糖尿病器官缺血再灌注損傷的研究進(jìn)展

易浩然 王 磊 祝恒成

武漢大學(xué)人民醫(yī)院泌尿外科，湖北武漢 430060

糖尿病是由環(huán)境及遺傳因素共同引起的代謝紊亂性疾病。目前，其較為公認(rèn)的致病機(jī)制為：胰島素抵抗、胰島功能受損等因素導(dǎo)致胰島素分泌的相對(duì)或絕對(duì)不足，引發(fā)機(jī)體血糖代謝異常進(jìn)而引發(fā)糖尿病。通常，糖尿病患者血糖長(zhǎng)期處于較高水平，并伴有不同程度的代謝紊亂，嚴(yán)重者易出現(xiàn)各種并發(fā)癥，如心血管疾病、腎病等。器官缺血-再灌注損傷（IRI），是指組織器官缺血一段時(shí)間，當(dāng)重新恢復(fù)血流灌注后，細(xì)胞結(jié)構(gòu)破壞及功能代謝障礙反而比缺血時(shí)更嚴(yán)重，器官功能進(jìn)一步惡化的臨床綜合征。IRI 可以造成急慢性器官功能衰竭，嚴(yán)重者甚至可以導(dǎo)致機(jī)體死亡。雖然恢復(fù)血流是必需的，但再灌注往往會(huì)引發(fā)局部和全身炎性反應(yīng)，進(jìn)而加重缺血損傷。研究表明可能與IRI增加血管滲漏，改變轉(zhuǎn)錄和細(xì)胞死亡程序，驅(qū)動(dòng)組織中的白細(xì)胞滯留、炎癥和氧化應(yīng)激［1］相關(guān)。

糖尿病合并缺血-再灌注（IR）會(huì)使組織器官損傷更嚴(yán)重，如高血糖和胰島素抵抗是誘發(fā)腦卒中并促進(jìn)其惡化的重要因素［2］，心臟IRI 的病死率也更高［3］。近幾年已有不少文獻(xiàn)報(bào)道了糖尿病對(duì)器官IRI 影響的研究，作者對(duì)其中有關(guān)重要臟器IRI 的研究作相關(guān)綜述。

1 心臟IRI

糖尿病與心血管疾病的發(fā)病率和死亡率密切相關(guān)。有研究表明，糖尿病患者患缺血性心臟?。↖HD）的風(fēng)險(xiǎn)是非糖尿病患者的2～5 倍［4］，且糖尿病患者與非糖尿病患者比較，發(fā)生致命性心肌梗死的概率較大［5］。同時(shí)，有研究發(fā)現(xiàn)［6］糖尿病患者心臟在IR 后功能恢復(fù)明顯，較非糖尿病恢復(fù)更好，心律失常發(fā)生也更少。這些現(xiàn)象表明心臟可能會(huì)適應(yīng)糖尿病引起的改變，從而增加對(duì)缺血損傷的耐受性。Murarikova 等［6］用鏈脲佐菌素（STZ）復(fù)制糖尿病大鼠模型，在第8 天經(jīng)過(guò)缺血30 min 及40 min 再灌注處理后，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠在IR 后心肌細(xì)胞線粒體Mg2+-ATP 酶活性完全恢復(fù)，而非糖尿病小鼠線粒體Mg2+-ATP 酶活性下降，糖尿病小鼠心臟缺血時(shí)活性氧（ROS）的形成明顯低于非糖尿病心臟，且糖尿病心臟顯示出更高水平的抗氧化酶MnSOD。線粒體在心肌收縮和存活所必需的ATP 生成過(guò)程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，保留線粒體功能可能在糖尿病患者心臟抵抗IRI 的機(jī)制中發(fā)揮作用。通過(guò)線粒體靶向抗氧化劑抑制ROS 的產(chǎn)生，是最有希望的方法。有報(bào)道稱［7］，心肌細(xì)胞IR 的超氧化狀態(tài)可能刺激MPTP 通道開放從而使線粒體受損，而目前實(shí)驗(yàn)研究顯示，環(huán)孢霉素A 在再灌注時(shí)能阻斷MPTP 開口，進(jìn)一步的研究也顯示環(huán)孢霉素A 對(duì)急性心肌梗死的作用是有益的［8］。增加IR 心臟線粒體分裂已被證明有助于ROS 的產(chǎn)生和梗死的發(fā)生，而抑制線粒體分裂可減少心肌損傷，可以改善IR 后的心功能［9］。藥物抑制動(dòng)態(tài)蛋白1（Drp1）可有效減少糖尿病心臟的IR損傷［10］。線粒體分裂在IR 后顯著增加，Drp1 向線粒體的易位增強(qiáng)。那么抑制糖尿病心臟Drp1 向線粒體的易位，就可以減少IR 后線粒體的分裂，改善IR 后的線粒體功能和心功能。此外，抑制Drp1 可以降低心肌梗死面積和血清肌鈣蛋白Ⅰ和乳酸脫氫酶活性。所以，抑制Drp1 可能是糖尿病缺血性心肌病的一個(gè)潛在的新的治療靶點(diǎn)［10］。

