迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用

陳素艷，李森林，常曉彤

1.河北北方學(xué)院臨床檢驗(yàn)診斷學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北張家口 075000；2.河北省張家口市第一醫(yī)院心內(nèi)科，河北張家口 075000

隨著人們飲食結(jié)構(gòu)和生活方式的改變以及人 口老齡化，2型糖尿病的發(fā)病率在全球范圍內(nèi)持續(xù)上升。我國糖尿病患病率的變化趨勢與世界各國相同，且農(nóng)村地區(qū)的患病率增長高于城市。目前，我國糖尿病患者總數(shù)約為1.298億[1]。在糖尿病患者中，有并發(fā)癥者已達(dá)到76.4%，而且糖尿病患者死亡的主要原因也是并發(fā)癥的發(fā)生[2]。糖尿病并發(fā)癥超過上百種，已知血管及神經(jīng)的病變是糖尿病多種嚴(yán)重并發(fā)癥的共同病理基礎(chǔ)。雖然糖尿病血管及神經(jīng)病變的發(fā)生、發(fā)展與肥胖、炎癥、氧化應(yīng)激等諸多因素有關(guān)，但“炎癥學(xué)說”受到了越來越多的關(guān)注，控制炎癥可能是治療糖尿病及其并發(fā)癥的有效途徑[3]。迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)是一條神經(jīng)系統(tǒng)對全身炎癥調(diào)控的神經(jīng)-免疫調(diào)節(jié)通路，與傳統(tǒng)抗炎通路相比，其能更加迅速、直接的發(fā)揮抗炎作用，并且能在同一時(shí)間抑制多種炎癥介質(zhì)的釋放[4]。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床試驗(yàn)中，對CAP的效用加以檢驗(yàn)，結(jié)果表明CAP能控制炎癥并有效降低血糖、提高胰島素敏感性，進(jìn)而減輕糖尿病患者的血管及神經(jīng)的損傷[5]。本文對迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用進(jìn)行綜述，以期為基礎(chǔ)和臨床研究提供理論依據(jù)。

1 糖尿病并發(fā)癥的產(chǎn)生機(jī)制

糖尿病的慢性并發(fā)癥可遍及全身各重要器官，雖然發(fā)病機(jī)制極其復(fù)雜，但各并發(fā)癥的共同病理基礎(chǔ)是血管及神經(jīng)病變。大量研究表明，2型糖尿病是一種慢性炎癥性疾病。腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、C反應(yīng)蛋（C-reactive protein,CRP）等促炎因子水平的異常升高和白介素10（interleukin10,IL-10）等抗炎因子水平的持續(xù)降低與糖尿病血管和神經(jīng)病變密切相關(guān)[6]。

促炎因子在糖尿病血管并發(fā)癥中的作用機(jī)制主要有：①TNF-α作為炎癥級聯(lián)反應(yīng)的始動(dòng)因子，能誘發(fā)多種炎性細(xì)胞的活化、促進(jìn)多種炎癥因子的釋放；降低內(nèi)皮細(xì)胞中具有抗凝作用的物質(zhì)的表達(dá)水平、增加具有促凝作用的物質(zhì)的合成；誘導(dǎo)具有收縮血管功能的物質(zhì)的表達(dá)。②CRP作為急性期反應(yīng)蛋白，在機(jī)體發(fā)生病理改變時(shí)，隨著IL-6、TNF-α等細(xì)胞因子的增加，肝臟受到刺激而大量合成CRP。CRP增高可刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生氧自由基，造成細(xì)胞內(nèi)膜損傷；激活凝血系統(tǒng)和補(bǔ)體系統(tǒng)，導(dǎo)致二者平衡失調(diào)，促進(jìn)血栓形成[7]。

促炎因子在糖尿病神經(jīng)并發(fā)癥中的作用機(jī)制主要有：①通過前述機(jī)制引起血管病變，進(jìn)而使神經(jīng)組織灌注不足；②TNF-α除可以誘導(dǎo)炎性細(xì)胞活化、促進(jìn)炎癥因子釋放外，還可直接對神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞產(chǎn)生毒性作用；③CRP可促進(jìn)廣泛存在于炎癥細(xì)胞及周圍神經(jīng)系統(tǒng)細(xì)胞表面的糖基化終末產(chǎn)物受體的表達(dá)，糖基化終末產(chǎn)物與其結(jié)合后激活細(xì)胞內(nèi)信號傳導(dǎo)通路，最終引起氧化應(yīng)激和炎性反應(yīng)[8]。

