高糖環(huán)境下血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激損傷的發(fā)生機(jī)制

張娜　曾凱

[摘要] 伴隨著糖尿病患者的逐年增加，糖尿病并發(fā)癥所導(dǎo)致的死亡也越來越受到重視。在文中主要就高糖誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷引起的血管內(nèi)皮功能紊亂的發(fā)生機(jī)制展開分析，以期可以為糖尿病的血管并發(fā)癥治療提供借鑒。

[關(guān)鍵詞] 糖尿??；高糖環(huán)境；血管內(nèi)皮；并發(fā)癥；氧化應(yīng)激

[中圖分類號] R587.2 [文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1672-4062（2018）02（a）-0197-02

研究數(shù)據(jù)顯示2013年全球便已存在3.82億的糖尿病患者，2015年糖尿病患者的人數(shù)則增加達(dá)4.15億，同時(shí)每兩秒就有新的患者確診為糖尿病，而由于其嚴(yán)重并發(fā)癥，每6 s就有一人死于糖尿病。其中，心血管系統(tǒng)相關(guān)并發(fā)癥作為2型糖尿病高致死率及致殘率的主要原因，闡明心血管并發(fā)癥的發(fā)病機(jī)制對降低糖尿病的致死率至關(guān)重要。

研究證據(jù)表明，高糖誘發(fā)氧化應(yīng)激損傷引起的血管內(nèi)皮功能紊亂是糖尿病血管并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的基礎(chǔ)?；钚匝醮兀╮eactive oxygen species，ROS）作為體內(nèi)氧化應(yīng)激的始發(fā)因素，其動態(tài)平衡對于維持血管內(nèi)皮的功能穩(wěn)定具有重大影響，不僅能夠參與調(diào)控血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡、壞死，還可以作為重要的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)分子，激活細(xì)胞內(nèi)多條信號通路，介導(dǎo)炎癥因子釋放、血管形態(tài)結(jié)構(gòu)改變及通透性增大等損傷反應(yīng)的發(fā)生。

1 高糖環(huán)境下ROS的生成增加

線粒體作為體內(nèi)ROS來源的主要細(xì)胞器，呼吸鏈中產(chǎn)生超氧化物如O2-和 H2O2構(gòu)成生物體內(nèi)ROS的90%以上。在糖尿病的高血糖環(huán)境下，機(jī)體的糖代謝轉(zhuǎn)換為脂質(zhì)代謝增加，使體內(nèi)游離脂肪酸升高，可引起線粒體的分裂及融合，使線粒體內(nèi)膜電位超極化，從而導(dǎo)致線粒體電子轉(zhuǎn)移鏈解耦聯(lián)引起超氧化物的生成增加。而持續(xù)暴露于高糖環(huán)境中促使線粒體ROS的過度生成，可進(jìn)一步加重線粒體形態(tài)和功能的損傷，形成惡性循環(huán)。

除了線粒體損傷引起的ROS生成增加外，高糖誘導(dǎo)的內(nèi)皮損傷能通過激動內(nèi)皮一氧化氮合成酶（eNOS）催化精氨酸促使NO的合成增加，導(dǎo)致亞硝基-氧化還原反應(yīng)失衡，使ROS和過氧硝酸鹽生成增加。其中過氧硝酸鹽可通過氧化小分子的抗氧化物質(zhì)如谷胱甘肽、半胱氨酸和四青生物素，引起脂質(zhì)過氧化及酪氨酸硝基化導(dǎo)致相關(guān)酶的失活和DNA的損傷而引起細(xì)胞毒性，促使血管內(nèi)皮的損傷。

Nox作為NADPH氧化酶催化亞基的同源物，可通過接受來自NADPH的電子將其轉(zhuǎn)移給分子氧而使過氧化自由基的生成增加，加速血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生，并且可促使ROS的聚集參與細(xì)胞增殖、分化、凋亡的調(diào)節(jié)。參與血管氧化應(yīng)激反應(yīng)的主要包含Nox家族的多個(gè)亞型Nox1，Nox2，Nox4。研究證實(shí)，糖尿病小鼠主動脈血管內(nèi)皮細(xì)胞中Nox1的表達(dá)及活性增加參與血管內(nèi)皮的損傷，而腎臟內(nèi)Nox2的活性增加則參與ROS產(chǎn)生及細(xì)胞內(nèi)黏附分子ICAM-1及血管內(nèi)皮生長因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）的表達(dá)。

2 高糖環(huán)境下促氧化應(yīng)激反應(yīng)信號通路的激活

2.1 多元醇通路的激活

高糖環(huán)境下，細(xì)胞內(nèi)葡萄糖水平的增高可通過激活多元醇通路加速細(xì)胞損傷。過量的葡萄糖可在醛糖還原酶及山梨醇脫氫酶的催化作用下依次轉(zhuǎn)換為山梨醇及果糖，在該反應(yīng)發(fā)生的同時(shí)，NADPH被氧化致使其含量減少，而NADPH的過量消耗一方面可抑制體內(nèi)抗氧化劑谷胱甘肽的合成使谷胱甘肽生成減少，另一方面可提高醛糖還原酶的活性，在一定程度上調(diào)控谷胱甘肽基因的表達(dá)引起谷胱甘肽的的下調(diào)，從而增加氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。

