2型糖尿病合并肌少癥發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展

張瑩，薛君，董智慧

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014040；2.內(nèi)蒙古包鋼醫(yī)院老年病科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

2型糖尿病(type 2 diabetic mellitus，T2DM)是一個(gè)日益嚴(yán)重的全球性健康問題。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2017年4.51億人患T2DM，2045年將達(dá)到6.93億[1]。骨骼肌約占體重的40%，是主要的組織和代謝器官。據(jù)估計(jì)，人類30歲時(shí)肌量達(dá)到高峰，從40歲以后，肌量逐漸下降，每10年下降約8%，而70歲以后每10年損失15%～25%[2]。肌少癥是一種進(jìn)行性的骨骼肌疾病。其特征為肌肉纖維特別是Ⅱ型纖維(快速)萎縮，運(yùn)動(dòng)單位數(shù)量減少和肌肉內(nèi)脂肪堆積[3]。2018年，歐洲老年人肌少癥工作組更新了肌少癥相關(guān)共識(shí)，指出：①低肌力是肌少癥的關(guān)鍵因素，可以很好地反映目前的肌肉功能；②通過檢測(cè)肌量和骨骼肌數(shù)量確定肌少癥的診斷；③通過評(píng)估身體功能對(duì)肌少癥的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類[4]。肌少癥常引起與健康相關(guān)的不良后果，包括能量平衡受損、跌倒、骨折、行動(dòng)障礙、心血管疾病、生活質(zhì)量降低以及更高的死亡率。近年來研究表明，T2DM與肌少癥關(guān)系密切[5]。隨著T2DM的進(jìn)程，患者骨骼肌功能和肌量會(huì)逐漸降低，肌少癥的患病率遠(yuǎn)高于正常人群[6]。據(jù)亞洲肌少癥工作組調(diào)查，患T2DM的日本和中國成年人(分別≥65歲和>60歲)肌少癥的患病率為15%[7]。Wang等[8]的研究顯示，T2DM患者肌少癥的患病率是健康人的1.56倍。因此，肌少癥已被描述為T2DM患者的新并發(fā)癥[9]。目前T2DM合并肌少癥的機(jī)制尚未完全闡明，大量證據(jù)表明，肌少癥的一些機(jī)制與T2DM的病理生理學(xué)密切相關(guān)[10-13]。現(xiàn)就T2DM合并肌少癥發(fā)病機(jī)制的研究進(jìn)展予以綜述。

1 胰島素抵抗

生理情況下，胰島素與其受體結(jié)合后會(huì)導(dǎo)致位于細(xì)胞內(nèi)部的受體底物酪氨酸磷酸化,隨后磷酸化后的受體底物招募并激活胰島素信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中的下游成分，包括磷脂酰肌醇-3-激酶(phosphatidylinositol-3-kinase，PI3K)及蛋白激酶B(protein kinase B，PKB/Akt)，進(jìn)而引起下游效應(yīng)，完成細(xì)胞內(nèi)胰島素信號(hào)的傳導(dǎo)[14]。胰島素抵抗是指胰島素敏感組織(肝臟、骨骼肌等)對(duì)葡萄糖攝取和利用效能降低，導(dǎo)致機(jī)體維持正常血糖能力下降的一種病理狀態(tài)。胰島素抵抗是T2DM發(fā)生發(fā)展的病理基礎(chǔ)。而骨骼肌是胰島素刺激下葡萄糖攝取的主要部位，負(fù)責(zé)處理機(jī)體中80%的葡萄糖，是胰島素作用的靶器官之一，骨骼肌代謝紊亂會(huì)嚴(yán)重影響機(jī)體的葡萄糖穩(wěn)態(tài)及胰島素敏感性[15]。骨骼肌中胰島素抵抗是T2DM高血糖的主要原因，是介導(dǎo)T2DM和肌少癥的重要因素。PI3K的激活可使Akt磷酸化并激活其下游效應(yīng)蛋白，以增加蛋白質(zhì)的合成。胰島素抵抗時(shí)，PI3K/Akt通路受到抑制，肌蛋白合成減少，從而導(dǎo)致骨骼肌萎縮。

