糖尿病性周围神经病变的发病机制概述

何超综述，杨梅审校（滁州市第二人民医院内分泌科，安徽滁州239000）

糖尿病性周围神经病变的发病机制概述

何超综述，杨梅审校（滁州市第二人民医院内分泌科，安徽滁州239000）

糖尿病神经病变；周围神经系统疾病；晚期糖基化终产物；氧化应激；综述

糖尿病性周围神经病变（DPN）是糖尿病最常见的并发症之一。其发病率可高达70%～90%，可呈对称性复发性神经病变、单神经病变或复发性单神经病变，可累及感觉、运动和自主神经，多以感觉性症状为主。病理改变主要表现为周围神经的脱髓鞘和（或）轴索变性。本文结合近年来国内外有关文献，就其发病机制作一概述。

1 代谢机制异常

在正常血糖情况下，血糖主要通过糖酵解、三羧酸循环及糖化磷酸化等途径代谢，但长期高血糖时，患者醛糖还原酶及山梨醇脱氢酶活性增加，过多的葡萄糖通过醛糖还原酶转化为山梨醇，山梨醇脱氢酶进一步催化山梨醇生成果糖，从而导致山梨醇及果糖聚集。这一过程可导致肌醇的表达及摄取减少及降低Na+/ K+-ATP酶的活性[1]，直接影响神经组织中Na依赖性氨基酸转运，产生Na+潴留，导致神经髓鞘肿胀和轴索断裂。此外，在葡萄糖被醛糖还原酶还原为山梨醇的反应中消耗了大量还原型辅酶Ⅱ（NADPH）。NADPH是谷胱甘肽还原酶催化氧化型谷胱甘肽（GSSG）转化为谷胱甘肽（GSH）的辅酶，导致GSSG向GSH的转化受限。GSH的降低限制了GSH过氧化物酶将过氧化氢还原为水，使氧化应激增加。降低醛糖还原酶活性可以预防GSH消耗，过氧化物生成及神经传导速度减慢。有研究发现，在糖尿病大鼠感觉神经细胞培养中，抑制山梨醇脱氢酶活性可抑制氧化应激[2]。

2 神经滋养血管病变

糖尿病可以直接作用于神经滋养血管，引起功能失调，尤其是作用于血管内皮细胞，使一氧化氮（NO）、前列环素及内皮源性超级化因子生成减少而导致舒张功能障碍，同时也可使血管收缩因子如去甲肾上腺素、血管紧张素Ⅰ及内皮素-1等生成增加。以上因素共同作用可使神经内膜血管灌注减少约50%，氧分压降低30%～40%，最终引起周围神经缺血缺氧性损伤。而在体内实验中，用血管扩张剂血管紧张素转换酶抑制剂可明显改善DPN的临床症状及神经传导速度等客观指标，进一步证实了血管性因素在糖尿病肾病中的作用。

3 晚期糖基化终产物（advanced glycation end-products，AGE）

AGE由蛋白质中的氨基链与还原糖通过非酶反应生成[3]。AGE通过3种机制对细胞造成损伤。首先，AGE修饰细胞内蛋白而诱导细胞凋亡。其次，AGE可以修饰细胞外基质，如层粘连蛋白就纤维连接蛋白而影响DPN中的轴突再生及芽生[4]。最后，AGE可修饰血浆蛋白产生配体与位于巨噬细胞、平滑肌细胞、血管内皮细胞及施万细胞上的AGE受体（RAGE）结合。AGE与RAGE结合可产生内活性氧（ROS）并激活细胞核因子-κB（NF-κB），使基因表达发生变化而增加内皮细胞通透性、平滑肌细胞及成纤维细胞增殖、细胞外基质退变、细胞因子分泌、促凝血作用及细胞凋亡，这些改变能加速动脉粥样硬化、血管硬化狭窄、血栓形成及微血管并发症[5]。RAGE激活在DPN发病中起着重要作用，如神经传导缺陷以及轴索萎缩等变化在RAGE-基因敲除小鼠中被抑制[6]。

