血管內(nèi)皮細(xì)胞功能與糖尿病的關(guān)系研究進(jìn)展

高雁鴻，劉建志，王仁山，張年萍

（1.大同市第五人民醫(yī)院內(nèi)分泌科,山西大同 030009；2.山西大同大學(xué)附屬第一醫(yī)院，山西大同 037009；3.大同云城內(nèi)分泌醫(yī)院,山西大同 037006；4.大同新建康醫(yī)院內(nèi)科山西大同 037036；5.山西大同大學(xué)醫(yī)學(xué)院，山西大同 037009）

高度分化的單層內(nèi)皮細(xì)胞覆蓋在微血管的內(nèi)表面，是微循環(huán)的感受器，可以感知微血管的壓力、剪切力、激素和化學(xué)分子的變化，是維持機(jī)體組織、器官內(nèi)環(huán)境穩(wěn)定的決定因素。微循環(huán)是細(xì)胞生長、發(fā)育、賴以生存的環(huán)境，而這些都離不開內(nèi)皮細(xì)胞的作用。

1 內(nèi)皮細(xì)胞的功能

1.1 內(nèi)皮細(xì)胞是內(nèi)分泌組織

內(nèi)皮細(xì)胞以內(nèi)分泌、自分泌、旁邊分泌3 種形式分泌多種細(xì)胞因子調(diào)節(jié)血管張力和血流，維持微循環(huán)的穩(wěn)態(tài)。血管舒張因子有一氧化氮（NO）、前列環(huán)素、內(nèi)皮衍生超極化因子等；血管收縮因子主要指內(nèi)皮素（ET-1），血管緊張I、II，血栓素等。其中NO 是最強(qiáng)的舒張因子，ET-1 是最強(qiáng)的收縮因子，二者在維持微血管舒縮功能中起重要作用。內(nèi)皮細(xì)胞還有抗血凝、抗血栓形成作用，以維持微循環(huán)有足夠的血流量和流速。

1.2 窗孔式結(jié)構(gòu)

內(nèi)皮細(xì)胞是窗孔式結(jié)構(gòu)，是微血管與組織間液物質(zhì)交換的通道。不同組織由于其功能的差異，微循環(huán)的密度、內(nèi)皮細(xì)胞窗孔的大小和數(shù)量的多少各不相同。窗孔的大小和多少受多種因素調(diào)控。這些因素使內(nèi)皮細(xì)胞增加NO 分泌、減少ET-1 的分泌，增強(qiáng)血管的舒縮功能和維持窗孔的通透性。窗孔結(jié)構(gòu)是保證營養(yǎng)物質(zhì)和氧氣供應(yīng)及代謝產(chǎn)物交換和排出的通道。

2 內(nèi)皮細(xì)胞功能受損

多種內(nèi)源性和外源性的因素均可使內(nèi)皮功能受損。內(nèi)源性的因素有肥胖、高血糖、脂代謝紊亂、高尿酸血癥、高血壓等，外源性的因素有吸煙、飲酒、感染、創(chuàng)傷、理化因素等。內(nèi)皮細(xì)胞功能受損的表現(xiàn)是漸進(jìn)性的，不同時期有不同的表現(xiàn)。

2.1 微血管自律運(yùn)動減弱

微血管自律運(yùn)動是微循環(huán)的重要動力，包括運(yùn)動的節(jié)律和程度。文獻(xiàn)報(bào)道正常人餐后微血管自律運(yùn)動的水平增加，而糖尿病患者微血管自律運(yùn)動減弱[1]。這種減弱可以在骨骼肌、皮膚、周圍神經(jīng)和胰腺等組織發(fā)生，使有效微血量收縮和舒張頻率及振幅下降[2]。

