糖尿病心肌病与氧化应激

王婵媛(综述)，汪晓霞(审校)

(哈尔滨医科大学附属第四医院内分泌二病区，哈尔滨150001)

糖尿病心肌病与氧化应激

王婵媛△(综述)，汪晓霞※(审校)

(哈尔滨医科大学附属第四医院内分泌二病区，哈尔滨150001)

摘要：糖尿病心肌病是糖尿病最主要的独立并发症之一，越来越多的证据表明，糖尿病时活性氧类(ROS)产生增多，氧化应激反应增强是导致糖尿病心肌病的最主要原因之一。抗氧化剂可抑制ROS的产生，增强抗氧化防御系统清除能力，抑制氧化应激对心肌的损伤，从而发挥对心肌的保护作用，是延缓糖尿病心肌病发生和发展最有潜力的治疗策略。

关键词：糖尿病心肌病；氧化应激；抗氧化剂

众所周知，糖尿病及其相关并发症危害人类健康，糖尿病增加了心血管疾病的发生率和病死率，促进了心肌病的发展。Hamby等[1]于1974年首次提出糖尿病心肌病的概念,糖尿病心肌病独立于血管和瓣膜疾病，最初表现为无症状的舒张功能障碍，进展为有症状的心力衰竭。糖尿病心肌病的发病机制受多方面因素影响，包括氧化应激、炎症、内皮功能障碍、代谢紊乱、内环境稳态异常、间质纤维化等。越来越多的证据表明，糖尿病时高血糖诱导的氧化应激是糖尿病心血管并发症发病机制中的主要危险因素[2-3]，并经过了大量的实验得到证实。该文着重强调氧化应激对糖尿病心肌病的影响及抗氧化治疗对糖尿病心肌病的保护作用。

1糖尿病心肌病

1.1心肌结构改变病理改变表现为心肌细胞肥大、坏死、凋亡增加。此外，毛细血管基膜增厚，管腔狭窄，内皮细胞肿胀，微动脉瘤形成等[4]。心肌细胞超微结构变化：心肌纤维排列不规则；细胞核周肌质网扩张，间质可见胶原增生；线粒体肿胀、线粒体嵴部分断裂或溶解、空泡变性[5]。

1.2心脏功能改变目前将糖尿病心肌病的心脏功能改变分为两个阶段。①糖尿病心脏舒张功能不全：左心室舒张功能不全是糖尿病心肌病早期的重要标志，房室不同步收缩导致早期心脏舒张功能不全，此外，由于心肌胶原沉积、间质纤维化等，可能会造成晚期中-重度心脏舒张功能不全。②糖尿病心脏收缩功能不全：糖尿病晚期，糖尿病心脏收缩功能不全继发于重度心脏舒张功能不全，糖尿病心肌收缩功能不全的严重程度反映了心肌细胞损伤和死亡[6]。

2氧化应激定义和来源

氧化应激是指活性氧类(reactive oxygen species，ROS)和活性氮生成过多和清除不足导致的。超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢以及次氯酸统称ROS。一氧化氮、二氧化氮自由基、烷基过氧化氮等统称活性氮。ROS来源于黄嘌呤氧化酶、还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine dinucleotide phosphate,NADPH)氧化酶、葡萄糖自身氧化以及线粒体电子传递系统。生理状态下，ROS持续产生，抗氧化防御系统足以阻止ROS引起组织功能障碍[7]。病理状态下，ROS的产生增加，机体清除氧自由基的能力减弱，这种动态失衡势必造成大量ROS的蓄积，引起ROS的连锁反应，从而加重氧化应激对蛋白质、核酸和脂质的损伤，导致细胞结构、生理和代谢机制破坏和调节异常，最后引起细胞、组织、器官以及整个生物体病理生理学的改变[8]。

3氧化应激存在的依据

在糖尿病患者及动物模型的血液及心肌中均有氧化应激的存在。文献报道，糖尿病心肌病患者血清氧化应激8-羟基脱氧鸟苷(DNA氧化损伤)水平显著高于对照组，随着糖尿病心肌病患者心功能不全程度加重，氧化应激8-羟基脱氧鸟苷水平增高[9-10]。Sun等[9]对链脲佐菌素诱导的糖尿病鼠体内研究发现，心肌NADPH氧化酶活性明显增强，抗氧化酶超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶反应降低、心肌脂质过氧化乳酸脱氢酶增高，体外研究发现，高血糖状态大鼠心肌细胞内ROS水平增高，花旗松素干预后能抑制NADPH氧化酶的激活，降低细胞内ROS水平，增强内源性抗氧化酶的活性，改善心肌舒张功能和结构异常。Fiordaliso等[11]发现，超氧化物歧化酶诱导的糖尿病大鼠心肌细胞凋亡增加，且心肌细胞内ROS水平增加了2倍以上。该研究结果提示，高血糖刺激心肌细胞凋亡可能与氧化应激相关。