另外，胰島素抵抗可以激活PI3K/Akt/叉頭框轉(zhuǎn)錄因子O(forkhead box O，F(xiàn)oxO)通路。FoxO是高度保守的轉(zhuǎn)錄因子，包括FoxO1、FoxO3、FoxO4和FoxO6，在骨骼肌中均有表達(dá)。其中，F(xiàn)oxO1和FoxO3通過控制糖酵解和脂質(zhì)代謝以及線粒體代謝來實(shí)現(xiàn)肌肉能量穩(wěn)態(tài)。FoxO的激活對(duì)于肌肉萎縮至關(guān)重要，而激活FoxO3會(huì)激活一組萎縮相關(guān)基因[如肌肉萎縮盒F基因(muscle atrophy F-box，MAFbx/Atrogin-1)和肌肉環(huán)狀指基因1]的表達(dá)，誘導(dǎo)骨骼肌蛋白質(zhì)降解[16]。胱天蛋白酶(caspase)是細(xì)胞凋亡過程中重要的蛋白酶，其中caspase-3是細(xì)胞凋亡途徑中最強(qiáng)的效應(yīng)因子，其激活可作為凋亡發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)之一[17]。此外胰島素抵抗時(shí)，肌肉PI3K活性的降低還激活了caspase-3和泛素-蛋白酶體系統(tǒng)(ubiquitin-proteasome system，UPS)導(dǎo)致肌蛋白分解增加[10-11]。這說明，在胰島素抵抗時(shí)，骨骼肌代謝功能障礙導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成減少，分解增加，引起肌量減少，肌力下降，進(jìn)而導(dǎo)致肌少癥的發(fā)生。

2 脂質(zhì)沉積

正常情況下，過剩的能量會(huì)儲(chǔ)存在白色脂肪組織。當(dāng)過量的能量攝入超過皮下白色脂肪組織的儲(chǔ)存能力時(shí)，肝臟、腎臟、胰腺和骨骼肌就會(huì)發(fā)生異位脂肪堆積[18]。據(jù)估計(jì)，所有T2DM患者中約80%的患者超重或肥胖，在糖尿病肥胖患者中，由于白色脂肪組織存儲(chǔ)能量有限，過量的能量攝入會(huì)導(dǎo)致脂肪組織異位堆積于肝臟、骨骼肌等[19]。骨骼肌中胰島素受體底物(insulin receptor substrate，IRS)對(duì)胰島素誘導(dǎo)的葡萄糖和脂質(zhì)代謝至關(guān)重要，IRS的磷酸化狀態(tài)在胰島素代謝的過程中起著關(guān)鍵作用。正常情況下，胰島素與胰島素受體結(jié)合，會(huì)激活I(lǐng)RS-1酪氨酸磷酸化，并依次激活其下游PI3K等通路參與胰島素代謝。而IRS-1絲氨酸磷酸化會(huì)引起胰島素代謝紊亂，出現(xiàn)胰島素抵抗[20]。在T2DM患者體內(nèi)，大量沉積于骨骼肌的脂質(zhì)會(huì)誘導(dǎo)脂質(zhì)中間產(chǎn)物(如二酰甘油和神經(jīng)酰胺)的積累，這些中間產(chǎn)物可通過激活蛋白激酶C，增加IRS-1絲氨酸磷酸化，進(jìn)而引起胰島素抵抗[12]。另外，大量沉積于骨骼肌的脂肪組織還可以通過增強(qiáng)FoxO的表達(dá)，上調(diào)Atrogin-1和肌肉環(huán)狀指基因1，從而導(dǎo)致肌肉組織中蛋白質(zhì)的水解[21]。因此，當(dāng)脂質(zhì)異位沉積于骨骼肌時(shí)產(chǎn)生的中間產(chǎn)物可通過誘導(dǎo)胰島素抵抗引起肌量的損失；同時(shí)異位沉積的脂質(zhì)還可以直接刺激肌肉萎縮相關(guān)基因的表達(dá)，損失肌量。