2.2 凝血系統(tǒng)異常

內(nèi)皮細(xì)胞功能異常易引起血液的高凝狀態(tài)和血栓形成。①纖溶功能異常：內(nèi)皮細(xì)胞功能受損使纖維蛋白溶解酶原激活劑（tPA）合成減少，纖溶酶原激活物抑制因子（PAI-1）合成增加。②增加黏附因子在內(nèi)皮細(xì)胞的表達(dá)，如假性血友病因子（vWF）、P-選擇素、可溶性血管黏附分子，（sVCAM-1）、可溶性細(xì)胞間黏附分子-1（sCAM-1），使白細(xì)胞、血小板在內(nèi)皮細(xì)胞黏附，引起血管壁的破壞和血栓形成，進(jìn)而引起微循環(huán)血流異常。

2.3 內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)的異常

內(nèi)皮細(xì)胞結(jié)構(gòu)異常主要表現(xiàn)為去窗孔化（窗孔變小、數(shù)量減少、甚至閉塞，直至凋亡）。再生會使微循環(huán)血管床減少，進(jìn)而形成動-靜脈短路，物質(zhì)交換受損。Fadinideng 發(fā)現(xiàn)與正常對照組相比糖尿病患者體內(nèi)循環(huán)內(nèi)皮祖細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞分別降低了33%和40%，且內(nèi)皮細(xì)胞數(shù)量與空腹血糖負(fù)相關(guān)[3]。

2.4 新生血管形成

在缺氧條件下內(nèi)皮細(xì)胞增加血管內(nèi)皮生長因子（VEGF）的分泌。VEGF具有促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞增殖、分裂，誘導(dǎo)新生血管形成。VEGF 還增加細(xì)胞外基質(zhì)的生成，使微血管基底膜增厚，通透性更差，進(jìn)而促進(jìn)轉(zhuǎn)化生長因子（TGF）β1 分泌，使組織纖維化。研究顯示內(nèi)皮細(xì)胞功能受損時不同組織VEGF表達(dá)各不相同[4]：心肌、骨骼肌VEGF 表達(dá)下降，側(cè)支循環(huán)建立減少；神經(jīng)、肝臟、視網(wǎng)膜、腎臟VEGF表達(dá)增加，使其組織纖維化。提示內(nèi)皮細(xì)胞功能受損對不同組織影響不同，從而引起不同的并發(fā)癥。

3 內(nèi)皮細(xì)胞受損的機(jī)理

研究顯示，從NGT-1GR-DM 血漿超氧化物岐化酶（SOD）依次降低，脂質(zhì)過氧化物終末產(chǎn)物（MDA）和炎癥標(biāo)志物C-RP、1L6、TNF-2等依次升高。證實(shí)了炎癥因子和氧化應(yīng)激參與了內(nèi)皮細(xì)胞的損傷[5]。

3.1 炎癥因子

普遍認(rèn)為代謝綜合征是一種亞臨床炎癥狀態(tài)。肥胖、脂代謝紊亂、糖代謝紊亂、高血壓、感染等可激活核因子KBC（NF-KB）。NF-KB 稱炎癥信號的“第一反應(yīng)因子”，調(diào)控多種炎癥因子的基因表達(dá)，使多種類炎癥因子表達(dá)增加，如CRP、1L-6、TNF-2、ICAM-1、VCAM-1、MCP-1，ET-1 等。Hingoran 等用脂多糖誘導(dǎo)人體急性炎癥狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)內(nèi)皮依賴性血管擴(kuò)張反應(yīng)受損，暗示炎癥可能是連接高游離脂肪酸（FFA）血癥和內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的關(guān)鍵點(diǎn)[6]。炎癥因子通過降低細(xì)胞內(nèi)的磷脂酸肌醇—3—激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶（P13K/AKt）信號通路使NO 生物利用度減少，從而導(dǎo)致炎癥性血管內(nèi)皮損傷。