2 迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路

CAP是通過神經(jīng)反饋來抑制炎癥的“神經(jīng)—免疫”途徑，主要由迷走神經(jīng)、脾臟及具有a7亞單位的煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors,a7nAChR)的免疫細(xì)胞組成[4]。研究表明，此通路主要通過脾臟發(fā)揮抗炎作用，中樞神經(jīng)系統(tǒng)的膽堿能神經(jīng)元被炎癥因子激活后釋放乙酰膽堿（acetylcholine,Ach），興奮脾臟交感神經(jīng)，由脾臟交感神經(jīng)分泌去甲腎上腺素（norepinephrine,NE)，NE與脾臟內(nèi)的T細(xì)胞結(jié)合，使T細(xì)胞釋放內(nèi)源性Ach與脾臟巨噬細(xì)胞表面的a7nAChR結(jié)合，從而抑制TNF-α、CRP等促炎因子的釋放，但并不抑制IL-10等抗炎因子的表達(dá)，從而發(fā)揮抗炎作用。此外，Ach與巨噬細(xì)胞、單核細(xì)胞、淋巴細(xì)胞等外周免疫細(xì)胞表面的α7nAChR結(jié)合后可通過阻斷NF-κB信號通路，以及通過Janus激酶/信號轉(zhuǎn)導(dǎo)與轉(zhuǎn)錄激活子3（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3,JAK-STAT3）通路抑制NF-κB與DNA結(jié)合，減少促炎因子合成[9]。膽堿能抗炎通路的結(jié)構(gòu)及發(fā)生機(jī)制見圖1。

圖1 膽堿能抗炎通路的結(jié)構(gòu)及發(fā)生機(jī)制

在調(diào)控炎癥方面，CAP具有迅速、直接、高效的特點(diǎn)?；A(chǔ)和臨床研究表明，刺激迷走神經(jīng)能夠激活膽堿能抗炎通路[10]。除此之外，還可以通過針灸或應(yīng)用特定的受體激動(dòng)劑來激活膽堿能抗炎通路。

3 迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發(fā)癥中的作用

3.1 迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病中的作用

大量研究表明，胰島素抵抗（insulin resistance,IR）的發(fā)生發(fā)展與巨噬細(xì)胞、脂肪細(xì)胞及TNF-α、IL-6等炎癥因子有關(guān)。其中，主要由巨噬細(xì)胞分泌的TNF-α，是第一個(gè)被發(fā)現(xiàn)與IR相關(guān)的促炎因子[11]。其相關(guān)的機(jī)制主要有：①干擾脂肪細(xì)胞中酪氨酸激酶的磷酸化，損害胰島素的信號通路，進(jìn)而誘發(fā)脂肪細(xì)胞的IR。②活化脂肪細(xì)胞中NF-κB等炎癥相關(guān)信號通路，促進(jìn)炎癥因子的轉(zhuǎn)錄，進(jìn)而加強(qiáng)對胰島素敏感性的抑制。③抑制脂肪細(xì)胞中葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)體4蛋白的表達(dá)，進(jìn)一步抑制胰島素的作用[12]。

CAP的激活可以改善脂肪組織炎癥和IR。在給予小劑量的尼古丁后，肥胖小鼠脂肪組織的炎癥被顯著抑制且對胰島素的敏感性明顯提高；而將a7nAChR基因敲除后，尼古丁改善小鼠脂肪組織炎癥的作用消失，提示尼古丁及特異性的a7nAChR激動(dòng)劑對肥胖者的慢性炎癥及IR有治療作用[13]。用小檗堿干預(yù)治療2型糖尿病大鼠6周后，a7nAchR的蛋白表達(dá)升高，炎癥信號轉(zhuǎn)錄因子NF-κB p65蛋白表達(dá)下調(diào)，血清炎癥因子水平降低，胰島素傳遞信號通路相關(guān)因子的表達(dá)升高；而沉默a7nAchR基因后，未出現(xiàn)上述改變。說明小檗堿可能是通過激活a7nAchR依賴的CAP來改善T2DM大鼠的IR狀態(tài)[14]。刺激皮耳穴-迷走神經(jīng)可調(diào)節(jié)糖耐量受損模型大鼠的空腹血糖和餐后2 h血糖，降低胰高血糖素，提高胰島素敏感性，上調(diào)下丘腦、肝臟、骨骼肌中胰島素受體的表達(dá)[15]。