2 肝臟IRI

肝臟IR 是外科常見的病理生理過(guò)程，感染、休克、肝臟外傷、肝葉切除及肝移植所致的肝臟功能損害、衰竭可與之有關(guān)，肝臟IR 可能導(dǎo)致肝臟組織壞死，細(xì)胞凋亡，肝功能下降甚至衰竭［11］。糖尿病患者高糖狀態(tài)會(huì)增加肝臟對(duì)IRI 的敏感性。糖尿病引起肝臟對(duì)IR的超炎癥性免疫激活，Yue 等［12］實(shí)驗(yàn)顯示，糖尿病小鼠在IR 后炎癥因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細(xì)胞介素-6（IL-6）活性更高，而抗炎因子IL-10 的水平更低，再灌注24 h 后，糖尿病和非糖尿病小鼠的血清炎癥基因表達(dá)水平均下降到相似的水平，這提示糖尿病影響組織炎癥的激活，使肝臟在IR 后更容易受到損傷。高血糖加重肝臟的IRI，主要是通過(guò)AGERAGE 通路［12］，使KCs 中炎癥性免疫激活過(guò)度所致。在糖尿病小鼠模型中，其肝臟中含有更高水平的晚期糖基化終末產(chǎn)物，庫(kù)普弗細(xì)胞上也表達(dá)更多的晚期糖基化終末產(chǎn)物受體（RAGE），IR 使晚期糖基化終末產(chǎn)物釋放入血，從而使庫(kù)普弗細(xì)胞中炎癥免疫過(guò)度激活。從細(xì)胞水平上來(lái)講，糖尿病小鼠的巨噬細(xì)胞對(duì)糖基化產(chǎn)物反應(yīng)更加強(qiáng)烈。體內(nèi)抑制AGE-RAGE 信號(hào)通路，可以降低炎癥免疫激活，并減少糖尿病小鼠的肝臟IRI，研究顯示［13］，用晚期糖基化終末產(chǎn)物受體阻斷劑（sRAGE）可作為一種潛在治療策略，在小鼠全肝缺血模型中，經(jīng)sRAGE 處理的小鼠7 d 存活率較對(duì)照組顯著提高。雖然STZ 復(fù)制的糖尿病模型與臨床糖尿病患者有很大不同，但高血糖作為糖尿病的一個(gè)共同特征，其會(huì)上調(diào)巨噬細(xì)胞的RAGE 表達(dá)并改變其先天免疫應(yīng)答，這一事實(shí)使實(shí)驗(yàn)結(jié)果具有臨床相關(guān)性［12］。此外，Zeng 等［14］還發(fā)現(xiàn)晚期糖基化終末產(chǎn)物在非糖尿病小鼠中發(fā)揮的作用相對(duì)較小。

進(jìn)一步研究提示［15］，細(xì)胞表面RAGE 能夠被金屬蛋白酶裂解，可以利用新開發(fā)的糖基化產(chǎn)物受體拮抗劑肽［16］，以及其siRNA 對(duì)細(xì)胞糖基化產(chǎn)物受體選擇性的敲除，這些臨床治療方案可以有效地減少肝臟在IR 中的損傷。

