糖尿病心肌病心肌纖維化的機(jī)制及治療研究進(jìn)展

張潔婷 郭航遠(yuǎn) 池菊芳

據(jù)估計(jì)2021 年全球20～79 歲人群中共有5.36 億糖尿病患者，占全球該年齡段總數(shù)的10.5%[1]。糖尿病患者有較高的心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)，且可不伴有冠狀動脈（下稱冠脈）疾病、瓣膜病變等，這種獨(dú)特的心肌損傷稱為糖尿病心肌病（diabetes cardiomyopathy，DCM）[2]。DCM 于1954 年首次被提出，1972 年尸檢發(fā)現(xiàn)心力衰竭癥狀的糖尿病患者無冠脈疾病而證實(shí)[3]。根據(jù)心臟結(jié)構(gòu)和功能障礙程度，分為心肌間質(zhì)纖維化、左心室機(jī)械功能紊亂、左心室舒張功能障礙、左心室肥厚、射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭、射血分?jǐn)?shù)下降型心力衰竭6 個(gè)階段[4]。

心肌間質(zhì)纖維化于DCM 第一階段患者中就已存在。研究者從糖尿病患者的心肌活檢中發(fā)現(xiàn)間質(zhì)Ⅰ型和Ⅲ型膠原沉積明顯增加，存在證實(shí)了心臟組織超微結(jié)構(gòu)間質(zhì)和血管周圍纖維化[5]。心臟成纖維細(xì)胞（cardiac fibroblasts，CFs）在各種心血管疾病中引起的纖維化改變，使其轉(zhuǎn)化為活躍的肌成纖維細(xì)胞，從而產(chǎn)生大量的細(xì)胞外基質(zhì)（extracellular matrix，ECM）蛋白，ECM 在心臟組織中過度沉積，造成心肌纖維化，最終導(dǎo)致心功能障礙和心力衰竭。本文就糖尿病心肌病心肌纖維化的機(jī)制及治療研究進(jìn)展作一綜述。

1 DCM 心肌纖維化的信號傳導(dǎo)機(jī)制

心肌纖維化是心肌對多種病理刺激（如高血壓、心肌梗死等）的適應(yīng)性反應(yīng)，特征是ECM 在心肌間質(zhì)過度堆積，又稱ECM 重塑。DCM 的發(fā)病機(jī)制往往涉及高糖、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）激活增加、游離脂肪酸升高、氧化應(yīng)激和促炎介質(zhì)產(chǎn)生等病理生理過程。這些過程通過過氧化物酶體增殖物激活受體（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、腺苷5'-單磷酸激活蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）、NF-κB、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）、環(huán)單磷酸反應(yīng)元件調(diào)節(jié)劑（cyclic adenosine 5-monophosphate-responsive element modulator，CREM）和核因子紅系相關(guān)因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）等信號傳導(dǎo)蛋白和信號通路的異常使心肌逐漸發(fā)生纖維變性。

1.1 PPAR PPAR 轉(zhuǎn)錄因子家族通過改變轉(zhuǎn)錄水平調(diào)節(jié)心臟糖脂代謝，該家族由3 種亞型（α、β/δ 和γ）組成。每種亞型的功能取決于配體結(jié)合、組織分布、共抑制因子和共激活因子的募集。PPARα 和PPARβ/δ在心臟中的表達(dá)水平相對較高，且都能夠調(diào)節(jié)游離脂肪酸代謝[6]。其中，PPARα 在心臟中的表達(dá)異常升高被認(rèn)為是DCM 發(fā)展的重要因素，其調(diào)節(jié)脂肪酸代謝蛋白表達(dá)的改變能力與心肌損傷和纖維化有關(guān)[7-8]。Wang 等[9]研究發(fā)現(xiàn)敲除PPARα 基因后，大鼠血糖、血脂和心肌損傷得到明顯的改善。PPARγ 在心臟中的表達(dá)相對較低，PPARγ 激動劑增強(qiáng)心肌細(xì)胞胰島素敏感性，改善心肌細(xì)胞葡萄糖攝取，因此被用于治療2 型糖尿病[6]。選擇性PPARγ 激動劑吡格列酮最近被證明通過抑制鈣離子/鈣調(diào)素依賴的蛋白激酶Ⅱ途徑來改善糖尿病大鼠DCM，這與減少氧化應(yīng)激和心臟纖維化有關(guān)[10]。由此可見，PPARα、PPARγ 是一種可能用于治療糖尿病心肌纖維化的潛在藥物靶點(diǎn)。

