炎癥反應在糖尿病加重心肌缺血/再灌注損傷中作用的研究進展

楊天貴，張大慶

0 引言

缺血心肌得到再灌注時會發(fā)生一系列損傷性反應，伴隨嚴重心律失常、心力衰竭和無復流，加重心肌損傷，增加心肌梗死面積，導致預后不佳，即缺血/再灌注(Ischemia/reperfusion，I/R)損傷[1-2]。糖尿病是I/R損傷發(fā)病機制中最復雜的因素，糖尿病患者發(fā)生急性心肌梗死(Acute myocardial infarction，AMI)的風險較普通人群增加2～4倍，冠心病死亡率增加2倍，嚴重者甚至高達50%[2-3]。盡管AMI的表現(xiàn)和治療方式不同，糖尿病合并AMI的高死亡率是一致的，在發(fā)生AMI的前30 d更明顯[3]。糖尿病不僅增加心肌對I/R損傷的易感性，也會降低心肌對心臟保護策略的反應性[3-5]。研究顯示，糖尿病合并心肌I/R損傷導致心肌梗死面積約增加50%[6-7]，并且心臟保護策略對糖尿病心肌I/R損傷的保護作用微弱，不能有效減少糖尿病心肌梗死的面積[8-9]，增加了治療難度，惡化其臨床結(jié)局。

炎癥反應在心肌I/R時表現(xiàn)尤為復雜，輕度炎癥反應可以保護機體，促進缺血后心肌細胞功能恢復、血管再生，但是重度炎癥反應會對細胞造成嚴重、不可逆的實質(zhì)性損害[10]。糖尿病心肌發(fā)生I/R時會誘發(fā)急性炎癥反應，產(chǎn)生和釋放各種化學介質(zhì)和炎癥因子，這些化學介質(zhì)和炎癥因子的堆積又會加重炎癥反應，加重糖尿病心肌I/R損傷[10-12]。本文對炎癥反應在糖尿病加重心肌I/R損傷中的作用機制進行綜述。

1 糖尿病增加細胞因子及炎癥因子的生成

1.1 糖尿病增加炎性單核巨噬細胞生成 糖尿病合并AMI的顯著特征是促炎性單核巨噬細胞數(shù)量明顯增加，多種促炎性細胞因子釋放，炎癥反應加重。

首先，研究表明，鏈脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)誘導的糖尿病小鼠心肌I/R后，腫瘤壞死因子α(Tumor necrosis factor，TNF-α)和白介素6(Interleukin-6，IL-6)水平升高，白介素10(IL-10)水平降低[13]，高血糖小鼠心肌I/R損傷過程中，IL-10分泌減少，這與重度炎癥反應及心肌I/R損傷有關(guān)。高糖刺激會加重缺血缺氧時心肌細胞的趨化因子作用和內(nèi)皮細胞選擇素表達，迅速招募促炎型單核細胞(Ly-6Chi+mid)，通過分泌促炎因子如IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α，促進中性粒細胞等白細胞浸潤，發(fā)揮促炎作用[14]。其次，糖尿病合并I/R會刺激巨噬細胞中CHOP(C/ERB homologous protein)水平。有研究表明，I/R 6 h后，STZ誘導的高血糖小鼠的CHOP水平明顯升高。在高血糖巨噬細胞中，CHOP過度激活與信號傳導、轉(zhuǎn)錄激活蛋白3 (Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)和STAT6激活受到抑制有關(guān)，可促進M1型巨噬細胞分化，加重炎癥反應。同時，STATs調(diào)節(jié)巨噬細胞極化，導致糖尿病小鼠表現(xiàn)出M3型巨噬細胞表型抑制，加劇心肌I/R時炎癥反應。另外，糖尿病心肌I/R刺激晚期糖基化終產(chǎn)物(AGE)釋放到血液中，導致巨噬細胞表達更高水平的AGE受體(RAGE)，RAGE激活心肌細胞免疫系統(tǒng)，加重炎癥反應及I/R損傷[15-16]。因此，糖尿病通過促進炎性單核巨噬細胞分化，加重炎癥反應及心肌I/R損傷(圖1)。

