糖尿病心肌病的發(fā)病機(jī)制研究進(jìn)展

潘余楠 王亞萍

心血管疾病是糖尿病發(fā)病和死亡的主要原因。Framingham 研究明確了糖尿病與心力衰竭的流行病學(xué)關(guān)聯(lián)：糖尿病獨(dú)立于高血壓、冠狀動(dòng)脈性疾病之外預(yù)測(cè)了心力衰竭，排除了既往冠狀動(dòng)脈或風(fēng)濕性心臟病后，糖尿病患者的充血性心力衰竭風(fēng)險(xiǎn)仍增加4～5 倍[1]。糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）作為獨(dú)立于冠心病、瓣膜病等確定原因之外，在糖尿病環(huán)境中發(fā)生的心肌疾病分為3 個(gè)階段，早期細(xì)胞和代謝功能紊亂，但尚未引起收縮功能失調(diào)；中期細(xì)胞凋亡增加、左心室大小輕度增加和舒張功能障礙以及左心室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）＜50%；晚期以收縮期和舒張期功能障礙、微血管損傷、心血管自主神經(jīng)病變?yōu)樘卣鱗2]。其發(fā)病機(jī)制還未完全明確，已知與代謝紊亂、鈣平衡失調(diào)、線粒體損傷、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)加強(qiáng)、血管功能障礙、心臟自主神經(jīng)病變、微小RNA（MIR）、長(zhǎng)鏈非編碼RNA（lncRNAs）等分子調(diào)控失調(diào)有關(guān)，現(xiàn)對(duì)糖尿病心肌病的發(fā)病機(jī)制作一綜述。

1 組織水平

1.1 氧化應(yīng)激與炎癥反應(yīng) 氧化應(yīng)激為氧化超過(guò)抗氧化能力，導(dǎo)致自由基相對(duì)過(guò)剩的狀態(tài)。人體中活性氧（reactive oxygen species，ROS）的產(chǎn)生主要來(lái)源于NADPH 氧化酶（NADPH oxidase，NOX）、黃嘌呤氧化酶/氧化還原酶、線粒體電子傳遞鏈、未偶聯(lián)的一氧化氮合酶、花生四烯酸代謝途徑和微粒體酶[3]。當(dāng)ROS 產(chǎn)生過(guò)量時(shí)，會(huì)損傷DNA、蛋白質(zhì)、脂質(zhì)，參與DCM 中的各種病理狀態(tài)如心臟炎癥、心肌肥厚、細(xì)胞凋亡、纖維化、血管內(nèi)皮功能障礙、動(dòng)脈粥樣硬化及動(dòng)脈僵硬等[4]。有證據(jù)表明，氧化應(yīng)激是炎癥的主要驅(qū)動(dòng)因素，反之亦然[5]。ROS 通過(guò)損傷DNA 等改變心肌細(xì)胞的基因表達(dá)，活化轉(zhuǎn)錄因子NF-κB（NF-κB 作為無(wú)處不在的、可誘導(dǎo)的轉(zhuǎn)錄因子，能夠控制促炎因子的表達(dá)）、降低心肌收縮性，同時(shí)NF-κB 還可受到高糖、高脂、晚期糖基化終末產(chǎn)物（advanced glycation end products，AGEs）的活化[6]。最近研究顯示，除了ROS 增加之外，炎性體激活在DCM 中也是至關(guān)重要的，NLRP3 炎性體在白細(xì)胞、心肌細(xì)胞、成纖維細(xì)胞中表達(dá)，促進(jìn)心臟炎癥、細(xì)胞凋亡、纖維化，促進(jìn)DCM 心臟結(jié)構(gòu)和功能的變化[5]。

1.2 血管損傷 DCM 患者血管功能損傷與內(nèi)皮功能障礙、體液因子改變、血管壁纖維化等相關(guān)。高血糖時(shí)，葡萄糖經(jīng)多元醇-醛糖還原酶途徑產(chǎn)生3-脫氧葡糖醛酮，形成AGEs，其與受體結(jié)合，在內(nèi)皮細(xì)胞引起多種損害例如增加內(nèi)皮細(xì)胞通透性、抑制內(nèi)皮型一氧化氮合酶活性、影響凝血系統(tǒng)和激活NOX[7]、增加ROS 產(chǎn)生及激活NF-κB[8]；同時(shí)，血管活性因子、血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子紊亂、各種血管收縮劑如內(nèi)皮素、前列腺素的上調(diào)引起內(nèi)皮功能障礙、血管收縮等效應(yīng)以及血管舒張劑NO 生物利用度不足損害血管內(nèi)皮依賴性血管舒張[7]，轉(zhuǎn)錄因子缺氧誘導(dǎo)因子-1α 激活減少引起血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子減少[9]致使毛細(xì)血管密度降低及心功能降低，內(nèi)皮細(xì)胞釋放的外泌體Mst1 抑制自噬并促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡[7，9-11]。有研究發(fā)現(xiàn)，血管周圍及血管壁的纖維化程度較心肌組織中更為嚴(yán)重，血管纖維化膠原堆積以膠原纖維Ⅲ最為顯著，造成了血管損傷[12]。