1.2 AMPK AMPK 是由一個(gè)α 亞基和兩個(gè)β 和γ 亞基組成的一種絲氨酸/蘇氨酸激酶。AMPK 在心臟中表達(dá)量較高，主要由α2/β1/β2 亞基執(zhí)行心肌中與AMPK 有關(guān)的功能[11]。在心肌被特異性激活的AMPK可以通過促進(jìn)ECM、NO、PPARα 和醫(yī)源性信號轉(zhuǎn)導(dǎo)來抑制心肌肥厚[11]。越來越多的研究證明，抗糖尿病藥物抑制心肌纖維化和心室肥厚的作用可以通過激活心臟AMPK 磷酸化來實(shí)現(xiàn)。Jia 等[12]的研究結(jié)果顯示，二甲雙胍治療組和阿托伐他汀治療組都預(yù)防了糖尿病引起的心肌組織炎癥、肥大和纖維化，且二者聯(lián)合治療在保護(hù)心肌組織免受高糖引起的損傷方面效果更優(yōu)。從機(jī)制上講，聯(lián)合療法顯著上調(diào)了AMPK和沉默信息調(diào)節(jié)因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的表達(dá)水平，對心肌組織及細(xì)胞的氧化應(yīng)激及炎性相關(guān)蛋白的表達(dá)有明顯抑制作用。由此可見，聯(lián)合治療的抗炎和抗細(xì)胞凋亡作用可能與AMPK/SIRT1 信號通路的激活有關(guān)。此外，達(dá)格列凈通過AMPKα 抑制內(nèi)皮到間充質(zhì)轉(zhuǎn)化，也可以通過抑制CFs 活化來預(yù)防DCM 和心肌纖維化[13]。AMPK 可能延緩DCM 的進(jìn)展，因此被認(rèn)為是開發(fā)防治DCM 藥物的一個(gè)非常有前途的靶點(diǎn)。

1.3 NF-κB NF-κB 作為轉(zhuǎn)錄因子，在調(diào)控促炎癥細(xì)胞因子、促纖維化基因表達(dá)和細(xì)胞存活方面都起到關(guān)鍵作用。在糖尿病中，晚期糖基化終產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）與多種細(xì)胞的AGEs 受體結(jié)合，包括內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞，從而激活NF-κB 信號通路并導(dǎo)致活性氧（active oxygen，ROS）的產(chǎn)生，內(nèi)皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）解偶聯(lián)和NO 可用性下降，造成微血管并發(fā)癥。AGEs 交聯(lián)ECM 蛋白，ECM 蛋白與纖維化共同造成心肌僵硬[14]。這些不良免疫反應(yīng)和促炎細(xì)胞因子的釋放，如腫瘤壞死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、單核細(xì)胞趨化蛋白1（Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、IL-6 和IL-8，對心肌造成氧化應(yīng)激，促進(jìn)心肌重塑和纖維化[15]。趨化因子長期升高形成慢性炎癥，CFs 為響應(yīng)炎癥介質(zhì)的分泌不斷纖維化，從而導(dǎo)致心室壁變硬和收縮力下降。

1.4 PKC PKC 是一組絲氨酸-蘇氨酸蛋白激酶，由10 種亞型組成，PKC 根據(jù)其結(jié)構(gòu)分為3 類：經(jīng)典（cPKC：α、βⅠ、βⅡ和γ）、新型（nPKC：δ、ε、η 和θ）和非典型（aPKC：ζ、ι/λ）亞型[16-17]。PKC β 已被證明在糖尿病大鼠中被激活，導(dǎo)致自噬功能受損、心臟肥大和纖維化[18]。Karhu 等[17]證明PKC 激 動劑減 少CFs 增殖，降低CFs 中膠原蛋白編碼基因的表達(dá)，抑制CFs分化為肌成纖維細(xì)胞。在高糖環(huán)境下，PKC 的激活還促進(jìn)各種微血管相關(guān)細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，包括周細(xì)胞、內(nèi)皮細(xì)胞、平滑肌細(xì)胞、足細(xì)胞等，從而產(chǎn)生的血管功能障礙促進(jìn)糖尿病微血管并發(fā)癥[19]。