圖1 炎癥反應在糖尿病加重心肌I/R損傷中的作用機制注：CHOP：C/ERB同源蛋白；DAMP：損傷相關(guān)分子模式；NOX：NADPH氧化酶亞型；K-ATP：ATP敏感鉀通道；mPTP：線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔；STAT：信號轉(zhuǎn)導子和轉(zhuǎn)錄激活子；MCP-1：單核細胞趨化蛋白-1；TNF-α：腫瘤壞死因子-α；ROS：活性氧；NF-κB：核因子-κB；IL：白細胞介素；PI3k：磷脂酰肌醇-3激酶

1.2 糖尿病增加白細胞的生成和聚集 心肌I/R損傷不僅與缺血損傷引起的直接細胞損傷有關(guān)，還與血流恢復觸發(fā)的促炎癥環(huán)境有關(guān)。研究表明，糖尿病合并AMI時，導致多種免疫細胞功能缺陷，其中白細胞數(shù)量明顯增多，增加抗原激發(fā)的心肌炎癥反應[17]。首先，臨床研究表明，高血糖和免疫改變之間的關(guān)聯(lián)會加重炎癥反應，暴露于脂多糖后的白細胞會發(fā)生肥大及脫顆粒改變，導致活性氧(Reactive oxygen species，ROS)和TNF-α釋放增加，加劇糖尿病患者心肌I/R損傷[18]。這可能是由I/R損傷時的實質(zhì)性炎癥反應促進白細胞與內(nèi)皮細胞過度黏附介導的，因此，與糖尿病相關(guān)的高炎癥表型可誘導心肌細胞對I/R的免疫反應程度加重，導致心肌組織的實質(zhì)損害。其次，在缺血損傷的初始階段，不同事件會觸發(fā)一個復雜的炎癥途徑，導致心肌內(nèi)中性粒細胞積聚，新生中性粒細胞通過釋放氧化劑和蛋白酶直接損傷心肌細胞，這些中性粒細胞還參與I/R誘導的后期心肌損傷[19]。另外，中性粒細胞浸潤在糖尿病心肌I/R時加劇，加重微循環(huán)功能障礙，促進微血栓形成及無復流的發(fā)生[18-19]。因此，白細胞特別是中性粒細胞介導的炎癥反應在糖尿病加重心肌I/R損傷中起重要作用。

1.3 炎癥因子在糖尿病加重心肌I/R損傷中的作用 天然免疫激活和炎癥是糖尿病加重心肌I/R損傷機制中的重要因素，各種炎癥因子及其通路參與其中。首先，核因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)參與糖尿病合并I/R時的炎癥反應，調(diào)節(jié)多種炎性細胞因子[單核細胞趨化蛋白(Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α]，這些炎性細胞因子可激活中性粒細胞和巨噬細胞的促炎性細胞因子，參與糖尿病合并AMI時I/R誘導的心肌損傷。其次，TNF-α等炎癥因子刺激會激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、Toll樣受體4(Toll-like receptor 4，TLR4)等炎癥通路，與糖尿病野生型小鼠相比，糖尿病環(huán)氧化酶2(Cyclooxygenase 2，COX-2)轉(zhuǎn)基因小鼠中COX-2表達的增加有利于激活Akt，誘導磷酸肌醇3-激酶(PI3K)活性增加[20-22]。因此，對于糖尿病或糖尿病合并I/R，應注意各種炎癥因子和炎癥通路的重要作用，采用相關(guān)策略減輕炎癥反應，預防糖尿病I/R損傷。

2 炎癥反應加重線粒體功能障礙

線粒體在糖尿病加重I/R損傷的進展中起關(guān)鍵作用。糖尿病合并AMI發(fā)生再灌注時，線粒體功能障礙表現(xiàn)為線粒體腫脹、嵴斷裂、線粒體膜流動性降低、氧化磷酸化功能受損、ATP生成障礙，導致肌膜及肌漿網(wǎng)膜鈣泵功能障礙，造成鈣超載，加重I/R損傷[23]。同時，在再灌注過程中，高濃度的細胞內(nèi)鈣和線粒體釋放過多ROS,導致mPTP開放，K+可以返回到基質(zhì)中，消耗線粒體跨膜電位，抑制ATP合成，水通過滲透梯度進入線粒體，導致線粒體膨脹甚至破裂，釋放更多的ROS及炎癥介質(zhì)，從而加重炎癥反應[24]。另外，糖尿病心肌在I/R時，通過阻斷氧化磷酸化抑制脂肪酸分解，導致有毒酸在細胞內(nèi)積聚，并通過花生四烯酸途徑產(chǎn)生炎性代謝物，加重炎癥反應，從而加劇糖尿病心肌I/R損傷[25]。因此，在糖尿病合并AMI發(fā)生I/R時，線粒體功能障礙產(chǎn)生過多的ROS與心肌炎癥反應之間互相促進、影響，導致細胞損傷的惡性循環(huán)，加重糖尿病心肌I/R損傷的程度。