4 氧化应激和线粒体功能障碍

氧化应激在DPN的发生、发展中起着重要作用。当ROS生成过多时，NO2-与NO反应形成过氧亚硝基盐，后者与蛋白和脂质反应而引起功能障碍。脂质与ROS或过氧化物反应形成的脂质过氧化物具有细胞毒性并消耗GSH。蛋白质被氧化导致功能损害，导致轴突传递障碍，使生长因子由突触向细胞体的释放减少，并最终诱发神经细胞凋亡[7]。转录因子的修饰不仅可导致多种凋亡抑制因子表达下降，如复合体Ⅰ、B淋巴细胞瘤-2，还导致凋亡相关的应急蛋白表达增加，如环氧酶-2（COX-2）、多聚腺苷二磷酸核糖合酶及c-Jun氨基末端激酶等。氧化应激的另一危害在于对DNA的损伤。尤其是对氧化应激高度敏感的线粒体DNA，后者损伤可导致能量代谢障碍，从而引起对能量代谢高度敏感的神经损伤。

急性或慢性高血糖由于糖酵解或三羧酸循环中氧化磷酸化产生过量的氧化应激，在高血糖应激的内皮细胞中，过多的葡萄糖通过糖酵解或三羧酸循环导致还原型辅酶Ⅰ和黄素腺嘌呤二核苷酸增加，这一过程由于伴过多蛋白被泵出线粒体内膜而产生超极化膜电位，这导致电子转移变慢，使呼吸复合酶Ⅰ及Ⅲ在电子转移中产生超氧阴离子增多[8]。由复合酶Ⅰ产生的过氧化物主要位于线粒体基质上，而由复合酶Ⅲ产生的过氧化物比较平均地分布于基质上及两层膜之间[9]。因此，2个位置上的线粒体蛋白均可能受到过氧化物的氧化应激损伤。

线粒体超氧化物生成增多构成了高血糖诱导氧化应激损伤的主要因素。例如，与线粒体复合酶Ⅰ相关的超氧化物增加可见于链脲佐菌素（STZ）-糖尿病大鼠的坐骨神经的细动脉中。但是，并非所有引起糖尿病性神经氧化应激损伤均与此有关。如在成年人神经元中，长期（22周）高血糖可导致线粒体内膜去极化而不伴超氧化物生成增加[9]。但在感觉神经元中仍可检测到4-羟基-2-壬烯醛水平增高，后者为一种脂质过氧化反应产物[2]。

大量研究结果显示，长期糖尿病能降低线粒体内膜电位及呼吸链活性[10-11]。利用糖尿病大鼠[12]或小鼠[13]模型中的感觉神经元分析线粒体的生物能学，结果显示，糖尿病同时降低呼吸容量储备，备用呼吸容量的下降限制了机体面对环境改变时无法获得足够的能量，从而导致神经元对应激的抵抗力降低[14]。由于糖尿病导致的线粒体工作负荷增加可引起神经细胞内线粒体的蛋白组发生改变[12，15]。最近有研究显示，糖尿病大鼠的背根神经节细胞中线粒体呼吸功能降低程度与蛋白质的氧化磷酸化、范醌合成、三羧酸循环及抗氧化保护作用降低的程度一致[2，11]。胰岛素治疗能部分逆转线粒体蛋白组的这些改变[13]。此外，蛋白质翻译的定量分析显示，在胚胎感觉神经元的原代培养细胞中，高血糖应激可负性调控线粒体蛋白质的翻译[15]。

5 生长因子缺乏

神经生长因子（nerve growth factor，NGF）对维持神经功能和形态及神经损伤再修复有重要意义。神经营养因子家族中的生长因子包括NGF、脑源性神经营养因子（BDNF）、神经营养因子-3（NT-3）及NT4/5等。神经营养因子可诱导形态学分化而增加特殊神经元数量，促进神经再生，刺激神经递质表达。此外，NGF的调节蛋白家族对于施万细胞的存活也非常重要，其不仅可以调理髓鞘的形成，也可以调控髓鞘的降解[16]。