2.2 蛋白激酶C（PKC）的激活

PKC屬于絲氨酸/蘇氨酸激酶家族，存在多種亞型。研究表明，在PKC的眾多家族成員中，PKC-β，PKC-δ及PKC- 3個(gè)亞型參與糖尿病發(fā)生發(fā)展。高糖環(huán)境下，與血管再生相關(guān)的PKC-β先被激活，促使VEGF的表達(dá)增加，增加了微血管疾病發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。在多元醇通路激活的過程中，醛糖還原酶活性的提高能激活PKC-δ，激活的PKC-δ可發(fā)生移位，由細(xì)胞質(zhì)轉(zhuǎn)入線粒體或細(xì)胞核，然后作用于下游的底物蛋白，促進(jìn)凋亡相關(guān)因子的活化，最終引起細(xì)胞的凋亡。此外，PKC-δ還可參與p38αMAPK通路的調(diào)控，抑制血小板源生長因子的生長活性，導(dǎo)致腎臟周細(xì)胞的凋亡和無細(xì)胞毛細(xì)血管的形成。PKC- 則高表達(dá)于內(nèi)皮細(xì)胞，參與VEGF調(diào)控的細(xì)胞增殖及TNF-α和凝血酶誘導(dǎo)的內(nèi)皮細(xì)胞高滲透性的改變。

2.3 晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation endproducts，AGEs）的形成

持續(xù)的高糖環(huán)境下，葡萄糖等還原糖的醛基能夠在非酶催化的反應(yīng)條件與蛋白質(zhì)、核酸、脂質(zhì)等大分子物質(zhì)的氨基發(fā)生反應(yīng)生成具有生物學(xué)活性的晚期糖基化終末產(chǎn)物，具有活性的AGEs不但能夠通過與結(jié)構(gòu)蛋白如彈性蛋白，層粘連蛋白，膠原蛋白Ⅳ發(fā)生交聯(lián)促進(jìn)活化羰基化合物的形成，引起AGEs的產(chǎn)生和積聚，使被修飾的蛋白結(jié)構(gòu)及功能發(fā)生改變，而且還可以通過與細(xì)胞膜表面相應(yīng)的AGEs受體結(jié)合介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)的信號轉(zhuǎn)導(dǎo)，調(diào)控ROS的產(chǎn)生和NF-B的激活，促進(jìn)VEGF和單核細(xì)胞趨化蛋白-1及纖溶酶原活動物抑制劑1等細(xì)胞因子表達(dá)，參與細(xì)胞炎癥反應(yīng)的發(fā)生。此外還可通過對RhoA/ROCK信號通路的調(diào)控促使血管內(nèi)皮細(xì)胞骨架蛋白 F-actin 的重排以及細(xì)胞通透性的改變。

2.4 新型的小GTP結(jié)合蛋白

GTP結(jié)合蛋白作為細(xì)胞內(nèi)龐大的蛋白家族，主要參與胞內(nèi)氧化應(yīng)激反應(yīng)激發(fā)信號串聯(lián)的調(diào)控。在GTP蛋白超家族中，Ras和Rho蛋白已被證實(shí)在糖尿病血管病變中扮演重要角色。Ras家族包含3個(gè)高度同源的蛋白：H- Ras，K- Ras，N-Ras，其中H-Ras在糖尿病ROS生成及氧化應(yīng)激反應(yīng)的發(fā)生中起相互促進(jìn)的作用。一方面，活化的H-Ras可能通過激活Nox系統(tǒng)產(chǎn)生更多的ROS，另一方面，ROS能影響H-Ras和效應(yīng)蛋白Raf-1復(fù)合物Ras/Raf的形成，激發(fā)Ras/Raf/MEK/ERK連鎖反應(yīng)，從而誘導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)氧化應(yīng)激導(dǎo)致細(xì)胞功能障礙和凋亡。此外，H-Ras還能上調(diào)基質(zhì)金屬蛋白酶MMP-9的表達(dá)，促進(jìn)糖尿病腎病血管的通透性增加和毛細(xì)血管凋亡。Rho家族及其下游的靶蛋白構(gòu)成的Rho-ROCK信號通路參與AGEs誘導(dǎo)的血管內(nèi)皮細(xì)胞骨架重構(gòu)，增殖，分化以及ROS的聚集。