1.3 自主神經(jīng)病變 神經(jīng)元主要依靠葡萄糖作為滿足代謝需求的能量來(lái)源[13]，并且其糖攝入不依賴于胰島素，而是與細(xì)胞外葡萄糖濃度相關(guān)[14]，故而神經(jīng)元更易受糖毒性損傷。其糖毒性表現(xiàn)在通過(guò)激活醛糖還原酶使山梨醇累積從而細(xì)胞滲透壓升高，產(chǎn)生AGEs 同高糖一起激活NF-κB 引起氧化應(yīng)激，誘導(dǎo)NO 生物利用度降低損傷血管內(nèi)皮細(xì)胞以及激活蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）導(dǎo)致神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)血管損傷等機(jī)制[15]。出現(xiàn)在心臟組織的神經(jīng)元主要為自主神經(jīng)，包括交感神經(jīng)、副交感神經(jīng)和壁內(nèi)系統(tǒng)。DCM 患者中可觀察到在疾病的早期，副交感神經(jīng)去神經(jīng)化導(dǎo)致交感神經(jīng)占主導(dǎo)優(yōu)勢(shì)[16]，一方面交感強(qiáng)化引起心肌肥大、間質(zhì)纖維化[17]，另一方面刺激腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，增加血管收縮、水鈉潴留[18]、增強(qiáng)心肌纖維化和氧化應(yīng)激[19]，引起靜息性心動(dòng)過(guò)速、運(yùn)動(dòng)不耐受、直立性低血壓、水腫等癥狀；后期壁內(nèi)系統(tǒng)感覺神經(jīng)病變，導(dǎo)致無(wú)癥狀性心肌缺血，成為糖尿病患者猝死的主要原因，其機(jī)制尚不清楚，可能與糖尿病誘導(dǎo)的神經(jīng)生長(zhǎng)因子下調(diào)有關(guān)[20]。

2 細(xì)胞水平

2.1 代謝紊亂 在非糖尿病的情況下，心肌ATP的70%約從脂肪酸氧化中產(chǎn)生，其余大部分來(lái)自葡萄糖代謝[21]。而糖尿病患者代謝紊亂，具有糖攝取及氧化降低、脂肪酸攝取及氧化升高的特點(diǎn)。在DCM中葡萄糖利用受損，部分是因?yàn)槠咸烟菙z取減少、糖酵解活力降低、丙酮酸氧化減少[22]。葡萄糖跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)由葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（glucose transporter，GLUT）介導(dǎo)，DCM 時(shí)GLUT 在細(xì)胞膜表面的含量下調(diào)，致使葡萄糖攝取減少[23]。糖酵解過(guò)程中磷酸果糖激酶作為限速酶，受到增加的脂肪酸β-氧化產(chǎn)生的檸檬酸鹽抑制，導(dǎo)致果糖6 磷酸增加，而甘油醛-3-磷酸脫氫酶受到ROS 的抑制，導(dǎo)致果糖6 磷酸從糖酵解途徑轉(zhuǎn)移到替代生化途徑，包括多元醇旁路、己糖胺旁路、PKC 的激活、AGEs 形成等[24]。多元醇途徑的激活降低NADPH/NADP+比率、減少NO 產(chǎn)生，增加ROS 和山梨醇積累，己糖胺旁路的激活增加O-N-乙酰氨基葡萄糖糖基化引起Ca2+失衡以及損傷胰島素代謝信號(hào)傳導(dǎo)，PKC 的激活促進(jìn)心肌肥大，影響L 型鈣通道功能，AGEs 增加促進(jìn)心肌膠原交聯(lián)和纖維化、誘導(dǎo)炎癥反應(yīng)[17，25-27]。丙酮酸脫羧形成乙酰CoA 的過(guò)程中，增加的脂肪酸氧化使丙酮酸脫氫酶激酶磷酸化及失活，抑制丙酮酸脫氫酶活性[22]，乙酰CoA 氧化過(guò)程受到線粒體功能障礙的影響，線粒體轉(zhuǎn)錄因子A 活性降低，氧化磷酸化水平受到抑制[24]。以上途徑共同導(dǎo)致DCM，其同時(shí)也是脂毒性的表現(xiàn)之一。另外脂毒性還表現(xiàn)在增加脂肪沉積、ROS 產(chǎn)生、PKC 激活、Ca2+失衡、心磷脂含量降低等途徑[24，28]。