3 氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激

在正常生理?xiàng)l件下，線粒體產(chǎn)生的超氧陰離子可由抗氧化系統(tǒng)清除，使體內(nèi)自由基的產(chǎn)生和清除保持平衡。然而，在長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)下，體內(nèi)活性氧類(reactive oxygen species，ROS)生成增多，機(jī)體抗氧化能力減弱，氧化能力遠(yuǎn)大于抗氧化能力，從而導(dǎo)致體內(nèi)氧化應(yīng)激的產(chǎn)生。氧化應(yīng)激是糖尿病及其相關(guān)并發(fā)癥發(fā)生發(fā)展的關(guān)鍵因素[22]。研究認(rèn)為，氧化應(yīng)激也參與肌少癥的發(fā)生發(fā)展[23]。肌生長(zhǎng)抑制素是轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子-β家族的一員，主要在骨骼肌中產(chǎn)生，其是肌肉生長(zhǎng)的負(fù)性調(diào)節(jié)劑。Bitar等[24]的研究顯示，T2DM骨骼肌中氧化應(yīng)激水平的升高，可誘導(dǎo)肌肉生長(zhǎng)抑制素表達(dá)增加，肌纖維蛋白分解增加，肌量減少。核因子κB(nuclear factor-κB，NF-κB)是一類具有多向轉(zhuǎn)錄調(diào)節(jié)作用的核蛋白因子，廣泛存在于多種組織中，在氧化應(yīng)激、細(xì)胞增殖、細(xì)胞凋亡、免疫、炎癥等生理病理過程中發(fā)揮重要作用。在細(xì)胞靜息狀態(tài)下，NF-κB與NF-κB抑制蛋白(nuclear factor-κB inhibitor protein，IκB)結(jié)合形成復(fù)合物存在于胞質(zhì)中，當(dāng)細(xì)胞受到氧化劑、蛋白激酶C、Ca2+載體、蛋白合成抑制劑等信號(hào)刺激時(shí)，IκB激酶被磷酸化，繼而引起IκBα磷酸化，激活UPS[25]。氧化應(yīng)激和ROS是蛋白質(zhì)水解的重要調(diào)節(jié)因子。過量的ROS會(huì)改變Ca2+的穩(wěn)態(tài)，Ca2+的失調(diào)促進(jìn)NF-κB的轉(zhuǎn)錄活性，激活UPS，導(dǎo)致肌肉萎縮[13]。鈣蛋白酶是一種降解蛋白質(zhì)的酶，是骨骼肌分解代謝的起始因子，可降解肌纖維蛋白，并激活其他蛋白降解途徑引起肌肉萎縮[26]。Jang等[27]在抗氧基因敲除小鼠實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，抗氧基因敲除后，ROS增加，并伴隨氧化應(yīng)激水平升高；同時(shí)，他們還觀察到骨骼肌中鈣蛋白酶和caspase-3水平升高。這說明在氧化應(yīng)激狀態(tài)下，ROS會(huì)激活caspase-3和鈣蛋白酶，誘導(dǎo)肌蛋白的降解。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的生理功能包括蛋白質(zhì)合成、加工與修飾；類固醇、膽固醇等脂質(zhì)的合成；Ca2+的儲(chǔ)存等。同時(shí)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)還依賴于分子伴侶、折疊酶和合適濃度的Ca2+以及氧化環(huán)境發(fā)揮作用。正確折疊的蛋白質(zhì)會(huì)離開內(nèi)質(zhì)網(wǎng)進(jìn)入組織發(fā)揮生理作用，而長(zhǎng)期高血糖狀態(tài)時(shí)，胰島β細(xì)胞會(huì)產(chǎn)生大量胰島素，胰島素合成過程中如果出現(xiàn)大量錯(cuò)誤折疊蛋白質(zhì)，就會(huì)誘導(dǎo)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，細(xì)胞為了減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)壓力，恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，會(huì)激動(dòng)未折疊蛋白反應(yīng)(unfolded protein response，UPR)。有證據(jù)表明，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激誘導(dǎo)的UPR途徑在骨骼肌質(zhì)量和代謝功能的調(diào)節(jié)中起關(guān)鍵作用[28]。正常情況下，UPR通過調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成速率，增強(qiáng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)伴侶和調(diào)節(jié)蛋白基因表達(dá)來恢復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)穩(wěn)態(tài)。但在慢性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激狀態(tài)下，UPR可通過激活caspase-12，并激活下游的caspase-9和caspase-3，誘導(dǎo)蛋白分解，從而引起骨骼肌量的下降[28]。