2.5 活性因子釋放的增加

除了上述信號通路的激活，細(xì)胞因子等活性因子在氧化應(yīng)激的損傷反應(yīng)過程中也扮演重要角色。高糖環(huán)境下，ROS的增加可以促使血管內(nèi)皮合成和分泌的NO發(fā)生滅活，內(nèi)皮素-1、VEGF的產(chǎn)生及纖維連接蛋白和膠原蛋白Ⅳ的表達(dá)增加，使血管內(nèi)皮通透性增大、白細(xì)胞和血小板粘附力的增加、血管內(nèi)纖溶物質(zhì)的分泌減少致使血管內(nèi)皮修復(fù)能力的降低，最終引起血管內(nèi)皮的結(jié)構(gòu)及功能紊亂。

3 高糖環(huán)境下抗氧化應(yīng)激反應(yīng)信號通路的激活

3.1 Nrf2-Keap1抗氧化防御系統(tǒng)

Nrf2作為抗炎癥反應(yīng)的調(diào)節(jié)因子，在調(diào)控抗氧化應(yīng)激保護(hù)性通路中發(fā)揮重要作用。正常情況下，Nrf2與細(xì)胞質(zhì)內(nèi)Kelch 樣ECH 相關(guān)蛋白1（Keap1）相結(jié)合，維持低轉(zhuǎn)錄狀態(tài)。在高糖誘發(fā)的氧化應(yīng)激反應(yīng)中，Nrf2從keap1上解離并轉(zhuǎn)移到細(xì)胞核，與抗氧化反應(yīng)元件ARE相結(jié)合，從而啟動下游的抗氧化、抗炎等相關(guān)靶基因如GSH的轉(zhuǎn)錄激活。研究證實(shí)，Nrf2可通過調(diào)控與GSH的生物合成相關(guān)的半胱氨酸連接酶的轉(zhuǎn)錄而參與抗氧化物質(zhì)GSH的合成。Keap1作為Nrf2-Keap1信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程中的重要因子，在高血糖的環(huán)境中能夠發(fā)生keap1啟動子的甲基化，激活自身的轉(zhuǎn)錄，從而增強(qiáng)Nrf2的功能，參與細(xì)胞抗氧化應(yīng)激及有害物質(zhì)的損傷。

3.2 SIRTs

沉默信息調(diào)節(jié)因子（silent information regulator factor，SIRT）作為高度保守的 NAD+依賴的蛋白去乙?；割悾赏ㄟ^調(diào)節(jié)其自身的表達(dá)參與氧化還原反應(yīng)的調(diào)整。研究證實(shí)，位于胞漿及胞核內(nèi)的SIRT1表達(dá)上調(diào)可抑制NF-B通路而參與胰腺β細(xì)胞的保護(hù)，減輕細(xì)胞毒性反應(yīng)，此外，SIRT1還可以通過抑制 NADPH 氧化酶的激活參與氧化應(yīng)激反應(yīng)的調(diào)整。而SIRT家族中的其他亞型，SIRT3主要存在于細(xì)胞的線粒體內(nèi)，可通過引起FOXO3的去乙?；Ｗo(hù)線粒體免受氧化應(yīng)激反應(yīng)的損傷，SIRT6則主要存在于胞核，參與內(nèi)皮細(xì)胞DNA 損傷的保護(hù)。

除了上述途徑之外，影響氧化應(yīng)激的相關(guān)因素還有很多，如SIRTs去乙?；揎棥NA甲基化、組蛋白修飾等，可通過改變轉(zhuǎn)錄激活基因的表達(dá)，影響相關(guān)蛋白酶的活性，參與血管內(nèi)皮炎癥反應(yīng)的調(diào)整及氧化應(yīng)激損傷的保護(hù)。此外，隨著研究的進(jìn)一步深入，越來越多的關(guān)聯(lián)因素被發(fā)現(xiàn)，如miRNAs，多巴胺D4受體，E3泛素酶連接酶Siah-1等均參與血管氧化應(yīng)激的損傷與保護(hù)[1-2]。

4 問題與前景

血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激損傷在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展過程中扮演重要角色，了解其具體的發(fā)生機(jī)制對預(yù)防及治療血管病變的發(fā)生具有重要意義。盡管目前對于其發(fā)生機(jī)制已有了詳盡的研究，但是各個(gè)影響機(jī)制之間的關(guān)聯(lián)作用尚未被證實(shí)，相關(guān)機(jī)制之間的橫向研究很少。相信隨著研究的進(jìn)展，對于血管氧化應(yīng)激發(fā)生機(jī)制有了更加綜合的了解之后，尋找一個(gè)有效的靶點(diǎn)分子指日可待。

[參考文獻(xiàn)]

[1] 仇冬峰，胡云輝，高照，等.多巴胺D4受體對糖尿病血管內(nèi)皮損傷的保護(hù)作用[J].中華高血壓雜志，2016，24（3）：226-230.

[2] 谷巍，張雪坤，趙正歷，等.E3泛素連接酶Siah-1與糖尿病血管內(nèi)皮損傷的關(guān)系研究[J].中國現(xiàn)代醫(yī)學(xué)雜志，2016， 26（5）：22-25.

（收稿日期：2017-11-08）