糖尿病患者代謝紊亂的另一個(gè)特點(diǎn)即為胰島素抵抗。胰島素信號(hào)主要通過(guò)兩個(gè)途徑發(fā)揮作用：（1）通過(guò)胰島素受體底物1 作用于磷脂酰肌醇3 激酶-蛋白激酶B（phosphatidylinositol 3 kinase-protein kinaseB，PI3K-AKT）信號(hào)途徑轉(zhuǎn)導(dǎo)。其中雷帕霉素-S6 激酶1 途徑慢性激活損害了胰島素與PI3K 接合及AKT 活化[29]。另外，AKT 的活化通過(guò)GLUT4 易位至心肌細(xì)胞的細(xì)胞膜增加葡萄糖攝取，而DCM 時(shí)GLUT4 量減少[23]，導(dǎo)致胰島素抵抗。（2）通過(guò)促分裂原活化蛋白激酶途徑傳導(dǎo)[30]，促進(jìn)細(xì)胞重塑以及導(dǎo)致心肌肥大、心臟纖維化、心肌-內(nèi)皮細(xì)胞傳導(dǎo)受損和內(nèi)皮細(xì)胞死亡[31]，胰島素抵抗時(shí)，該途徑占優(yōu)勢(shì)[32]，由此促進(jìn)DCM 進(jìn)展。

2.2 鈣調(diào)節(jié)失衡 細(xì)胞內(nèi)鈣離子是觸發(fā)收縮偶聯(lián)的主要調(diào)節(jié)因子，在心肌細(xì)胞中經(jīng)鈣觸發(fā)、鈣釋放機(jī)制引起收縮。肌膜去極化時(shí)，鈣離子通過(guò)L 型鈣通道少量?jī)?nèi)流，進(jìn)入胞質(zhì)觸發(fā)肌質(zhì)網(wǎng)，鈣離子通過(guò)蘭尼堿受體2、肌醇三磷酸受體大量釋放而引起收縮。當(dāng)心肌舒張時(shí)，肌質(zhì)網(wǎng)的鈣泵將鈣泵入肌質(zhì)網(wǎng)，肌膜中鈣泵、鈉鈣交換體將鈣排出胞外[20]。有文獻(xiàn)報(bào)道，DCM 時(shí)，L 型鈣通道密度降低[33]、蘭尼堿受體2及肌醇三磷酸受體功能受損[20]、鈉鈣交換體活性降低及水平下調(diào)、線粒體膜通透性轉(zhuǎn)換孔開放[34-35]等引起鈣離子超載。另外，最新研究發(fā)現(xiàn)CCDC47 是一種獨(dú)特的鈣調(diào)節(jié)蛋白，在DCM 的心肌細(xì)胞中過(guò)度表達(dá)引起細(xì)胞內(nèi)鈣的增加[36]。正常的鈣穩(wěn)態(tài)對(duì)于心臟功能非常重要，鈣超載通過(guò)心肌舒張及收縮功能障礙導(dǎo)致心肌損傷、心臟功能降低。

2.3 線粒體損傷 線粒體是眾所周知的細(xì)胞動(dòng)力源，其被認(rèn)為是心肌梗死和心肌病心肌細(xì)胞死亡的關(guān)鍵因素[37]。對(duì)于DCM，糖氧化降低、胰島素抵抗、脂肪酸氧化增加刺激ROS 產(chǎn)生，損害線粒體DNA、蛋白質(zhì)，促進(jìn)線粒體解偶聯(lián)減少ATP 合成和利用[38]。線粒體損傷后，質(zhì)控系統(tǒng)將會(huì)通過(guò)裂變/融合的方式使其分隔（但其發(fā)生在心肌細(xì)胞中的比率似乎很低）或者通過(guò)線粒體自噬去除，當(dāng)損傷嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致細(xì)胞死亡[37]。心肌細(xì)胞具有很高的線粒體自噬率，其在維持心肌細(xì)胞中的線粒體穩(wěn)態(tài)中起重要作用，線粒體自噬等質(zhì)控機(jī)制的破壞，與DCM 等心臟病理情況相關(guān)[39]。有實(shí)驗(yàn)證明，在已建立1 型糖尿病模型的OVE26 小鼠中，自噬在心臟中被下調(diào)[40]，而2 型糖尿病中線粒體自噬的作用尚不清楚。