4 炎 癥

糖尿病患者長(zhǎng)期處于低度炎癥狀態(tài)，體內(nèi)多伴有腫瘤壞死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白細(xì)胞介素(interleukin，IL)-6、IL-8等炎癥因子水平的升高。研究認(rèn)為，慢性低度炎癥是肌少癥發(fā)生發(fā)展的重要病因[29]。研究顯示，老年人肌少癥的發(fā)生伴隨循環(huán)中IL-6和TNF-α水平的顯著升高[30]。炎癥因子可通過激活FoxO，進(jìn)而激活UPS，誘導(dǎo)肌蛋白分解增加。同時(shí)，被炎癥因子激活的FoxO還可抑制哺乳動(dòng)物雷帕霉素靶蛋白途徑，減少肌蛋白的合成[16]。TNF-α可通過激活NF-κB，進(jìn)一步激活UPS，促進(jìn)肌蛋白的分解[31]。實(shí)驗(yàn)顯示，小鼠血清中IL-6可刺激腓腸肌中Atrogin-1信使RNA的轉(zhuǎn)錄，增加Atrogin-1蛋白的表達(dá)，而抑制IL-6可減少Atrogin-1的表達(dá)[32]。這說明，骨骼肌中的炎癥因子還可通過刺激肌肉萎縮相關(guān)蛋白引起蛋白分解增加，進(jìn)而促進(jìn)肌少癥的發(fā)生。

5 晚期糖基化終末產(chǎn)物的積累

晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products，AGEs)是還原糖與蛋白質(zhì)氨基經(jīng)過非酶促反應(yīng)生成的化合物[33]。Chiu等[34]的一項(xiàng)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)顯示，在糖尿病小鼠比目魚肌中有AGEs和AGEs受體(receptor of advanced glycation end products，RAGE)的累積，并伴隨AMP活化蛋白激酶(AMP-activated protein kinase，AMPK)的磷酸化和Atrogin-1蛋白水平升高，進(jìn)而引起骨骼肌肌量減少，肌力和再生能力下降，而在給予AGEs抑制劑后這一系列表現(xiàn)得到明顯改善。這表明，AGEs/RAGE-AMPKα-Atrogin-1信號(hào)通路在AGEs介導(dǎo)的肌少癥中占主導(dǎo)地位。AGEs抑制劑可以作為一種潛在的治療候選物，通過靶向RAGE介導(dǎo)、AMPK下調(diào)的Akt信號(hào)通路來減少AGEs的積累，從而有效改善肌少癥癥狀。此外，AGEs可沉積于骨骼肌組織中，累積的AGEs與肌肉周圍纖維結(jié)締組織交聯(lián)，可增加骨骼肌硬度，降低骨骼肌的彈性，削弱骨骼肌的功能[35]。已有研究表明，骨骼肌組織中AGEs的積累是骨骼肌功能障礙的原因之一，在持續(xù)高血糖狀態(tài)下，內(nèi)源性AGEs加速積累、RAGE數(shù)量增加，AGEs與RAGE結(jié)合后可激活煙酰胺腺嘌呤二核苷酸氧化酶，增加細(xì)胞內(nèi)ROS的生成，從而導(dǎo)致慢性肌纖維損傷[36]。由此推測(cè)，AGEs的積累可能參與了肌少癥的發(fā)生發(fā)展，但兩者之間確切的相關(guān)性尚未明確，仍需大量研究闡明。

6 糖尿病神經(jīng)病變

糖尿病周圍神經(jīng)病變(diabetic peripheral neuro-phathy，DPN)是糖尿病常見的并發(fā)癥之一，30%～50%的糖尿病患者會(huì)出現(xiàn)周圍神經(jīng)病變[37]。Yasemin等[38]研究表明，DPN患者肌少癥的發(fā)生率為24.6%(126/512)，顯著高于無DPN患者[8.9%(8/90)]；且多元Logistic回歸分析顯示，DPN與肌少癥相關(guān)。運(yùn)動(dòng)單位的丟失是肌量下降的重要因素，DPN患者運(yùn)動(dòng)單位的丟失多于非DNP患者；運(yùn)動(dòng)單位的損失可發(fā)生在足部、手部肌肉以及腿部背屈肌，與年齡相匹配的健康對(duì)照者相比，DPN患者運(yùn)動(dòng)單位的損失接近50%[39]。運(yùn)動(dòng)單位的丟失會(huì)導(dǎo)致肌力減弱，肌肉萎縮和肌內(nèi)脂肪浸潤(rùn)[40]。Nomura等[41]對(duì)1 442例T2DM患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，DPN的發(fā)生率為37.7%。長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)神經(jīng)功能障礙可導(dǎo)致該神經(jīng)元所支配的骨骼肌不再受神經(jīng)系統(tǒng)的控制，且無法自主收縮，隨著時(shí)間的推移，肌量和強(qiáng)度下降，導(dǎo)致糖尿病性肌少癥的發(fā)生[42]。此外，DPN還可引起肌力下降。Andreassen等[43]研究顯示，T2DM患者下肢遠(yuǎn)端的肌量減少更明顯；且在T2DM患者中，DPN的存在與肌量的下降存在相關(guān)性，根據(jù)神經(jīng)病變程度的不同，糖尿病患者的肌量每年下降3%～4%。肌量下降主要發(fā)生在踝關(guān)節(jié)背伸肌、踝關(guān)節(jié)跖屈肌、膝關(guān)節(jié)伸肌和膝關(guān)節(jié)屈肌等[39]。而肌力下降可能與肢體遠(yuǎn)端橫紋肌失神經(jīng)支配有關(guān)。神經(jīng)營養(yǎng)因子-3(neurotrophin-3，NT-3)是由中樞和外周神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元產(chǎn)生的活性營養(yǎng)因子，對(duì)神經(jīng)元的生長(zhǎng)發(fā)育、再生及功能調(diào)節(jié)具有重要作用。Andreassen等[44]的研究顯示，DNP患者腓腸肌中NT-3蛋白表達(dá)減少，且NT-3下調(diào)的程度與肌力下降的程度呈正相關(guān)。這說明，肌力下降與骨骼肌中NT-3缺乏導(dǎo)致的去神經(jīng)支配有關(guān)。