3.2 迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病引起的血管病變中的作用

2型糖尿病引起的血管病變主要有大血管病變和微血管病變。大血管病變主要是指動(dòng)脈粥樣硬化。有研究顯示，血清TNF-α水平在2型糖尿病合并大血管病變患者中顯著高于未合并大血管病變患者，提示與糖尿病有關(guān)的炎性標(biāo)志物TNF-α可能參與糖尿病及大血管并發(fā)癥的發(fā)生和發(fā)展[16]。其機(jī)制除了TNF-α對血管內(nèi)皮細(xì)胞的直接損傷作用外，還主要體現(xiàn)在TNF-α可通過誘導(dǎo)趨化因子的產(chǎn)生，使單核細(xì)胞趨化蛋白1的表達(dá)增加，單核細(xì)胞趨化蛋白1能促使單核細(xì)胞轉(zhuǎn)移至內(nèi)皮下并轉(zhuǎn)變成巨噬細(xì)胞且激活，過量的巨噬細(xì)胞吞噬脂質(zhì)形成大量泡沫細(xì)胞進(jìn)而形成動(dòng)脈粥樣硬化[17]。有研究表明，在載脂蛋白E基因剔除的小鼠模型中，選擇性a7nAChR激動(dòng)劑，可以通過降低促炎細(xì)胞因子水平，減少動(dòng)脈粥樣硬化的形成[18]。

2型糖尿病微血管病變的典型改變是微循環(huán)障礙和微血管基底膜增厚，主要表現(xiàn)在視網(wǎng)膜、腎、神經(jīng)和心肌組織?，F(xiàn)有多項(xiàng)研究已證實(shí)TNF-α水平與微血管病變的發(fā)生與發(fā)展關(guān)系密切。其機(jī)制主要有：TNF-α誘導(dǎo)血管內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子的表達(dá)，促進(jìn)炎癥細(xì)胞的粘附；增加內(nèi)皮細(xì)胞促凝血因子的表達(dá)，促進(jìn)血管內(nèi)血栓形成[19]。

CAP的激活可抑制和改善微血管病變。有大量研究表明在大鼠急性心肌梗死模型、房顫模型、心衰模型中刺激迷走神經(jīng)可激活a7nAChR依賴的CAP，減輕心血管炎癥反應(yīng)[20]。耳迷走神經(jīng)分布區(qū)穴位電針可通過激活CAP來調(diào)節(jié)2型糖尿病大鼠炎癥因子（TNF-α、CRP等）水平，抑制2型糖尿病微血管損傷并提高胰島素敏感性[6]。

3.3 迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路在糖尿病神經(jīng)病變中的作用

糖尿病神經(jīng)病變，包括中樞神經(jīng)、周圍神經(jīng)及自主神經(jīng)的病變，此類患者循環(huán)血液中，促炎因子增多，如TNF-α、IL-6；循環(huán)和局部產(chǎn)生的內(nèi)皮黏附分子、血管細(xì)胞黏附分子-1，也呈增加趨勢[21]。

糖尿病中樞神經(jīng)病變患者會(huì)出現(xiàn)不同程度的認(rèn)知功能障礙甚至癡呆。另有研究發(fā)現(xiàn)，與糖尿病非認(rèn)知障礙患者相比，糖尿病認(rèn)知功能障礙患者血清中IL-6和TNF-α的水平顯著升高，表明炎癥反應(yīng)在糖尿病神經(jīng)損傷和退行性病變中起重要作用而且很可能參與了糖尿病認(rèn)知功能障礙的發(fā)病[22]。TNF-α、CRP等炎癥因子可加重血腦屏障的損傷，使大量免疫細(xì)胞進(jìn)入大腦，釋放炎癥因子導(dǎo)致中樞炎癥，促進(jìn)認(rèn)知功能障礙[23]。

小膠質(zhì)細(xì)胞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的常駐免疫細(xì)胞，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)中起重要作用，CAP可通過細(xì)胞表面的a7nAChR抑制神經(jīng)系統(tǒng)的炎癥反應(yīng)，減少病變損傷[24]。有研究表明，在給予有空間學(xué)習(xí)記憶障礙的糖尿病大鼠小檗堿后會(huì)發(fā)現(xiàn)，與未給藥組相比，給藥組小膠質(zhì)細(xì)胞的a7nAChR的表達(dá)量顯著增加，腦組織海馬區(qū)及血清中的炎癥因子釋放則顯著降低，且在水迷宮實(shí)驗(yàn)中，行為學(xué)表現(xiàn)更佳[25]。刺激迷走神經(jīng)可通過膽堿能抗炎系統(tǒng)，抑制炎癥反應(yīng)，維持腦功能網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)態(tài)，改善腦胰島素敏感性，減少細(xì)胞凋亡和增加樹突棘密度，減輕肥胖IR大鼠的認(rèn)知能力下降[26]。