3.2 氧化應(yīng)激

肥胖病人隨著血脂的升高，氧自由基呈線性升高，脂類過氧化的終末產(chǎn)物之一丙二醛（MDA）水平與肥胖正相關(guān)，超氧化物岐化酶（SOD）是負(fù)相關(guān)，使機(jī)體活性氧族（ROS）顯著增加，其中以ROS危害最大。ROS 可抑制破壞PI3K-AKt-eNOS 信號轉(zhuǎn)導(dǎo)途徑，導(dǎo)致NO 合成和釋放減少，誘導(dǎo)內(nèi)皮細(xì)胞調(diào)集炎癥因子可引起活性氧增加?；钚匝跻彩荖F-KB 敏感的刺激因子，可能是激活NF-KB 的第二信使，使炎癥因子表達(dá)增加。二者均通過下調(diào)PI3K/AKt信號通路使內(nèi)皮細(xì)胞受損?？寡祝寡趸委熅懈纳苾?nèi)皮細(xì)胞功能的效應(yīng)。Brownlee 提出，高血糖導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞線粒體增多是糖尿病血管病變機(jī)制中的關(guān)鍵因素[7]。

4 內(nèi)皮細(xì)胞與胰島素抵抗

2003 年美國召開的首屆胰島素抵抗綜合征大會上就提出，胰島素抵抗綜合征有內(nèi)皮細(xì)胞功能異常。近年來血管內(nèi)皮功能與肥胖和胰島素抵抗（IR）已被廣泛關(guān)注[8]。

4.1 內(nèi)皮型胰島素抵抗

內(nèi)皮細(xì)胞是胰島素敏感的靶細(xì)胞，胰島素與其受體結(jié)合后使內(nèi)皮細(xì)胞eNOS 活化，NO 釋放增加，ET-1分泌減少，使血管舒張。反之多種因素使NO合成和釋放減少，需要大量的胰島素才能維持血管舒張。第二，內(nèi)皮受損進(jìn)入靶細(xì)胞的胰島素和葡萄糖減少，攝取和利用率減低引起IR。第三，在血液和組織中存在胰島素降解酶（IDF）使胰島素失活。研究表明，T2DM 患者紅細(xì)胞IDF 顯著高于正常人，說明IDF水平升高使胰島素降解過快可能是引起IR的原因之一[9]。第四，內(nèi)皮細(xì)胞功能受損是高血壓的始動因素。高血壓又作用于內(nèi)皮細(xì)胞的腎素——血管緊張素系統(tǒng)，使NO 合成減少，ET-1 分泌增加IR。以上4點(diǎn)可能是“內(nèi)皮型IR”的成因。

4.2 內(nèi)皮細(xì)胞與外周組織的胰島素抵抗

普遍認(rèn)可脂肪組織、肝臟、肌肉組織是IR的主要部位。其IR 的根本原因緣于這些組織內(nèi)皮細(xì)胞功能受損。

4.2.1 脂肪組織胰島素抵抗

肥胖是脂肪組織的增加，體重增加1 kg脂肪組織增加0.8 kg。肥胖引起IR實(shí)質(zhì)是脂肪組織增加的結(jié)果。①脂肪組織增加使脂肪組織的單核細(xì)胞、巨噬細(xì)胞占脂肪細(xì)胞的比例由5%～10%上升到60%，炎癥因子表達(dá)增加引起內(nèi)皮細(xì)胞功能受損。肥胖氧自由基生成增加是TG、FFA 升高的結(jié)果。WHO等對超重（BMI ＞23 kg/m2）兒童研究已證實(shí)存在內(nèi)皮功能受損和頸動脈內(nèi)膜增厚[10]。內(nèi)皮細(xì)胞功能受損是使脂肪組織新生血管減少，引起脂肪外溢的重要原因。②脂代謝紊亂：血脂異常是內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙的重要危險因素。王蕾蕾等研究[11]發(fā)現(xiàn)：空腹?fàn)顟B(tài)血脂介導(dǎo)的內(nèi)皮依賴性血管舒張功能異常組血TG 高于正常組。人體研究中發(fā)現(xiàn)，血中FFA 水平無論是外源性還是內(nèi)源性升高都可使正常人內(nèi)皮依賴性血管舒張功能受損，內(nèi)源性NO 生成減少。Hang等發(fā)現(xiàn)[12]，高濃度飽和脂肪酸可誘導(dǎo)肝竇內(nèi)皮細(xì)胞去窗孔化。LDL-C易透過血管內(nèi)皮屏障，由吞噬細(xì)胞吞噬是形成泡沫細(xì)胞的基礎(chǔ)。LDL-C極易氧化，形成氧化型LDL（OXLDL），具有很強(qiáng)的毒性。OXLDL 在糖尿病患者血清中大量存在，是引起血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷和功能障礙的重要危險因素[13]。HDL-C 通過促進(jìn)膽固醇逆向轉(zhuǎn)運(yùn)、抗氧化，抑制血栓形成，促進(jìn)血管內(nèi)皮功能、抑制炎癥反應(yīng)、抗細(xì)胞凋亡[14]。