1.5 CREM CREM 是一種轉(zhuǎn)錄因子，參與調(diào)控環(huán)磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）信號和心臟毒性相關(guān)基因的表達(dá)，這些基因可能通過改變心臟蛋白的遺傳圖譜而導(dǎo)致心臟纖維化。Keller 等[20]發(fā)現(xiàn)胰腺β 細(xì)胞中miR-375 和CREM 基因的雙負(fù)反饋環(huán)路。miR-375 被激活后抑制CREM 基因表達(dá)。如果CREM 活性是由cAMP 信號觸發(fā)的，那么miR-375 將相應(yīng)地受到抑制。這種雙重調(diào)節(jié)下miR-375“開啟”或CREM“開啟”，具體取決于激活輸入的相對強(qiáng)度。雖然已有研究證明CREM 具有誘導(dǎo)心肌纖維化的作用，但是可借鑒的此類研究證據(jù)仍然不夠完善。

1.6 Nrf2 Nrf2 是一種參與細(xì)胞氧化應(yīng)激的轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)因子，能增加抗氧化蛋白的表達(dá)，以應(yīng)對氧化應(yīng)激。在高葡萄糖孵育的新生大鼠心肌細(xì)胞實(shí)驗(yàn)中，精胺通過有效消除活性氧和抑制Nrf2-ROS-p53-MuRF1 軸上調(diào)鈣敏感受體（calcium-sensing receptor，CaSR）表達(dá)，通過恢復(fù)細(xì)胞葡萄糖攝取能力，減少凋亡標(biāo)志物表達(dá)，降低氧化應(yīng)激水平，從而達(dá)到減弱心肌損傷的作用[21]。就目前的研究來看，關(guān)于Nrf2 異常引起的糖尿病心肌纖維化機(jī)制具有深入研究的潛力。

2 靶向治療DCM 的潛在藥物治療策略

2.1 PPAR 激動劑 PPAR 3 種亞型在心臟都有較高的表達(dá)水平，且PPAR 在激活糖代謝的同時(shí)還能夠調(diào)節(jié)脂代謝，由此可見這是一種治療DCM 的潛在藥物。培馬貝特就是新引入的一種PPARα 調(diào)節(jié)劑，與現(xiàn)有的貝特類PPARα 激動劑相比，這是一種選擇性更高的PPARα 激動劑[22]。Das 等[23]進(jìn)行了一項(xiàng)跨國、雙盲、隨機(jī)、對照試驗(yàn)，試驗(yàn)中分配2型糖尿病、輕度至中高度TG血癥（TG：11.1～27.7 mol/L）和HDL-C水平為2.2 mol/L或更低的患者接受培馬貝特（0.2 mg片劑，2次/d）、安慰劑。結(jié)果顯示培馬貝特治療4個(gè)月時(shí)TG、極低密度脂蛋白膽固醇、殘余膽固醇和載脂蛋白CⅢ水平均有不同程度的下降。臨床前數(shù)據(jù)表明，2型糖尿病和高TG血癥患者在服用培馬貝特52 周內(nèi)耐受性良好，因此具有更好的效益-風(fēng)險(xiǎn)平衡。

2.2 AMPK 激動 大量的文獻(xiàn)已經(jīng)證明，AMPK 磷酸化有減輕心肌纖維化和心室肥厚作用，且許多降糖藥物（如二甲雙胍、恩格列凈）可使AMPK 激活，有一箭雙雕的效果。不僅如此，多種傳統(tǒng)草藥所含的天然成分也能夠通過抑制線粒體呼吸間接激活A(yù)MPK，白藜蘆醇是其中的研究熱點(diǎn)。Movahed 等[24]證明白藜蘆醇可以降低1型、2型糖尿病患者FPG和糖化血紅蛋白水平，對患者體重也表現(xiàn)出積極影響。值得注意的是，1 型糖尿病患者的肝或腎功能生物標(biāo)志物沒有明顯升高，這表明白藜蘆醇治療在1型糖尿病患者中耐受性良好。