隨著糖尿病的發(fā)病率不斷增加，糖尿病周圍神經(jīng)病變（diabetic peripheral neuropathy,DPN）發(fā)病率也在逐年增加，且與糖尿病病程密切相關(guān)。有研究表明，糖尿病背景下，周圍神經(jīng)處于炎癥增強(qiáng)的狀態(tài)，M1型巨噬細(xì)胞聚集，TNF-α和IL-6等促炎因子堆積，是造成周圍神經(jīng)病變的重要因素，同時(shí)可較好地預(yù)測病變[27]。TNF-α除了直接損傷細(xì)胞之外，還可通過激活環(huán)加氧酶等酶類造成神經(jīng)傳導(dǎo)速度下降、軸突末梢變性；TNF-α能夠刺激單核細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞分泌IL-6等炎癥因子，促進(jìn)疾病進(jìn)展[28]。

DPN的核心治療方案是控制血糖，及神經(jīng)病變的對癥治療。目前，尚缺乏針對DPN發(fā)病機(jī)制進(jìn)行治療的特效藥。有研究發(fā)現(xiàn)，TNF-α基因敲除的糖尿病小鼠無神經(jīng)病變表現(xiàn)；給予未敲除TNF-α基因的糖尿病小鼠可特異性阻斷TNF-α的單克隆抗體后，血漿中TNF-α?xí)p少，外周神經(jīng)的電生理和生化指標(biāo)等都得到相應(yīng)的改善[29]。大量研究表明，運(yùn)動(dòng)能有效降低2型糖尿病患者的TNF-α、CRP和IL-6等相關(guān)炎性介質(zhì)的分泌[30]。一項(xiàng)臨床隨機(jī)對照研究顯示，系統(tǒng)的有氧訓(xùn)練可改善2型糖尿病患者神經(jīng)傳導(dǎo)速度[31]。基于已有研究，揭示抑制炎癥相關(guān)信號，可抑制糖尿病神經(jīng)病變的進(jìn)展。

糖尿病自主神經(jīng)病變是糖尿病神經(jīng)系統(tǒng)并發(fā)癥中的一種，其發(fā)病率逐年提高，其臨床表現(xiàn)復(fù)雜多樣，可涉及胃腸道、心血管、泌尿生殖等多個(gè)系統(tǒng)。其發(fā)病機(jī)制除了TNF-α對血管的影響，使得神經(jīng)的血供受損之外，糖尿病本身的高血糖狀態(tài)也是神經(jīng)生長因子合成減少的重要因素之一，使得心臟自主神經(jīng)軸索發(fā)生營養(yǎng)障礙、再生受損[32]。

心率變異性（heart rate variability,HRV）是指竇性心律狀態(tài)下，逐次心跳周期差異的變化情況。心跳的不規(guī)則性由自主神經(jīng)主導(dǎo)，因此，HRV是可以定量反映交感和迷走神經(jīng)平衡與協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，2型糖尿病患者HRV指標(biāo)中的全部竇性心搏RR間期的標(biāo)準(zhǔn)差（standard diviation of normal to normal RR intervals,SDNN）、相鄰RR間期差的均方根（root mean square difference of successive RR intervals,rMSDD）、低頻（low frequency,LF）和高頻（high frequency,HF）均低于正常人，表明2型糖尿病患者交感神經(jīng)活性和迷走神經(jīng)活性均降低。與正常人相比，近期診斷為糖尿病的患者HRV指標(biāo)LF、HF明顯降低，但又高于長期患有糖尿病的患者[33]?？梢姡琀RV不僅能評價(jià)自主神經(jīng)功能，還可反應(yīng)患者病情嚴(yán)重程度。

越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，以不同方法調(diào)節(jié)迷走神經(jīng)活性，是調(diào)節(jié)自主神經(jīng)功能的有效治療手段。針刺心臟自主神經(jīng)病變患者靈臺、神道穴后，HRV指標(biāo)LF、HF升高，LF/HF降低，自主神經(jīng)活性增強(qiáng)，交感神經(jīng)與迷走神經(jīng)功能平衡性提高[34]。長期中等強(qiáng)度的有氧運(yùn)動(dòng)或阻力運(yùn)動(dòng)均可改善2型糖尿病患者心臟自主神經(jīng)功能[35]。

4 小結(jié)

糖尿病及其并發(fā)癥對患者生活質(zhì)量的影響不容小覷，應(yīng)重視糖尿病患者的各種癥狀，并積極干預(yù)。在治療上，除控制血糖等基礎(chǔ)治療方法外，應(yīng)更多從該病癥的共同作用機(jī)制“炎癥”入手，或許迷走神經(jīng)-膽堿能抗炎通路是治療糖尿病及其并發(fā)癥的有效途徑，尚需進(jìn)行大量的基礎(chǔ)和臨床應(yīng)用的深度研究。