異質性明顯相關。

1.7 血小板 血小板是血栓形成，血管閉塞和心肌梗死的關鍵因素。富含血小板的血栓被夾在纖維蛋白緊密網(wǎng)絡中，代表動脈粥樣硬化血栓形成的最后一步。葡萄糖進入血小板不依賴于胰島素，因此細胞內葡萄糖濃度反映細胞外葡萄糖水平。HbA1c水平和可溶性P-選擇蛋白與血小板激活增加呈正相關，并且在抗血小板治療期間證實高血糖患者血小板聚集增加。有研究[12]表明高血糖可能影響血小板轉移，改善血糖控制可能是減少血小板聚集以改善結果的一種方式。薈萃分析顯示糖尿病患者降低葡萄糖水平對冠狀動脈事件有積極作用。ACCORD研究[13]顯示：與標準治療相比，接受強化血糖控制的糖尿病患者發(fā)生心肌梗死風險減少。

1.8 骨形態(tài)發(fā)生蛋白(BMP) 轉化生長因子β超家族的BMP成員是在胚胎發(fā)育，血管生成和軟骨形成中具有不同關鍵作用的細胞因子。BMP在動脈壁中作為致動脈粥樣硬化介質。BMP2，BMP4和BMP6在動脈粥樣硬化病變中上調，表明它們有助于斑塊形成。最近，在高血糖和糖尿病狀態(tài)下表達的BMP已被證明可以觸發(fā)ROS的過度產生，反過來又引發(fā)內皮細胞功能障礙和細胞凋亡。高血糖還顯著增強人臍靜脈內皮細胞(HUVECs)中細胞內ROS的形成，與隨后的細胞凋亡相關。暴露于高血糖顯著增加糖尿病小鼠主動脈和內皮細胞中BMP4的表達。目前的工作[14]也可能表明在高血糖條件下HUVEC中BMP2的作用類似于BMP4。雖然BMP2和BMP4表現(xiàn)出高水平的序列相似性并且可能作用于相同的受體，但實際上兩種細胞因子的生物學作用可能不同。Kim等人[14]報道，在AS病變中，BMP2和BMP4的表達水平升高。BMP2和BMP4可能在與高血糖相關的血管粥樣硬化中起獨特作用,BMP4優(yōu)先在內皮細胞中表達，BMP2均在內皮中表達并分泌到生長培養(yǎng)基中。

1.9 血管黏附蛋白-1(VAP-1) VAP-1是一種黏附分子，涉及白細胞滾動，黏附和遷移進入炎癥部位，這對于AS的發(fā)病機制很重要。VAP-1是跨膜分子，但在血漿中也呈現(xiàn)為可溶形式(sVAP-1)，因此，血漿sVAP-1可能是AS新型生物標志物。與sVAP-1相關的心血管危險因素包括葡萄糖、血脂和吸煙。早期研究表明單獨的高血糖可以上調小鼠sVAP-1的濃度，Jin發(fā)現(xiàn)[15]sVAP-1濃度與空腹血漿葡萄糖和HbA1c呈正相關，與正常血糖受試者相比，是高血糖患者頸動脈斑塊的獨立危險因素。因此，葡萄糖水平可能不影響正常血糖受試者的sVAP-1濃度，但會刺激高血糖受試者的sVAP-1增加達到足夠的高濃度，導致血管并發(fā)癥。

2.治療進展

過去動脈粥樣硬化的治療以降脂、抗血栓形成藥物為主，隨著動脈粥樣硬化機制研究的深入，其治療方法也在不斷進展。

2.1 AGE抑制劑 目前開始研究使用天然化合物抑制AGEs。姜黃素是一種姜酚類化合物，存在于姜黃中，廣泛應用于中國和印度傳統(tǒng)醫(yī)學的糖尿病相關疾病。姜黃素已被證明能夠抑制動脈粥樣硬化和高脂血癥[16]。體內研究顯示姜黃對葡萄糖代謝的幾個有益效果，包括防止自由基和HbA1c的形成，保護非酶抗氧化劑，破壞膠原蛋白交聯(lián)，預防脂質過氧化和AGE-膠原蛋白積聚。

2.2 黃酮類化合物 蘆丁是黃酮類家族的成員，迄今為止，已經(jīng)有超過2000種類黃酮。它們能抑制動脈粥樣硬化、炎癥和氧化應激[17]。有研究表明[18]，間歇性高血糖導致VSMC的增殖。有絲分裂原激活蛋白激酶(MAPK)在細胞生長，分化和凋亡中具有重要作用。其中，新發(fā)現(xiàn)的MAPK家族成員BMK1已被發(fā)現(xiàn)與細胞遷移相關。蘆丁通過抑制MAPK，NF-κB和BMK1的磷酸化來抑制VSMC的增殖和遷移。此外，黃酮類化合物對AS可能存在劑量依賴性保護作用。

