2 型糖尿病及其微血管并發(fā)癥動(dòng)物模型生化指標(biāo)特征分析

代浩然,王躍,王旭,樸成玉,劉靜,吳修紅

(黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院,哈爾濱 150040)

2 型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)是一種代謝性疾病,患病率逐年攀升,已達(dá)到流行病的程度,預(yù)計(jì)到2045 年全球糖尿病患者將達(dá)到約7.83 億[1-3]。 長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)通過(guò)中斷許多生理代謝途徑而影響微血管系統(tǒng),最終導(dǎo)致糖尿病腎病(diabetic nephropathy,DN)、糖尿病足(diabetic foot,DF)、 糖尿病視網(wǎng)膜病變(diabetic retinopathy,DR)[4]。 由于T2DM 及其微血管并發(fā)癥的發(fā)病人群呈現(xiàn)年輕化趨勢(shì),使得防治該疾病已然成為亟需攻破的重要難題。

生化指標(biāo)能客觀反映動(dòng)物機(jī)體生理病理變化與代謝狀況,一定程度上能反映疾病的嚴(yán)重程度[5-6]。 因此通過(guò)檢測(cè)生化指標(biāo)確定患病趨勢(shì),可達(dá)到及時(shí)用藥干預(yù)治療的目的。 近年來(lái),研究者對(duì)T2DM 及其微血管并發(fā)癥開(kāi)展了大量研究工作,除臨床研究外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)多選用大鼠或小鼠作為模型,本研究收集了大量已發(fā)表的與T2DM 及其微血管并發(fā)癥相關(guān)文獻(xiàn),對(duì)其所選用的生化指標(biāo)進(jìn)行綜述,以期為應(yīng)用該類模型開(kāi)展研究提供參考。

1 資料與方法

1.1 檢索策略

在中國(guó)知網(wǎng)、PubMed 數(shù)據(jù)庫(kù)檢索從2019 年10月31 日~ 2022 年10 月31 日發(fā)表的臨床與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中有關(guān)T2DM 及微血管并發(fā)癥的期刊文獻(xiàn),中文檢索詞包括“2 型糖尿病”“糖尿病腎病”“糖尿病足”“糖尿病視網(wǎng)膜病變”等;英文檢索詞包括“type 2 diabetes mellitus”“diabetic nephropathy”“diabetic foot”“diabetic retinopathy”等,采用主題詞和自由詞結(jié)合的檢索方式。

1.2 文獻(xiàn)篩選標(biāo)準(zhǔn)

選擇已公開(kāi)發(fā)表的使用臨床患者以及使用大鼠和小鼠作為動(dòng)物模型進(jìn)行T2DM 及微血管并發(fā)癥研究的實(shí)驗(yàn)性期刊文獻(xiàn),剔除動(dòng)物模型不明及合并其他大血管及心血管并發(fā)癥的文獻(xiàn),僅選用模型條件完備且可獲得全文的期刊文獻(xiàn)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用Excel 2019 軟件,將納入的文獻(xiàn)中的受試對(duì)象、疾病種類、檢測(cè)指標(biāo)等信息匯總整理成T2DM及其微血管并發(fā)癥生化指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù),使用Excel 進(jìn)一步進(jìn)行頻次分析及表格的制作,并使用GraphPad Prism 8.0.2 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)圖的繪制。

2 結(jié)果

2.1 檢索結(jié)果

本研究共檢索到相關(guān)文獻(xiàn)1886 篇,依據(jù)納入和排除標(biāo)準(zhǔn),最終納入510 篇(T2DM 共167 篇,DN 共187 篇,DF 共54 篇,DR 共102 篇),見(jiàn)圖1。

圖1 T2DM 及其微血管并發(fā)癥相關(guān)文獻(xiàn)分布情況Note. A. Different experimental groups. B. Different disease types.Figure 1 Distribution of literature on T2DM and its microvascular complications