7 糖尿病腎病

長(zhǎng)期糖尿病可導(dǎo)致慢性腎臟病(chronic kidney disease，CKD)，CKD及其相關(guān)炎癥反應(yīng)刺激可引起蛋白質(zhì)的消耗，這一過程會(huì)導(dǎo)致肌量持續(xù)下降。研究顯示，在387例患有T2DM的亞洲老年人(平均68歲)中，糖尿病腎病肌少癥的發(fā)病率是非糖尿病腎病的2.5倍[45]。核內(nèi)小分子磷酸酶4(small C-terminal domain phosphatase 4，SCP4)是一種在骨骼肌細(xì)胞中表達(dá)的核磷酸酶。SCP4過表達(dá)時(shí)，可通過調(diào)節(jié)Akt/FoxO1/3a信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)來調(diào)節(jié)骨骼肌的降解。Enoki等[46]在CKD小鼠模型中觀察到，轉(zhuǎn)錄因子NF-κB p65蛋白與SCP4基因啟動(dòng)子序列相關(guān)，CKD通過NF-κB信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)刺激肌肉表達(dá)SCP4，在細(xì)胞核中，SCP4可激活FoxO1/3a，并激活肌肉環(huán)狀指基因1和Atrogin-1的表達(dá)及UPS，誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分解，引起肌肉萎縮；而抑制SCP4后，CKD小鼠肌量增加。CKD晚期患者中，尿毒癥毒素硫酸吲哚酚大量累積，硫酸吲哚酚可誘導(dǎo)肌生長(zhǎng)抑制素的表達(dá)，而肌生長(zhǎng)抑制素可以通過激活caspase-3和UPS途徑誘導(dǎo)蛋白質(zhì)分解[47-48]。此外，由腎功能降低或喪失所出現(xiàn)的代謝性酸中毒可觸發(fā)caspase-3和UPS，促進(jìn)蛋白質(zhì)的分解；由腎功能下降引起的維生素D水平下降可通過減少骨骼肌中維生素D受體并減少Ca2+內(nèi)流來減少蛋白質(zhì)的合成[49]。因此，CKD中不同機(jī)制引起的蛋白質(zhì)分解增加，合成減少，從而促進(jìn)肌少癥的發(fā)生發(fā)展。

8 小 結(jié)

隨著國內(nèi)外專家對(duì)肌少癥研究的不斷深入，肌少癥的發(fā)生發(fā)展被認(rèn)為與T2DM有密切聯(lián)系。T2DM狀態(tài)下，胰島素抵抗、脂質(zhì)異位沉積、氧化應(yīng)激及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激、AGEs累積、神經(jīng)病變及腎病等因素均可打破骨骼肌的合成與分解平衡，使肌蛋白合成減少，分解增加，骨骼肌肌量損失，從而進(jìn)一步引起肌少癥的發(fā)生。目前，尚缺乏T2DM合并肌少癥情況下最有效、可行的干預(yù)措施的證據(jù)。未來需要進(jìn)一步探索其發(fā)病機(jī)制，以減少T2DM合并肌少癥的發(fā)生，提高T2DM合并肌少癥患者的診治效果，從而提高患者生活質(zhì)量。