3 炎癥反應加重微血管功能障礙

心肌I/R損傷與血管表型有關(guān)，包括血管通透性增加、內(nèi)皮細胞炎癥、血管舒張和血管收縮因子之間的不平衡以及凝血和補體系統(tǒng)的激活。在糖尿病合并AMI的缺血期，缺氧的內(nèi)皮細胞由于高糖刺激和較低的環(huán)磷酸腺苷水平而通透性增加，促進各種炎癥介質(zhì)的釋放，增強炎癥反應，加重心肌I/R損傷[26]。其次，在I/R時，心肌組織補體系統(tǒng)被激活，促進白細胞、內(nèi)皮細胞黏附和血小板、白細胞聚集，進一步加重I/R后的微血管功能障礙，導致中性粒細胞在微血管區(qū)介導微循環(huán)損傷，使內(nèi)皮細胞、紅細胞或血小板的異型相互作用增強，加重I/R損傷[27]。糖尿病心肌發(fā)生I/R時，炎癥反應會激活E-選擇素并發(fā)生極化，激活αMβ2整合素聚集在中性粒細胞表面，誘導循環(huán)中紅細胞或血小板聚集，從而影響中性粒細胞的黏附行為，導致微血管功能受損，加重心肌I/R損傷[28]。缺血心肌發(fā)生再灌注時血管舒張減弱，可導致“無復流”現(xiàn)象，加重心肌I/R損傷程度，而糖尿病又可以加重這一現(xiàn)象。研究顯示，在缺血性心肌損傷的糖尿病小鼠模型中，盡管成功開放堵塞的冠狀動脈，但I/R誘導微血管功能障礙仍明顯加重I/R損傷程度[29]。

4 炎癥反應加重內(nèi)皮細胞功能障礙

胰島素分泌不足和/或胰島素抵抗是發(fā)生糖尿病兩大原因，由此引起的高血糖和高胰島素血癥會引起內(nèi)皮細胞功能障礙和損傷。由于ROS/過氧亞硝酸鹽的產(chǎn)生導致一氧化氮生物利用度降低和生物分子損傷，導致內(nèi)皮細胞功能受損，釋放損傷相關(guān)分子模式(Damage associated molecular patterns，DAMP)分子并激活TLR4通路，增強炎癥反應，特定的DAMP信號會促進高糖環(huán)境下AGEs形成，刺激RAGE、CD36和TLR4受體，增強核因子κB (Nuclear factor-κB，NF-κB)活性，顯著促進糖尿病合并I/R的炎癥反應程度，加重I/R損傷[30]。另外，糖尿病合并I/R時，C反應蛋白(C-reactive protein，CRP)濃度增加，促進炎癥因子的產(chǎn)生和免疫系統(tǒng)細胞的激活，且CRP對內(nèi)皮細胞有直接的促炎作用，誘導NF-κB和黏附分子的表達，導致促炎細胞因子釋放和白細胞黏附的增加，導致內(nèi)皮細胞功能障礙，加重炎癥反應和糖尿病I/R時心肌損傷[31-32]，這種損傷在糖尿病小鼠及糖尿病患者中均得以證實。