2.2 生化指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析

2.2.1 2 型糖尿病

T2DM 是一種由于胰島細(xì)胞分泌胰島素減少或者因胰島素抵抗而引起的復(fù)雜的代謝紊亂的疾病。臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中通過(guò)檢測(cè)生化指標(biāo)而對(duì)健康狀況進(jìn)行評(píng)估,經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)應(yīng)用較多的生化指標(biāo)有空腹血糖(fasting plasma glucose,FPG)、甘油三酯(triglyceride,TG)、總膽固醇(total cholesterol,TC)等,而對(duì)于餐后2 h 血糖(2 h postprandial blood sugar,2 h PG)及糖化血紅蛋白(hemoglobin A1c,HbA1c)的檢測(cè),動(dòng)物實(shí)驗(yàn)明顯少于臨床實(shí)驗(yàn)。 FPG能反映胰島β 細(xì)胞的功能,一般用來(lái)表示基礎(chǔ)胰島素的分泌功能,是T2DM 最常用的檢測(cè)指標(biāo)。 研究發(fā)現(xiàn)FPG 在臨床檢查中漏診率較高且2 h PG 容易受飲食、運(yùn)動(dòng)等因素的干擾,影響診斷效能,因此必須聯(lián)合HbA1c 進(jìn)行診斷[7]。 對(duì)于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)而言已知應(yīng)用某種方式對(duì)其動(dòng)物胰島β 細(xì)胞進(jìn)行破壞,因此FPG 值能較準(zhǔn)確的反映機(jī)體的情況,與2 h PG及HbA1c 聯(lián)合檢測(cè)較少。 付平等[8]研究表明血脂異?？梢l(fā)胰島素抵抗,而胰島素抵抗又反過(guò)來(lái)加重了脂代謝紊亂,進(jìn)而促使T2DM 的發(fā)生,同時(shí)研究發(fā)現(xiàn)血脂參數(shù)(TC、TG 等)具有反映T2DM 患病風(fēng)險(xiǎn)的能力。 相比于臨床實(shí)驗(yàn),動(dòng)物實(shí)驗(yàn)生化指標(biāo)的選用略顯匱乏,除以往實(shí)驗(yàn)中都采用的生化指標(biāo)外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)多選擇體重、攝食量和飲水量作為考察指標(biāo)。 T2DM 實(shí)驗(yàn)中各生化指標(biāo)選用頻率,見(jiàn)圖2。

圖2 T2DM 實(shí)驗(yàn)生化指標(biāo)應(yīng)用情況Note. Clinic. 64 articles. Rat. 76 articles. Mouse. 27 articles.Figure 2 Application of experimental biochemical indicators of T2DM

實(shí)驗(yàn)中不論是臨床患者還是動(dòng)物模型,T2DM組FPG 值均大于正常對(duì)照組。 在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中,為保證模型的穩(wěn)定性,會(huì)把成模標(biāo)準(zhǔn)拉高,汪峰等[9]研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)FPG ≥16.70 mmol/L 時(shí),模型較為穩(wěn)定,可以良好的開(kāi)展實(shí)驗(yàn),因此動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中模型組FPG 普遍高于臨床患者,見(jiàn)表1。

表1 T2DM 高頻應(yīng)用生化指標(biāo)變化范圍Table 1 Variation range of biochemical indices of T2DM high-frequency application

2.2.2 糖尿病腎病(DN)

DN 是一種危害性極大的DM 慢性微血管并發(fā)癥,且DN 患者的全因死亡率比無(wú)腎病的DM 患者高約30 倍,且在中國(guó)的流行率逐漸上升[21-23]。 DM患者腎在長(zhǎng)期的DM 狀態(tài)下發(fā)生病理結(jié)構(gòu)的改變,包括腎小球細(xì)胞外基質(zhì)增生、系膜擴(kuò)張、基底膜增厚等,進(jìn)而發(fā)展為腎小球硬化和腎小管間質(zhì)纖維化,最終發(fā)展為終末期腎病[24]。

在DN 患者發(fā)病的早期階段,缺乏特異性的臨床表現(xiàn),在影像學(xué)中往往無(wú)法顯示出,容易被忽視,而實(shí)驗(yàn)室指標(biāo)是對(duì)DN 開(kāi)展早期診斷的重要手段,其中尿蛋白是評(píng)定DN 的重要指標(biāo)[25]。 隨著DN 病程的進(jìn)展,腎小球?yàn)V過(guò)率明顯下降,同時(shí)尿蛋白排泄量從正常(30 mg/24 h)逐漸到微量尿蛋白(30 ~300 mg/24 h)最終到大量尿蛋白(300 mg/24 h)。多項(xiàng)研究表明尿蛋白與DN 的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān),是DN 的危險(xiǎn)標(biāo)記物[26]。 經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)臨床實(shí)驗(yàn)和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中的生化指標(biāo)中尿蛋白最為常用,如尿微量白蛋白(urine microalbumin,UmAlb)、24 h尿蛋白(24 h urine protein,24 hUP)、尿白蛋白肌酐比值(urine protein creatinine ratio,UACR) 等,見(jiàn)圖3。

圖3 DN 實(shí)驗(yàn)生化指標(biāo)應(yīng)用情況Note. Clinic. 79 articles. Rat. 82 articles. Mouse. 26 articles.Figure 3 Application of experimental biochemical indicators of DN