NGF及NT-3在组织及血清中均缺乏是DPN的特征性改变。糖尿病同时可以降低周围神经中BDNF、NGF及NT-3等的顺行性及逆行性轴突运送。缺乏神经营养因子的支持可以导致神经纤维的形态学改变，因为NGF及NT-3可促进有髓鞘神经纤维对皮肤的支配，而这点在糖尿病小鼠中受到限制。同样，囊内给予BDNF可增加无髓鞘、非肽能神经元，而肌肉内的BDNF基因治疗可促进糖尿病大鼠坐骨神经的髓鞘形成及提高神经肽水平[17]。此外，BDNF可能对于改善自主神经功能障碍导致的胃肠道蠕动减弱也有帮助。

尽管高血糖是DPN的主要诱发因素，糖耐量降低的患者也可能发生DPN[18]。在STZ大鼠模型中，当血中胰岛素水平小于2 ng/mL时，机械性、敏感性发生高血糖时即出现改变；高血糖诱导的DPN起始于胰岛素降到0.3 ng/mL以下时。因此，当周围神经中胰岛素信号途径受损或胰岛素缺乏时可能引起DPN。胰岛素对一般神经功能非常重要[19-20]，且胰岛素受体在背根神经节细胞体及支配表皮的周围神经轴突中大量表达[21-22]。值得注意的是，当发生神经物理损伤[21]或糖尿病[22]时神经胰岛素受体数量增加。当用不足以纠正高血糖剂量的胰岛素注射糖尿病小鼠后肢足垫时，能明显地提高神经纤维密度及机械敏感性[23]。同样，鼻内给予胰岛素时，有关DPN的数种生理指标均下降。同时，足底脚垫的感觉神经纤维数量增加，此时，系统高血糖并没有得到纠正[22]。

胰岛素缺乏可能通过降低线粒体呼吸功能而改变糖尿病感觉神经元的功能，因为胰岛素可通过磷脂酰肌醇3激酶信号途径而增肌线粒体呼吸酶活性及线粒体内膜电位[24]。值得注意的是，线粒体依赖于胰岛素产生的过氧化氢提高小脑颗粒神经元中胰岛素受体的磷酸化。尽管目前并不能确定过氧化氢诱导的胰岛素受体磷酸化是否是胰岛素发挥效应的关键因素，这些结果提示，当胰岛素诱导的过氧化氢生成受限时，胰岛素治疗不再有效提高线粒体功能[25]。随着疾病的进展，DPN的电生理学损伤对胰岛素治疗的反应并不理想[26]。在糖尿病神经中，施万细胞对生长因子的反应可能也发生了改变。神经调节蛋白-1形成了由几种神经胶质营养因子组成的一个家族与Erb B2受体相结合，后者主要定位于施万细胞。神经调节蛋白类在髓鞘形成中起着复杂的调控作用，因为他们随着浓度的改变既可以促进髓鞘形成，又可以诱导脱髓鞘反应[16]。轴索显微外科手术后，神经调节蛋白水平增加可能通过激活Erb B2受体而引起沃勒变性。在初生大鼠施万细胞培养中，高血糖可刺激神经调节蛋白激活Erb B2及增加胸腺嘧啶摄取。另一方面，一篇单独的报道称，高血糖对于Erb B2信号途径无作用，且降低神经调节蛋白诱导的有丝分裂[27]。尽管出现自相矛盾的结果原因不明，Erb B2活性改变的确可能引起DPN中神经功能的改变。在糖尿病小鼠坐骨神经中发现Erb B2磷酸化增加，且增加的幅度与运动神经传导速度减退及感觉神经损伤相关的痛觉减退一致[23]。值得注意的是，用Erb B2抑制剂PKI-166或埃罗替尼处理糖尿病C57BL/6小鼠模型，结果显示可改善神经电生理缺陷并提高机械性刺激性痛觉减退，但对热刺激性痛觉减退无效。因为温度觉主要由无髓鞘的C类纤维介导，这些数据提示有髓纤维可能对于Erb B2的病理性激活更为敏感。就这一点而言，高血糖增加施万细胞-感觉神经细胞供培养中神经调节蛋白诱导的脱髓鞘反应[28]。然而，糖尿病在不同神经调节蛋白亚型表达中的作用于周围神经髓鞘变薄的关系仍不明确。