3 分子水平

3.1 MIR MIR 是一類新的非編碼的RNA，它們通過(guò)mRNA 降解或翻譯抑制調(diào)節(jié)基因表達(dá)[41]，在包括DCM 的各類心血管疾病中起到重要作用。從目前研究來(lái)看，MIR 在心臟肥大及纖維化、氧化應(yīng)激、細(xì)胞凋亡多方面有重要調(diào)節(jié)作用：（1） 細(xì)胞肥大：MIR-133a 在DCM 中下調(diào)后血清和糖皮質(zhì)激素調(diào)節(jié)激酶（SGK）1 和胰島素樣生長(zhǎng)因子受體（IGFR）1上調(diào)，MIR-373 的下調(diào)受到p38 激酶途徑調(diào)節(jié)，兩者均激活肌細(xì)胞增強(qiáng)因子2C（心肌肥大的關(guān)鍵轉(zhuǎn)錄因子），促進(jìn)心肌肥大，并活化p300 基因介導(dǎo)心臟纖維化[42]；MIR-208a 在2 型糖尿病小鼠DCM 早期上調(diào)增強(qiáng)β-MHC 表達(dá)，促進(jìn)心肌肥大[43]；（2）纖維化：MIR-142-3p 及MIR-700 調(diào)節(jié)纖維化的因子如增加重組人轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子β3、Col1A1 加強(qiáng)纖維化，是致纖維化的重要分子[44]；血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷后，MIR-200b 在DCM 小鼠內(nèi)皮細(xì)胞中下調(diào)，其對(duì)阻止內(nèi)皮-間質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力減弱，引起心肌纖維化[45]；（3）氧化應(yīng)激：MIR-144 在高糖環(huán)境中上調(diào)，通過(guò)核因子紅系2 相關(guān)因子2 加重氧化應(yīng)激[46]；MIR-30c 抑制過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體γ 共激活因子（PGC）-1β，降低過(guò)氧化物酶體增殖物激活受體（PPAR）α 的轉(zhuǎn)錄活性，從而減少ROS 的產(chǎn)生和心肌脂質(zhì)積累，在DCM 小鼠中MIR-30c 表達(dá)下調(diào)，引起心肌損傷[47]；（4）細(xì)胞凋亡：MIR-186-5p 在高糖誘導(dǎo)的心肌細(xì)胞中表達(dá)下調(diào)，其通過(guò)上調(diào)toll 樣受體3 誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[48]；MIR-1 在高糖誘導(dǎo)的大鼠心肌H9C2 細(xì)胞中表達(dá)顯著增加，調(diào)節(jié)肝X 受體α，誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡[49]。現(xiàn)如今，僅有部分MIR 對(duì)DCM 的影響機(jī)制明確，大量MIR 機(jī)制以及如何利用其中的機(jī)制和靶點(diǎn)治療疾病的問(wèn)題尚需解決。

3.2 長(zhǎng)鏈非編碼RNA（long non-coding RNAs，lncRNAs） lncRNAs 是一類不能翻譯成蛋白質(zhì)的超過(guò)200 個(gè)核苷酸的轉(zhuǎn)錄物，它可以調(diào)節(jié)順式或反式轉(zhuǎn)錄、核結(jié)構(gòu)域組織、RNA 分子以及蛋白質(zhì)等發(fā)揮作用[50]。新的研究發(fā)現(xiàn)，lncRNAs 對(duì)DCM 有調(diào)節(jié)影響作用，但僅有少數(shù)得到驗(yàn)證。HOX 轉(zhuǎn)錄物反義RNA 和肺癌轉(zhuǎn)移相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（MALAT）1 作為lncRNAs 之一，前者在糖尿病小鼠和高糖刺激的肌細(xì)胞中降低，后者在糖尿病大鼠中上調(diào)，加重氧化應(yīng)激和炎癥反應(yīng)[51-52]；lncRNA H19、KCNQ1 重疊轉(zhuǎn)錄物1、心肌梗死相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子（MIAT）均與心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)，H19 表達(dá)減少通過(guò)H19/MIR675 軸促進(jìn)VDAC1 靶向通道表達(dá)參與高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞凋亡[53]、KCNQ1 重疊轉(zhuǎn)錄物1 在DCM 中過(guò)表達(dá)增強(qiáng)pyroptosis（一種與炎癥相關(guān)的程序性細(xì)胞死亡）[54]、MIAT 在DCM 中上調(diào)，作為競(jìng)爭(zhēng)性內(nèi)源RNA 通過(guò)MIR-22-3p 上調(diào)死亡相關(guān)蛋白激酶2 促進(jìn)細(xì)胞凋亡[55]。lncRNAs 作為新出現(xiàn)的可能的DCM 診斷和治療靶點(diǎn)，需要更多的研究以明確其種類和作用機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

DCM 的發(fā)病機(jī)制目前尚未完全清楚，目前了解的代謝紊亂、鈣調(diào)節(jié)失衡、線粒體損傷、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)、血管損傷、自主神經(jīng)病變和MIR 及l(fā)ncRNAs 的機(jī)制相互作用、互相影響，共同促進(jìn)了DCM心血管功能障礙，未來(lái)仍需繼續(xù)研究抗氧化應(yīng)激、減少線粒體自噬、促進(jìn)心臟血管生成、靶向特異性基因療法等相關(guān)機(jī)制，更有效地治療DCM。