人體尿蛋白水平不論是正常值還是患病值均高于動(dòng)物模型,這可能與足細(xì)胞蛋白在機(jī)體內(nèi)分布數(shù)量有關(guān)。 腎小球?yàn)V過(guò)膜從內(nèi)到外分別為腎小球內(nèi)皮細(xì)胞、基底膜、足細(xì)胞,其中足細(xì)胞是腎小球?yàn)V過(guò)的最后屏障和最主要屏障。 腎小球足細(xì)胞的裂隙隔膜損傷可導(dǎo)致蛋白等大分子物質(zhì)透過(guò)濾過(guò)膜,促進(jìn)蛋白尿的形成,而足細(xì)胞蛋白足突蛋白(podocin)和腎病蛋白(nephrin)是裂隙隔膜的重要組成因子。 足突蛋白的降低和腎病蛋白表達(dá)的減少都會(huì)引起足細(xì)胞功能失衡,并在實(shí)驗(yàn)中得出人體足細(xì)胞蛋白的分子量遠(yuǎn)高于動(dòng)物模型,因此推測(cè)足細(xì)胞蛋白數(shù)量可影響蛋白尿的水平[27-29]。

2.2.3 糖尿病足(DF)

DF 是糖尿病常見(jiàn)且嚴(yán)重的慢性并發(fā)癥,治療預(yù)后不佳,嚴(yán)重的DF 患者需通過(guò)截肢手術(shù),來(lái)防止疾病的擴(kuò)散[30]。 隨著對(duì)DF 的不斷深入研究,通過(guò)生化指標(biāo)變化,可以用來(lái)評(píng)估DF 患者病情情況。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)在臨床和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的生化指標(biāo)有FPG、TC、TG、C 反應(yīng)蛋白(C-reactive protein,CRP)等。 因DF 通常并發(fā)有不同程度的感染,導(dǎo)致炎癥反應(yīng)的發(fā)生,CRP 含量也隨之升高。有研究表明通過(guò)檢測(cè)CRP 水平,將會(huì)對(duì)DF 未來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)及療效評(píng)價(jià)起到積極的作用[31]。 腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α,TNF-α)是由體內(nèi)單核巨噬細(xì)胞分泌的炎癥因子,當(dāng)足細(xì)胞感染時(shí),單核細(xì)胞被激活,TNF-α 的含量有所增加,從而導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的破壞, 使足細(xì)胞病情加重。Dominguez 等[32]研究發(fā)現(xiàn),通過(guò)使用TNF-α 抑制劑治療T2DM 患者,可使其血管并發(fā)癥和胰島素抵抗得到逆轉(zhuǎn)。 白介素-6(interleukin-6,IL-6)不僅有免疫調(diào)節(jié)的作用,還可以促炎,影響組織修復(fù),使炎癥損傷加重,進(jìn)而促進(jìn)DF 的進(jìn)展[33]。 白介素-1(interleukin-1,IL-1)是典型的炎癥因子,在DF 中惡性循環(huán)。 高血糖環(huán)境下可產(chǎn)生大量IL-1,進(jìn)而誘導(dǎo)胰島β 細(xì)胞凋亡導(dǎo)致高血糖,從而使DF 傷口難以愈合[34]。 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(vascular endothelial growth factor,VEGF)能導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞的增殖,以及新生血管的形成。 VEGF 含量與血一氧化氮(nitric oxide,NO)含量相關(guān)聯(lián):VEGF 可刺激內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生NO,使其濃度程劑量依賴性增加,起到血管維持作用,見(jiàn)圖4。

圖4 DF 實(shí)驗(yàn)生化指標(biāo)應(yīng)用情況Note. Clinic. 31 articles. Rat. 18 articles. Mouse. 5 articles.Figure 4 Application of experimental biochemical indicators of DF

2.2.4 糖尿病視網(wǎng)膜病變(DR)

DR 是一種常見(jiàn)的糖尿病微血管并發(fā)癥,是導(dǎo)致患者視網(wǎng)膜出現(xiàn)慢性損傷,最終導(dǎo)致患者出現(xiàn)視力模糊,甚至失明。 臨床實(shí)驗(yàn)常用最佳矯正視力為考察標(biāo)準(zhǔn),視力至少提高2 行,即為顯效[35]。 除了基本的血糖和一些炎癥因子外,動(dòng)物實(shí)驗(yàn)與臨床實(shí)驗(yàn)應(yīng)用的生化指標(biāo)相差較大,因此對(duì)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)用的高頻率生化指標(biāo)進(jìn)行詳細(xì)統(tǒng)計(jì),見(jiàn)圖5。

圖5 DR 實(shí)驗(yàn)生化指標(biāo)應(yīng)用情況Note. Clinic. 43 articles. Rat. 44 articles. Mouse. 15 articles.Figure 5 Application of experimental biochemical indicators of DR