3 腎臟IRI

糖尿病腎病是終末期腎功能衰竭的原因之一［17］，糖尿病被認(rèn)為是放射性造影劑腎病或體外循環(huán)后急性腎損傷的危險(xiǎn)因素，無(wú)論是在臨床還是在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校?8］，許多文獻(xiàn)報(bào)道了糖尿病致急性腎損傷有增加的趨勢(shì)。研究顯示［19］，糖尿病大鼠IR 易感性較正常大鼠增加，同樣的在臨床上，糖尿病患者對(duì)腎臟IRI 的易感性增加，有更高的發(fā)病率和病死率［20］。腎臟缺血會(huì)顯著降低細(xì)胞內(nèi)ATP 濃度，引起細(xì)胞損傷，再灌注時(shí)氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)增加，細(xì)胞損傷加重［21］，可能與Nrf2/HO-1 信號(hào)通路受損有關(guān)。

Nrf2 是抗氧化蛋白的主要轉(zhuǎn)錄調(diào)控因子［22］，細(xì)胞受損后，激活Nrf2 誘導(dǎo)產(chǎn)生一種抗炎/抗氧化的保護(hù)蛋白（HO-1）［23］。Shi 等［24］發(fā)現(xiàn)高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激參與了糖尿病中SIRT1/Nrf2/HO-1 信號(hào)通路受損和缺血急性腎損傷的發(fā)生。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)，STZ 誘導(dǎo)的糖尿病大鼠，用褪黑素可改善腎臟組織病理學(xué)評(píng)分，減輕凋亡指數(shù)，降低了尿素氮（BUN）和尿肌酐（Scr）水平，降低脂質(zhì)氧化終產(chǎn)物，丙二醛（MDA）。褪黑素通過(guò)激活SIRT1/Nrf2/HO-1 通路，減輕糖尿病IRI，說(shuō)明SIRT1/Nrf2/HO-1 通路可能成為降低糖尿病腎臟IRI氧化應(yīng)激的新靶點(diǎn)。Shen 等［25］證明，用GSK-3β 的抑制劑TDZD-8 預(yù)處理糖尿病小鼠，經(jīng)過(guò)IR 后，預(yù)處理組小鼠腎小管細(xì)胞壞死、出血、蛋白鑄型和腎小管擴(kuò)張明顯減少，血清BUN、Scr 水平較對(duì)照組低4～6 倍，同時(shí)預(yù)處理組測(cè)得Nrf2、HO-1 和Bcl-2 的表達(dá)明顯上升。說(shuō)明TDZD-8 在糖尿病腎臟IRI 中的腎臟保護(hù)作用主要是激活Nrf2/HO-1 信號(hào)通路。

還有一些研究顯示［26］，七氟醚通過(guò)抑制核因子-κB（NF-κB）和TNF-α 表達(dá)阻止糖尿病大鼠腎臟IRI。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭?，用七氟醚預(yù)處理顯著降低了糖尿病大鼠腎臟IRI后的Cr 和BUN 水平，同時(shí)抑制腎小管上皮細(xì)胞損傷和凋亡，免疫組化中測(cè)得的預(yù)處理組IR 后腎臟表達(dá)的NF-κB 和TNF-α 較對(duì)照組明顯減少。因此，七氟醚可作為降低糖尿病患者腎臟IRI 的潛在治療藥物。

4 腦IRI

我國(guó)每年腦卒中患者約3000 萬(wàn)人，主要為缺血性腦卒中。糖尿病會(huì)加重腦血管的脆弱性，是缺血性卒中的重要危險(xiǎn)因素。有證據(jù)顯示［27］，糖尿病合并卒中的發(fā)生率約為14.18%，且糖尿病已被證明會(huì)增加腦卒中復(fù)發(fā)和不良反應(yīng)的概率［28］，而糖尿病和腦IR 的結(jié)合則增加了更嚴(yán)重的炎性反應(yīng)和腦損傷的風(fēng)險(xiǎn)［29］。高遷移率族蛋白B1（HMGB1）是一種存在于真核細(xì)胞中調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄的結(jié)合蛋白［30］，通過(guò)誘導(dǎo)細(xì)胞因子的表達(dá)，促進(jìn)炎性損傷，這些炎癥因子已被證實(shí)在腦IRI 中起重要作用［31］。HMGB1 是由壞死細(xì)胞被動(dòng)釋放的，通過(guò)激活白細(xì)胞，從而分泌促炎介質(zhì)，進(jìn)一步促進(jìn)HMGB1 的產(chǎn)生。Wang 等［32］證實(shí)，高血糖小 鼠 血 清HMGB1 水平顯著升高，HMGB1 在IR 后表達(dá)增強(qiáng)，促進(jìn)了IL-1β、IL-6 等炎癥因子釋放，與之前Kumar等［33］的研究結(jié)果一致。實(shí)驗(yàn)中也驗(yàn)證了HMGB1 可以破壞血腦屏障的形態(tài)、改變其功能，同時(shí)實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)在腦損傷后注射抗HMGB1 抗體可以阻斷HMGB1 功能，逆轉(zhuǎn)HMGB1 對(duì)糖尿病小鼠腦IR 的負(fù)面影響。因此，注射中和抗HMGB1 抗體可減輕腦損傷，可能是一種治療糖尿病缺血性腦卒中的方法。