2.3 Ang 1-7 目前的科學觀點認為，AS是一種炎性疾病。由白細胞在血管中募集和遷移介導，然后白細胞內皮細胞相互作用和白細胞浸潤到內皮下引起病變起始，而平滑肌細胞遷移和纖維組織增殖促進動脈粥樣硬化斑塊發(fā)育。

為了評估Ang 1-7對體外糖尿病誘導的白細胞募集的潛在保護作用，Booth等[19]建立了HUVEC維持在高葡萄糖條件下的細胞培養(yǎng)實驗表明：高血糖是白細胞與內皮細胞黏附的有效啟動子，這可能是由于黏附分子的上調。Fleur[20]首次顯示Ang 1-7在體外顯著降低高血糖誘導的黏附分子的內皮表達以及白細胞對它們的黏附。并且Ang1-7的作用是通過與代謝產物受體的結合來介導的，如代謝產物受體拮抗劑A779，逆轉Ang 1-7的保護性抗炎作用。最近的研究[21]表明Ang 1-7對白細胞黏附的抗炎作用機制可能涉及抑制p38 MAPK和NF-κB通路。眾所周知，兩種途徑促進黏附分子的表達，p38 MAPK抑制劑控制動脈粥樣硬化事件二級預防炎癥的能力是目前正在進行的臨床試驗的目標[22]。

2.4 三價鉻(Cr3+) Cr3+是一種長期備受贊賞的礦物質營養(yǎng)物質，其對血糖和心血管有益。最近報道[23]，Cr3+下調了一種促動脈粥樣硬化的蛋白-血小板反應蛋白-1(TSP-1)的表達，并減弱了在葡萄糖刺激的人主動脈平滑肌細胞(HASMC)中抗增殖作用的ROS的形成，這些數(shù)據(jù)表明Cr3+可調節(jié)高血糖條件下VSMC異常功能。CPMV納米粒子靶向動脈粥樣硬化病變，目前的研究[24]提供了第一個細胞證據(jù)表明CrCl3負載的CPMV納米粒子在高血糖條件下在VSMC中的重要抗動脈粥樣硬化作用。用原代HASMC實驗表明CPMV-Cr顯著減弱高葡萄糖誘導的HASMC增殖，特別是在葡萄糖刺激的細胞中，與CPMV-Cr孵育后HASMC增殖被抑制了76%。

3.結語

由此可見，高血糖導致動脈粥樣硬化與多種因素有關。隨著對動脈粥樣硬化發(fā)病機制的深入研究，對其治療也提供了新方向及思路。近年來，天然植物提取的化合物備受青睞，相信隨著臨床與基礎研究的不斷進步,防治動脈粥樣硬化的方法也會越來越多,我們終將消除動脈粥樣硬化對人類健康的巨大威脅。

參 考文獻

1 AMERICAN DIABETES ASSOCIATION.Diagnosis and classification of diabetes mellitus[J].Diabetes Care,2014,37(Suppl 1): S81-S90.

2 IDF Diabetes Atlas,sixth edition.The International Diabetes Federation.Availableat:http://www.idf.org/sites/default/files/DA-regionalfactsheets,2014-FINAL.

3 SHAH A D,LANGENBERG C,RAPSOMANIKI E,et al.Type 2 diabetes and incidence of cardiovascular diseases:a cohort study in 1[Z],2015: 105-113.

4 Diabetes C,Complications Trial/Epidemiology of Diabetes I.Complications Research G Risk factors for cardiovascular disease in Type 1 diabetes.Diabetes.2016;65:1370-1379.

5 Verdoia,M.; Schaffer,A.; Cassetti,E.; Barbieri,L.; Di Ruocco,M.V.; Perrone-Filardi,P.; Marino,P.; de Luca,G.;On behalf of the Novara Atherosclerosis Study Group.Glycosylated hemoglobin and coronary artery disease in patients without diabetes mellitus.Am.J.Prev.Med.2014,47,9-16.

6 Rubin,J.; Nambi,V.; Chambless,L.E.; Steffes,M.W.; Juraschek,S.P.; Coresh,J.; Sharrett,A.R.; Selvin,E.Hyperglycemia and arterial stiffness: The atherosclerosis risk in communities study.Atherosclerosis 2012,225,246-252.