6 炎症、脂类介质及血脂异常

神经性疼痛的发病机制与促炎性细胞因子有关。糖尿病中周围神经的损伤诱导淋巴细胞、巨噬细胞、神经元及施万细胞产生炎性细胞因子。在进展性DPN的患者腓肠神经活检中显示大多数与炎性反应相关的基因表达均上调[29]。肿瘤坏死因子α（TNF-α）是一种促炎性细胞因子，产生于花生四烯酸代谢的下游途径。研究显示，1型或2型糖尿病患者血液中的TNF-α水平升高[30]。在这些患者中，血浆中TNF-α水平与其神经性疼痛的程度一致[30]。药理学及基因研究均证明TNF-α水平增高与DPN具有相关性。英夫利昔是一种被美国食品药品监督管理局批准的与可溶性TNF相结合的单克隆抗体，可降低TNF水平并减少糖尿病小鼠模型的神经传导损伤[31]。TNF-α基因敲除的糖尿病小鼠不会发生DPN[31]。药理学研究显示，COX-2抑制剂可抑制糖尿病小鼠中TNF-α水平的升高及NF-κB的活化而抑制DPN的产生。同时，COX-2基因敲除的糖尿病小鼠也不出现TNF-α水平的升高及DPN。

12/15脂肪酶能将花生四烯酸转化为12/15羟基二十碳四烯酸（HETE）。这些炎性脂质介质在糖尿病患者的神经及脊髓中增高并导致氧化应激增加[32]。值得注意的是，抑制醛糖还原酶可降低坐骨神经中的12-HEHE，但不能降低脊髓中的12-HETE[33]，提示这种脂质代谢产物主要产生于施万细胞中。此外，在12/15脂肪酶基因敲除的糖尿病小鼠模型中可见p42/44及p38MAPKs均未被激活。考虑到醛糖还原酶主要位于施万细胞及p42/p44 MAPK信号通路在促进神经脱髓鞘中的作用[34]，这些数据提示多元醇途径可能与12-HETE产生协同作用，通过激活p42/p44 MAPK信号通路而促进施万细胞中髓磷脂的讲解。与上述假设一致，研究显示，在12/15脂肪酶基因缺陷的糖尿病小鼠模型中，胫神经中大的有髓纤维不会出现髓鞘变薄，但表皮的细无髓神经纤维的失神经支配依然进展[35]。

有研究显示，血脂异常也参与了DPN的发生、发展[36]。同年龄组人群研究也支持这种假设[37]。在动物实验中，给小鼠喂养高脂肪食物，即使血糖水平正常时也可导致DPN的发生[38-39]。近期的一项报道称，糖尿病叠加血脂障碍能过引起DPN中不同形式的感觉神经损伤，如给予糖尿病C57BL/6小鼠模型标准食物，表现为机械痛觉减退（无痛觉性神经病），而给予高脂肪食物的动物则表现为机械性触摸痛（疼痛性神经病）[40]。另一方面，高脂食物并不明显加重小鼠模型的热刺激性痛觉减退，这提示高脂食物可能对有髓纤维及无髓纤维可产生不同的代谢功能。

综上所述，DPN的发病涉及其复杂而相互关联的发病机制，其中氧化应激和线粒体功能障碍在其发生、发展中起着关键作用。从既往的动物及临床实验来看，以任一发病机制为目标的治疗方案都难以取得理想的效果，而以减轻氧化应激损伤、降低炎性反应、改善线粒体的生物学功能及纠正生长因子缺乏的综合治疗将是治疗DPN的长期原则。当然，更为重要的是对血糖水平的良好控制。

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10.3969/j.issn.1009-5519.2014.12.023

A

1009-5519（2014）12-1814-04

2013-11-23

2014-01-15）

何超（1983-），男，安徽铜陵人，住院医师，主要从事内分泌临床工作；E-mail：61296686@qq.com。