NLRP3 炎性小體是一種細(xì)胞內(nèi)的多蛋白復(fù)合體，它的主要功能是識(shí)別外源性感染的危險(xiǎn)信號(hào)和各種病原微生物的內(nèi)部損傷，激活炎性反應(yīng)和細(xì)胞凋亡［34］。Hong 等［35］的研究顯示，當(dāng)糖尿病小鼠遭受腦IRI 時(shí)，這可能與NLRP3 炎癥小體的持續(xù)激活有關(guān)。MCC950是NLRP3 特異性抑制劑的小分子，抑制NLRP3 及其下游因子的活化。因此，MCC950 可以減輕腦IRI，提高患者生存率。目前認(rèn)為NLRP3 炎性小體可能成為治療糖尿病患者缺血性腦卒中的潛在藥物靶點(diǎn)。Ward 等［36］的實(shí)驗(yàn)也提示MCC950 有可能成為一種治療藥物，用來(lái)防止IR 后糖尿病患者的神經(jīng)血管重構(gòu)和認(rèn)知功能下降。

釩化合物因其在糖尿病患者和糖尿病大鼠體內(nèi)具有胰島素樣活性而被廣泛研究［37］，Ahmadi-Eslamloo等［38］證明釩化合物顯著降低糖尿病小鼠IR 后的腦梗死面積、血腦屏障破壞和水腫。這些結(jié)果被以前的報(bào)道證實(shí)，由于釩的胰島素樣作用，能改善高血糖狀態(tài)，有助于大腦從缺血受損中恢復(fù)。盡管如此，但是目前的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并不能明確釩處理的糖尿病組大鼠（IVTD）急性缺血性腦損傷癥狀的改善和存活率的提高是由于釩的直接胰島素樣活性，還是是高血糖的改善，或者是兩者兼有。

5 其他器官的IRI

截止目前為止，關(guān)于糖尿病腸IR 的研究，僅有的文獻(xiàn)［39］顯示DIR 組的20 只小鼠在IR 后腸損傷易損性增加，小腸的損傷更為嚴(yán)重，Chiu's 病理?yè)p傷評(píng)分更高，Parkin 蛋白（E3 泛素連接酶Parkin 以Pink1 依賴的方式轉(zhuǎn)位到損傷的線粒體中，以泛素化多種線粒體底物介導(dǎo)線粒體碎裂、降解和自噬）表達(dá)也進(jìn)一步增高。雖然證明了隨著腸易損性的增加Parkin 蛋白表達(dá)量增加，但是目前沒有明顯證據(jù)表明兩者之間的因果關(guān)系，需待后期進(jìn)一步研究。

因?yàn)榉闻K的血供主要由肺動(dòng)脈和支氣管動(dòng)脈雙重血供提供［40］，所以肺缺血的發(fā)生率并不高，而且實(shí)驗(yàn)建立肺缺血的模型也較復(fù)雜困難，關(guān)于糖尿病對(duì)肺臟IRI 損傷方面的研究鮮見報(bào)道。

6 展望

當(dāng)前糖尿病器官IR 的研究主要集中在心臟、肝臟、腎臟等重要器官，其他器官僅有少量研究。慢性炎癥已被證明在糖尿病器官IR 中發(fā)揮重要作用，但具體分子和細(xì)胞機(jī)制尚不完全清楚。隨著全世界科學(xué)界更深入的研究，在防治糖尿病器官IRI 上將有非常廣闊的臨床應(yīng)用前景。