4氧化应激和糖尿病心肌病

4.1晚期糖基化终末产物通路长期高血糖促使心肌中糖基化终末产物沉积增多及晚期糖基化终末产物受体高表达，体内研究证明，糖基化终末产物与晚期糖基化终末产物受体结合后，激活核因子κB，上调诱导型一氧化氮合酶的表达，增加过氧化物和过氧硝酸盐的形成，使氧化应激产生。Yoon等[12]研究证实，晚期糖基化终末产物受体通过激活NADPH氧化酶产生ROS，促进炎性介质的产生以及内皮细胞增殖，导致心血管病变。Lenski等[13]报道，西格列汀干预后能减少晚期糖基化终末产物的积累，同时抑制氧化应激相关因子、心肌细胞转化生长因子的表达，预防心肌纤维化的发生和发展。

4.2多元醇途径在高血糖条件下，通过山梨糖醇脱氢酶的醛糖还原酶途径葡萄糖氧化是增加的。通过醛糖还原酶途径增加基质流量改变NADPH/NADP+和NADH/NAD+的比率，导致辅酶因子所需的抗氧化酶的消耗增加，组织抗氧化能力降低，引起细胞损伤。尽管在糖尿病心肌抑制醛糖还原酶通路没有直接作用，但Johnson等[14]研究表明在糖尿病肾病患者应用醛糖还原酶通路抑制剂唑泊司他增加静息时左心室射血分数、心排血量和左心室每搏量。

4.3蛋白激酶C(protein kinase C，PKC)途径研究显示， PKC α、β、ε、δ存在于糖尿病心肌肥大的发展中，糖尿病诱导PKC-β2的激活是糖尿病心血管损伤的主要因素[15]。PKC通过激活线粒体NADPH氧化酶引起氧化应激。雷少青等[16]研究发现，LY333531通过抑制NADPH氧化酶表达的增加及活性的增强，减少糖尿病大鼠心肌组织的氧化损伤，从而发挥其心脏保护作用，此外，心脏特异性PKC-ε的激活可阻止糖尿病诱导心肌病理变化，包括心室功能和氧化应激。

4.4己糖胺途径高血糖时，己糖胺通路活化，己糖胺途径的终产物——UDP-N-acety1氨基葡萄糖作为通过O-GlcNAc转移酶酶糖基化转录的底物，调节基因的表达，包括组织型纤溶酶原激活物抑制剂1、转化生长因子α及β1，激活的转化生长因子β1可使心肌组织纤维化，参与糖尿病心肌病的发生和发展。

4.5非酯化脂肪酸积累糖尿病时非酯化脂肪酸在心肌的积累，导致葡萄糖利用减少，吸收增加，三酰甘油分解和转变成氧化非酯化脂肪酸[17]。在生理条件下，心肌ATP能量来源于葡萄糖的氧化，非酯化脂肪酸、丙酮酸和酮体。在慢性糖尿病中，心肌ATP的产生主要源于非酯化脂肪酸的β氧化[18]，增加非酯化脂肪酸的氧化导致耗氧量增加，有毒的脂质中间体的形成，从而导致心肌凋亡[17]。糖尿病增加的非酯化脂肪酸也可通过氧化应激引起内皮损伤[19]。

4.6肾素-血管紧张素-醛固酮系统糖尿病时心肌局部交感神经活性增加，心脏肾素-血管紧张素-醛固酮系统过度激活，血管紧张素Ⅱ是肾素-血管紧张素-醛固酮系统中的主要效应因子。Zhang等[20]、Watanabe等[21]提出，血管紧张素Ⅱ通过与血管紧张素Ⅰ型受体结合，激活NADPH氧化酶，促使ROS的产生，引起心肌氧化损伤。Wu等[22]研究显示，血管紧张素Ⅱ受体1拮抗剂缬沙坦可阻断血管紧张素Ⅱ的作用和抑制高糖诱导的氧化应激和心肌细胞凋亡，从而起到保护心肌作用。