VEGF 是最有效的促血管生長(zhǎng)因子,在高血糖狀態(tài)下可改變視網(wǎng)膜微環(huán)境,導(dǎo)致缺氧引起內(nèi)皮細(xì)胞功能異常,從而使VEGF 的表達(dá)增加。 據(jù)報(bào)道VEGF 的增加可誘導(dǎo)視網(wǎng)膜內(nèi)皮通透性和增殖,進(jìn)而導(dǎo)致視網(wǎng)膜血管生成[36]。 Zhang 等[37]研究發(fā)現(xiàn)通過(guò)抑制VEGF 的表達(dá),可阻止血管的生成,改善DR。 IL-6 可促進(jìn)內(nèi)皮細(xì)胞通透性增加,與VEGF 等產(chǎn)生協(xié)同作用,或?qū)е滦律苄纬杉拔?dǎo)管閉塞,使DR 進(jìn)展加快[38]。 TNF-α 可引起VEGF 水平的提高,使視網(wǎng)膜通透性有所增加,同時(shí)誘發(fā)新生血管。 超氧化物歧化酶(superoxide dismutase,SOD)是維護(hù)內(nèi)皮細(xì)胞和血管功能的關(guān)鍵酶,也是主要的自由基清除劑,在胰島的細(xì)胞內(nèi)高度集中,維持β細(xì)胞在體內(nèi)的平衡[39]。 丙二醛(malondialdehyde,MDA)是膜脂過(guò)氧化的一種重要產(chǎn)物,可以使視網(wǎng)膜細(xì)胞通透性和流通性改變,最終導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)的改變。 有研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)中藥治療后糖尿病大鼠靜脈血清中SOD、MDA 值均有顯著性改變[40]。 細(xì)胞間粘附因子-1(intercellular adhesion molecule-1,ICAM-1)可參與炎癥,促進(jìn)黏連,從而破壞血管壁[41]。

3 總結(jié)與展望

通過(guò)總結(jié)發(fā)現(xiàn),T2DM 及其微血管并發(fā)癥實(shí)驗(yàn)中血糖指標(biāo)應(yīng)用率最高。 各并發(fā)癥也有其特有的高頻應(yīng)用生化指標(biāo):在DN 實(shí)驗(yàn)中高頻應(yīng)用的生化指標(biāo)為尿蛋白水平相關(guān)指標(biāo);DF 實(shí)驗(yàn)中高頻應(yīng)用的生化指標(biāo)為CRP、TNF-α、IL-6 等;DR 實(shí)驗(yàn)中高頻應(yīng)用的生化指標(biāo)為VEGF、ICAM-1 等;DF 與DR 實(shí)驗(yàn)采用的生化指標(biāo)多為血清炎癥因子。 這些生化指標(biāo)在不同并發(fā)癥中變化趨勢(shì)基本保持一致。

在T2DM 及其微血管并發(fā)癥的動(dòng)物模型中,FPG 的成模標(biāo)準(zhǔn)明顯高于糖尿病動(dòng)物模型,因此提高成模標(biāo)準(zhǔn),可以保證糖尿病并發(fā)癥模型的穩(wěn)定性和成功率;糖尿病不同的病變方向雖然具有相同的血脂異常趨勢(shì),但各并發(fā)癥的血脂水平指標(biāo)在成模前后變化范圍卻不盡相同,這是由于不同模型個(gè)體中各激素變化不同,從而導(dǎo)致的輕微差異。 值得一提的是,有些相同的生化指標(biāo)在不同的治療方向中,變化趨勢(shì)可能不同,因此在實(shí)驗(yàn)中需注意所選指標(biāo)變化趨勢(shì)與治療方向是否匹配,例如在DR 與DF 實(shí)驗(yàn)中VEGF 都為高頻生化指標(biāo),但VEGF 在DR 實(shí)驗(yàn)中經(jīng)治療后血清中含量呈下降趨勢(shì),在DF實(shí)驗(yàn)中呈上升趨勢(shì),這是因?yàn)镈F 患者VEGF 值下降,會(huì)導(dǎo)致血管生成受阻導(dǎo)致潰瘍難以愈合[42],所以在DF 實(shí)驗(yàn)血清中VEGF 表達(dá)增加,而DR 患者視網(wǎng)膜黃斑水腫、視網(wǎng)膜、脈絡(luò)膜新生血管生成都與VEGF 表達(dá)增加相關(guān),故DR 治療實(shí)驗(yàn)中,需降低VEGF 的表達(dá)。

本研究選取T2DM 及其微血管并發(fā)癥的相關(guān)文獻(xiàn),并選擇應(yīng)用頻率較高的生化指標(biāo)與臨床應(yīng)用相結(jié)合進(jìn)行總結(jié),希望能給廣大研究者們提供有價(jià)值的參考。