2.3 NF-κB 抑制 NF-κB 具有調(diào)控促炎癥細(xì)胞因子、促纖維化基因表達(dá)的作用，在DCM 的發(fā)生、發(fā)展中扮演關(guān)鍵角色。小檗堿有促進(jìn)胰島素分泌、緩解胰島素抵抗的作用[25]。Zhang 等[26]發(fā)現(xiàn)服用小檗堿的糖尿病患者糖化血紅蛋白明顯低于對照組，但是患者表現(xiàn)出較多胃腸道不良反應(yīng)。Sartore 等[27]添加基于小檗堿、橙皮苷和吡啶甲酸鉻的新型營養(yǎng)保健品制劑，發(fā)現(xiàn)在服用二甲雙胍且血糖補(bǔ)償欠佳的2 型糖尿病患者中，接收此療法3 個(gè)月可顯著改善FPG和糖化血紅蛋白水平，并改善脂質(zhì)過氧化譜，且此療法中小檗堿劑量較低，患者無明顯不良反應(yīng)。不過此療法使用的最佳小檗堿劑量不明確，且缺乏長期、大樣本量的實(shí)驗(yàn)支持。不僅如此，小檗堿可通過NF-κB 信號通路抑制巨噬細(xì)胞中脂多糖誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)，而炎癥與心肌纖維化有關(guān)。

2.4 PKC 抑制劑 糖尿病患者體內(nèi)的高糖環(huán)境引起PKC激活，而PKC 通路活化后引起心臟氧化應(yīng)激、炎癥、纖維化、肥厚等一系列病理反應(yīng)。2019年由歐洲心臟病學(xué)會指南推薦，抗心力衰竭藥物對DCM 的患者是有效的。β 受體阻滯劑卡維地洛可以通過抑制PKCβ/p66介導(dǎo)的氧化應(yīng)激和心肌細(xì)胞凋亡來保護(hù)心肌免受損傷。Li 等[28]的研究發(fā)現(xiàn)卡維地洛通過抑制K+通道從而觸發(fā)胰島β 細(xì)胞釋放胰島素，降低血糖。由此可見，卡維地洛有望成為治療DCM 的潛在藥物。不過可惜的是，目前缺乏關(guān)于卡維地洛治療DCM的臨床研究。

2.5 Nrf2 激動劑 Nrf2 具有促進(jìn)抗氧化蛋白表達(dá)的作用，而心臟Nrf2表達(dá)下調(diào)使得細(xì)胞外信號調(diào)節(jié)蛋白激酶激活，從而介導(dǎo)氧化應(yīng)激誘導(dǎo)的胰島素抵抗和葡萄糖代謝下調(diào)。Wang 等[29]研究發(fā)現(xiàn)新型口服劑依達(dá)拉奉通過激活Nrf2 信號通路減輕氧化應(yīng)激損傷，減少心肌細(xì)胞凋亡，從而改善心肌肥大和纖維化，最終緩解糖尿病心肌舒張功能障礙。已有許多研究證明，依達(dá)拉奉對糖尿病的多靶器官損害是有效的，但是臨床上一直使用靜脈注射治療，而此研究中使用的口服藥物更適合慢性疾病的管理治療。

3 小結(jié)

DCM 的疾病進(jìn)展過程首先是心肌肥厚和纖維化并伴有心臟舒張功能障礙，隨后發(fā)展為收縮功能障礙和臨床心力衰竭。其中，纖維化是心肌病的最初特征，早在患者DCM一期就已出現(xiàn)。DCM心肌纖維化主要是由于心肌細(xì)胞自噬而出現(xiàn)的一種代償性ECM增多的過程，這一過程主要是通過PPAR、MAPK、NF-κB 通路、PKC、CREM 和Nrf2等信號轉(zhuǎn)導(dǎo)蛋白和信號通路產(chǎn)生及進(jìn)展。然關(guān)于DCM 心肌纖維化發(fā)病機(jī)制仍有幾個(gè)問題未得到解釋。目前針對相關(guān)靶點(diǎn)所研究的新型藥物為DCM 的治療提供了新思路，如培馬貝特、白藜蘆醇、小檗堿、卡維地洛、依達(dá)拉奉等。雖然仍然缺乏可靠的臨床數(shù)據(jù)，但相信DCM 領(lǐng)域?qū)⒂懈嗟难芯空邽樾炉煼ㄌ峁└晟频男畔ⅰ?/p>