已有研究表明T2DM患者HDL-C 的抗炎、抗動脈粥樣硬化的作用減弱[15]。孫嘉滕等研究在糖尿病患者中HDL-C 不僅較正常對照組水平下降，而且抗炎作用下降，甚至還表現(xiàn)出一定促炎作用[16]。③肥胖使脂肪組織分泌脂聯(lián)素下降，瘦素、抵抗素分泌增加。脂聯(lián)素可以活化eNOS刺激NO的產(chǎn)生，具有改善IR、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗氧化、保護(hù)內(nèi)皮功能損傷。脂聯(lián)素分泌減少增加了內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。給予重組脂聯(lián)素可逆轉(zhuǎn)血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷。肥胖使瘦素水平增加。瘦素升高可增加炎癥因子和氧自由基的生成。體外實(shí)驗(yàn)中，瘦素可增加ET-1釋放。肥胖者抵抗素分泌增加。抵抗素有致炎效應(yīng)，可導(dǎo)致炎癥因子表達(dá)增加，進(jìn)而使內(nèi)皮細(xì)胞受損。早有研究發(fā)現(xiàn)，血管內(nèi)皮功能損傷與肥胖和IR 密切相關(guān)，是促進(jìn)肥胖和相關(guān)疾病發(fā)生的重要因素。

4.2.2 肝臟的胰島素抵抗

肝臟是IR 的重要組織，有“中心性IR”之稱。①肝臟是胰島素作用最主要的組織。胰島素自肝門靜脈入肝，首過效應(yīng)被利用50%以上才進(jìn)入體循環(huán)，同時在肝內(nèi)被IDF 降解。IDF 在肝內(nèi)含量最高。因此，高胰島素血癥主要是肝臟胰島素利用和降解減少。②肝臟的微循環(huán)及其豐富。肝竇內(nèi)皮細(xì)胞（LSEC）是多孔樣窗口結(jié)構(gòu)，窗孔呈簇，聚集成篩板，這是與其它組織血管內(nèi)皮細(xì)胞區(qū)別的標(biāo)志。這與肝臟在機(jī)體中的重要地位相適應(yīng)。LSEC 同樣分泌NO 和ET-1 調(diào)節(jié)窗孔的大小和舒縮功能。由于LSEC 所處的地位和結(jié)構(gòu)最易去窗孔化，任何一個環(huán)節(jié)的損傷都將引起肝竇功能異常而導(dǎo)致微循環(huán)障礙[17]。③脂肪肝的形成：隨著肝竇和肝臟其它微血管內(nèi)皮細(xì)胞的去窗孔化使大分子的脂質(zhì)和乳糜微粒殘留在肝竇內(nèi)及微血管，減弱了這些脂類物質(zhì)進(jìn)入肝細(xì)胞代謝，導(dǎo)致脂代謝紊亂和在肝內(nèi)的沉積。隨之OXLDL等有害物質(zhì)引起LSEC和其它微血管內(nèi)皮細(xì)胞毛細(xì)血管化及基底膜的形成導(dǎo)致肝臟脂肪變性，進(jìn)而增加內(nèi)皮細(xì)胞功能受損。脂肪肝患者肝門靜脈及肝靜脈寬度、血流速度較正常人下降，在動物模型中這樣的改變使肝竇容積下降50%[18]。因此，脂肪肝是IR的重要原因。