5 炎癥反應導致抗血小板治療的低效性

糖尿病導致抗血小板低效性與糖尿病時炎癥反應加重有關(guān)。阿司匹林在糖尿病環(huán)境下預防心血管疾病的有效性目前存疑，糖尿病患者血小板對阿司匹林抵抗的機制尚未完全闡明，目前認為與糖尿病導致的炎癥反應加重密不可分[5-7,33]。研究顯示，糖尿病合并AMI發(fā)生再灌注時，高糖刺激、胰島素抵抗以及線粒體功能障礙，會加重心肌炎癥反應，導致微循環(huán)改變障礙，誘導血小板聚集，促進微血栓形成，從而降低抗血小板藥物的效果，加重糖尿病合并AMI時的心肌I/R損傷[33]。糖尿病心肌對P2Y12抑制劑存在耐藥性，糖尿病環(huán)境下的胰島素抵抗可能通過干擾P2Y12受體導致血小板高反應性，使用氯吡格雷不足以克服糖尿病患者血小板反應性增強的問題，這種不足在糖尿病合并I/R尤為突出。雖然新型抗血小板藥物替格瑞洛能夠有效抑制糖尿病血小板異常高反應性、降低血液黏稠度、下調(diào)AGEs濃度，可部分增強糖尿病抗血小板治療的效果，但因其TIMI大出血發(fā)生率更高，臨床中使用受限制。

6 糖尿病合并心肌I/R損傷的藥物干預現(xiàn)狀

控制炎癥反應成為防治糖尿病合并AMI心肌I/R損傷的重要環(huán)節(jié)，雖然傳統(tǒng)的降糖藥物或抗炎藥物及心臟預處理策略對I/R損傷有一定預防作用，但在糖尿病患者中作用較弱[34]。新型降糖藥物可減少糖尿病合并AMI的再住院率及主要不良心血管事件(Major adverse cardiovascular events，MACE)發(fā)生率，2020年美國糖尿病協(xié)會(ADA)糖尿病診療指南推薦，無論糖尿病患者的糖化血紅蛋白水平如何，只要伴隨動脈硬化疾病，首先考慮應用GLP-1(Glucagon-like peptide-1)受體激動劑和鈉-葡萄糖共轉(zhuǎn)運蛋白2(Sodium-glucose cotransporter-2,SGLT2)抑制劑[33]。首先，里程碑式的心血管結(jié)局試驗(EMPA-REG OUTCOME試驗[35]、CANVAS試驗[36]和DECLARE-TIMI58試驗[37])表明，SGLT2抑制劑可以降低有動脈粥樣硬化性心血管疾病(Atherosclerotic cardiovascular disease，ASCVD)風險的糖尿病患者的心血管死亡率和心力衰竭住院率。SGLT2抑制劑可以減小糖尿病動物模型中I/R損傷引起的心肌梗死面積[38]。SGLT2抑制劑心臟保護機制包括促進STAT3磷酸化、減少心肌IL-6分泌和誘導一氧化氮合酶在缺血心肌中的表達，減輕糖尿病心肌的炎癥反應。其次，GLP-1或GLP-1類似物可以減小糖尿病及非糖尿病動物模型中心肌梗死面積[39-40]。臨床研究顯示，GLP-1受體激動劑可以降低糖尿病合并ASCVD患者的心血管死亡率、非致死性再發(fā)心肌梗死以及非致死性卒中的發(fā)生率，可能機制為GLP-1受體激動劑通過激活GLP受體、蛋白激酶以及一氧化氮合酶磷酸化，激活細胞途徑和改變心肌代謝的調(diào)節(jié)途徑，減輕線粒體功能障礙，減少ROS生成，抑制炎癥因子的釋放和聚集，從而減輕糖尿病心肌的炎癥反應，保護心肌細胞內(nèi)皮功能[41]。

7 結(jié)論

炎癥反應與糖尿病加重心肌I/R損傷密切相關(guān)，降低各種心臟處理策略對糖尿病心肌I/R損傷的有效性，惡化糖尿病患者的預后。針對糖尿病環(huán)境下的炎癥反應、相關(guān)炎癥細胞及介質(zhì)、內(nèi)皮細胞功能障礙、微循環(huán)功能障礙等共同信號分子和效應器的綜合治療方法，可能作為減輕糖尿病心肌I/R損傷的重要策略。仍需進行大量的臨床和基礎(chǔ)工作來探索炎癥反應在糖尿病加重心肌I/R損傷中的作用，以尋求新的治療方法來減輕糖尿病心肌I/R損傷，改善糖尿病患者的預后。