7 Veerman KJ,Venegas-Pino D,Khan MI,Shi Y,Gerstein HC,Werstuck GH: Hyperglycaemia is associated with impaired vasa vasorum neovascularisation and accelerated atherosclerosis in apolipoprotein-E deficient mice.Atherosclerosis 2013,227:250e258

8 Schleicher E,Friess U.Oxidative stress,AGE,and atherosclerosis.Kidney Int Suppl 2007; 72: S17-S26

9 李艷波，鄧華聰，鄭丹，等.P38信號通路對人臍靜脈內皮細胞單核細胞趨化蛋白-1表達的影響[J].中華糖尿病雜志，2004，12(4)：287-289.

10 LeeSK,KIM B S,YangWS,et al.Hightglucose inducesMCP-1 expression partly viatyrosine kinase-AP-1 pathway inperitoneal mesothelial cells[J].Kidney Int,2001,60(1): 55-64.

11 Christian Erbel,Gregor Rupp,et al.Differential regulation of aldose reductase expression during macrophage polarization depends on hyperglycemia,Innate Immunity 2016,Vol.22(3) 230-23

12 VERDOIA M S A,NOVARA A S,et al.Diabetes,glucose control and mean platelet volume:a single-centre cohort study[J].Diabetes Res Clin Pract,2014,104(2): 288-294.

13 GERSTEIN HC M M,ACCORD STUDY GROUP.Effects of intensive glycaemic control on ischaemic heart disease:analysis of data from the andomized,controlled ACCORD trial[J].Lancet,2014,384(9958): 1936-1941.

14 Kim CW,Song H,Kumar S,Nam D,Kwon HS,Chang KH,Son DJ,Kang DW,Brodie SA,Weiss D,Vega JD,Alberts-Grill N,Griendling K,Taylor WR,Jo H.Anti-inflammatory and antiatherogenic role of BMP receptor II in endothelial cells.Arterioscler Thromb Vasc Biol.2013;33:1350-1359.

15 D.-W.CHEN,Y.JIN et al; Age-,sex- and glucose-dependent correlation of plasma soluble vascular adhesion protein-1 concentration with cardiovascular risk factors and subclinical atherosclerosis,European Review for Medical and Pharmacological Sciences,2016; 20: 1544-1558

16 NABAVI S F,THIAGARAJAN R,RASTRELLI L A,et al.Curcumin: a natural product for diabetes and its complications[J].Curr Top Med Chem,2015,15(23): 2445-2455.

17 GOMES RODRIGUES A M,MARCILIO F D,GIRALDI-GUIMARAES A.Therapeutic potential of treatment with the flavonoid rutin after cortical focal ischemia in rats[J].Brain Res,2013,1503(期缺失):53-61.

18 Yoshizumi M,Kyotani Y,Zhao J,Nagayama K,Ito S,Tsuji Y,et al.Role of big mitogen-activated protein kinase 1 (BMK1)/extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5) in the pathogenesis and progression of atherosclerosis.J Pharmacol Sci.2012;120:259-263.

19 BOOTH G,STALKER T J,LEFER A M,et al.Mechanisms of amelioration of glucose-induced endothelial dysfunction following inhibition of protein kinase C in vivo,Diabetes 51[Z],2002.

20 BOSSIA F,BERNARDI S.Angiotensin 1e7 significantly reduces diabetes-induced leukocyte recruitment both in vivo and in vitro,Atherosclerosis 244[Z],2016.

21 LIANG B,WANG X,ZHANG N,et al.Angiotensin-(1-7)attenuates angiotensin II-induced ICAM-1,VCAM-1,and MCP-1 expression via the MAS receptor through Suppression of P38 and NF-kappaB pathways in HUVECs,Cell Physiol[Z],2015.

22 M.L.O’Donoghue,R.Glaser,P.E.Aylward,M.A.et al.Rationale and design of the LosmApimod To Inhibit p38 MAP kinase as a TherapeUtic target and moDify outcomes after an acute coronary syndromE trial,Am.Heart J.169 (2015) 622e630 e626.

23 Ganguly R,Sahu S,Chavez RJ,Raman P.Trivalent chromium inhibits TSP-1 expression,proliferation,and O-GlcNAc signaling in vascular smooth muscle cells in response to high glucose in vitro.Am.J.Physiol.Cell Physiol.2015;308:C111-C122.

24 Rituparna Ganguly,Amy M.Wen,et al,Anti-atherogenic Effect of Trivalent Chromium-loaded CPMV Nanoparticles in Human Aortic Smooth Muscle Cells under Hyperglycemic Conditions in vitro，Nanoscale.2016,V8N12 :6542-54