4.2.3 肌肉組織的胰島素抵抗

肌肉組織是葡萄糖氧化利用和FFA 利用的重要組織。骨骼肌微血管自律運(yùn)動功能受損可能與外周肌肉組織胰島素抵抗相關(guān)[19]。NEWman等在糖尿病動物模型中發(fā)現(xiàn)肌源性微血管自律運(yùn)動減弱[20]。正常人餐后微血管自律運(yùn)動增加，而T2DM 患者微血管自律運(yùn)動不同程度受損，導(dǎo)致微循環(huán)血管網(wǎng)不能有效開放，非營養(yǎng)性毛細(xì)血管向營養(yǎng)性毛細(xì)血管轉(zhuǎn)化受阻，從而影響肌肉組織葡萄糖攝取[21]。有研究表明，糖尿病下肢病變實(shí)驗(yàn)小鼠骨骼肌炎癥因子表達(dá)增加，同時VEGF 水平和eNOS 磷酸化水平下降。因此肌肉組織內(nèi)皮細(xì)胞受損后新生血管再生不足是糖尿病患者四肢纖細(xì)和糖尿病足發(fā)生的原因之一。Chou等在動物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，糖尿病情況下心肌細(xì)胞VEGF mRNA 表達(dá)減少40%，其受體mRNA 表達(dá)減少70%；在視網(wǎng)膜和腎臟VEGF 及其受體mRNA 表達(dá)卻增加了2倍，提示糖尿病患者合并冠心病后側(cè)支循環(huán)建立不足[22]。劉志紅等對糖尿病腎病患者研究發(fā)現(xiàn)，腎組織中VEGF 及其受體強(qiáng)度與患者腎小球結(jié)節(jié)樣病變的形成、糖尿病視網(wǎng)膜病變的發(fā)生顯著相關(guān)[23]。

5 內(nèi)皮細(xì)胞與β 細(xì)胞凋亡

胰島是高度血管化的微器官，毛細(xì)血管的寬度是外分泌腺的5～10 倍，有較多的窗孔，具有血糖感覺器的作用，使β細(xì)胞快速感知循環(huán)中血糖水平的波動，從而對胰島素分泌作出迅速有效的較準(zhǔn)調(diào)控[24]。營養(yǎng)物質(zhì)、氧氣較易通過窗孔進(jìn)入胰島，而胰島的分泌物也可通過窗孔進(jìn)入肝門靜脈系統(tǒng)，維持胰島正常的內(nèi)環(huán)境。胰島微血管內(nèi)皮細(xì)胞對維持β細(xì)胞功能至關(guān)重要，微血管內(nèi)皮細(xì)胞參與和促進(jìn)β細(xì)胞調(diào)控，兩者之間存在“信息通訊的橋梁”[25]。有人提出，胰島是一高度血管化的微器官，β細(xì)胞功能衰竭很可能是微血管病變的表現(xiàn)[26]。Zucker糖尿病大鼠被發(fā)現(xiàn)與其胰島微血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)異常、微血管結(jié)構(gòu)完整性受損有關(guān)。劉明等發(fā)現(xiàn)，糖尿病小鼠皮膚及胰腺微循環(huán)功能受損[27]。內(nèi)皮細(xì)胞功能受損使大分子物質(zhì)如TG 和胰淀粉樣蛋白在胰島內(nèi)沉積產(chǎn)生毒性作用。Michios 等以肥胖Fa/faZDF 鼠研究，發(fā)現(xiàn)ZDF 鼠在糖尿病前期胰島β細(xì)胞內(nèi)TG 的含量較正常增加3 倍，而后期含量增加10倍，出現(xiàn)葡萄糖刺激的胰島素分泌障礙[28]。胰島素是β細(xì)胞與胰島協(xié)同分泌的一種物質(zhì)，進(jìn)入血循環(huán)有多種生理效應(yīng)。但由于胰島內(nèi)皮細(xì)胞去窗孔化在胰島內(nèi)聚合形成淀粉纖維蛋白（IA）而在毛細(xì)血管內(nèi)皮細(xì)胞周圍形成被膜造成彌散障礙；隨后發(fā)生胰島素分泌和吸收的缺陷[29]。Balter 等研究發(fā)現(xiàn)10% IFG 者β細(xì)胞有IA 沉積，這些人β細(xì)胞數(shù)已減少40%，90%的T2DM患者胰島中有IA沉積，伴β細(xì)胞數(shù)量減少，且IA 的沉積程度與糖尿病變程度相一致[30]。以上研究提示，胰島內(nèi)皮細(xì)胞去窗孔化使TG、IA在胰島內(nèi)沉積是β細(xì)胞凋亡的原因之一。

6 內(nèi)皮細(xì)胞功能受損的防治

內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙是高血壓、動脈粥樣硬化的始動因素，也是微血管病變的基礎(chǔ)。血管內(nèi)皮細(xì)胞功能異常在大血管和微血管病變的發(fā)生和發(fā)展中起關(guān)鍵的作用[31]。高血糖引起糖基化終末產(chǎn)物形成增加，多元醇通路、蛋白激酶C 通路、已糖胺通路激活進(jìn)一步引起活性氧族和炎癥因子表達(dá)增加，加重了內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，也是糖尿病患者致殘、致死的重要原因。因此，內(nèi)皮細(xì)胞功能受損的防治顯得非常重要。內(nèi)皮細(xì)胞功能受損的發(fā)生比人們想象的要早。國外研究發(fā)現(xiàn)[32]，T2DM患者一級親屬已出現(xiàn)血管內(nèi)皮功能受損。朱振云等7年的前瞻性研究也說明，血管內(nèi)皮功能障礙先于MS 的發(fā)生，在MS發(fā)生中起關(guān)鍵作用[33]。在IGT階段腎臟、視網(wǎng)膜、周圍神經(jīng)已經(jīng)出現(xiàn)糖尿病微血管改變的表現(xiàn)，確認(rèn)糖尿病時微血管病變的患病率已達(dá)30.2%～89.8%[34]。視網(wǎng)膜是觀察微血管病變的最好窗口。光學(xué)相干斷層掃描血流成像（OCTA）能更早地發(fā)現(xiàn)糖尿病患者視網(wǎng)膜毛細(xì)血管網(wǎng)的早期病變，甚至在未出現(xiàn)毛細(xì)血管并發(fā)癥時已有毛細(xì)血管丟失現(xiàn)象。因此，肥胖、高血壓、脂代謝紊亂患者應(yīng)及早對癥治療是防治內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂的前提，對糖尿病患者還應(yīng)加用降糖藥物和阿司匹林。與常規(guī)治療相比，強(qiáng)化綜合控制（包括強(qiáng)化血糖、血壓、血脂控制，阿司匹林及ACEI 應(yīng)用等）能夠使糖尿病并發(fā)癥（包括腎臟病變、心血管病變、眼底病變）的發(fā)生風(fēng)險降低50%～60%。一些小樣本研究發(fā)現(xiàn)，維生素C、E、D和α硫辛酸具有保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞效應(yīng)。多個中草藥也具有抗炎、抗氧化應(yīng)激和保護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞的功能，如茶多酚、白黎、蘆醇、黃芪、葛根、桑白皮、黃連、黃芩、丹參、紅花、姜黃素等，但均為短篇報(bào)道。

7 結(jié)語

肥胖、高血壓、脂代謝紊亂是內(nèi)皮細(xì)胞功能受損的常見原因，內(nèi)皮細(xì)胞功能受損與IR和β細(xì)胞功能受損密切相關(guān)，是糖尿病發(fā)病的基礎(chǔ)和并發(fā)癥發(fā)生的推手。因此，尋求改善內(nèi)皮細(xì)胞功能的藥物或許為糖尿病防治提供新的思路。