此外，氧化应激导致糖尿病心肌损伤的其他几个途径有以下几点。①线粒体损伤，糖尿病时，细胞内ROS的产生主要在线粒体进行，自由基持续产生过多，超过抗氧化防御系统清除能力或抗氧化防御系统活性受损，抗氧化剂消耗时，势必造成氧化应激对线粒体损伤，使线粒体功能紊乱，影响心肌供能，导致心肌收缩和舒张功能障碍[23-24]。②钙稳态失衡，糖尿病状态下，自由基损伤部分重要蛋白质的活性或从分子水平影响其表达，促使细胞内Na+-K+-ATP酶以及Ca2+-Mg2+ATP酶活性减低，钙摄取能力下降，肌动蛋白、肌球蛋白Ca2+-ATP酶活性异常，对钙的敏感性降低，促使心肌收缩功能减低[25]。③细胞凋亡，大量研究证实，ROS物质的积聚和氧化应激在心肌细胞凋亡的发生和发展中发挥重要作用。Fiordaliso等[11]发现，链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠心肌细胞凋亡增加，且心肌细胞内ROS水平增加了2倍以上。该研究结果提示，高血糖刺激心肌细胞凋亡可能与氧化应激相关。

5抗氧化应激及其他治疗方法

糖尿病心肌病的发病机制涉及到氧化应激，基于抗氧化机制干预是最有潜力的治疗方法。许多临床和动物实验试图确定是否抗氧化干预可阻止或延缓糖尿病心血管并发症的发展。

Kaul等[26]报道，糖尿病动物心肌组织中超氧化物歧化酶和谷胱甘肽过氧化物酶活性显著降低。普罗布考降脂药有很强的抗氧化能力，应用后显示对心肌的抗氧化酶有小的改善但不显著，表明糖尿病心肌病与抗氧化剂的缺乏相关。研究表明，链脲佐菌素诱导的转基因大鼠心肌超表达过氧化氢酶，降低糖尿病心肌病的发病率，提示过氧化氢酶的治疗潜力[27]。

维生素E，是一种强有力的抗氧化剂，改善了链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠左心室功能，并显著降低了心肌异前列腺素F2α和氧化谷胱甘肽的积累，表明维生素E的补充对预防糖尿病心肌病和心脏衰竭的发生是有利的。维生素E的补充显著降低了细胞凋亡，脂质过氧化反应，蛋白质氧化，并增强抗氧化防御系统，表明维生素E可通过削弱氧化应激和凋亡信号通路促进糖尿病心肌病的修复[28]。

α-硫辛酸，通过提高糖尿病大鼠心肌线粒体中抗氧化物质谷胱甘肽的含量、超氧化物歧化酶的活性来减弱线粒体氧化应激损伤，减轻心脏纤维化，改善舒张和收缩功能，对糖尿病心肌病起到一定的防治作用[29]。此外，细胞内超氧化物清除剂L-丙基酰肉碱通过改善线粒体功能及减少DNA损伤，对糖尿病心脏的功能和血流量产生有利的影响。

泛癸利酮，线粒体呼吸链中重要的组成成分，它的作用主要是作为电子传递中间体，可充当强有力的抗氧化剂，有效阻止羟基和超氧化物自由基与脂质膜的反应(脂质过氧化作用)。Huynh等[30]对SD糖尿病大鼠研究，辅酶Q10的补充阻止糖尿病诱导过氧化物生成和NADPH氧化酶三个亚型(Nox2、p22phox和p47phox)增加，有效地限制促炎性因子的表达，抑制心肌细胞肥大、心肌凋亡及心肌舒张功能障碍。

金属硫蛋白，半胱氨酸相关蛋白，可清除自由基，包括超氧化物和过氧硝酸盐。金属硫蛋白通过抑制ROS的产生和超氧化物的激活来阻止糖尿病诱导的心肌功能异常。金属硫蛋白的作用不只局限于抑制高血糖诱导的有害的自由基，Zhou等[31]研究发现，金属硫蛋白也能阻止血管紧张素Ⅱ诱导NADPH氧化酶的激活，凋亡和糖尿病心脏的病理性重构。

咖啡酸苯乙基酯，黄酮类化合物，蜂胶的重要组成成分之一。通过它的抗氧化应激能力改善心肌组织的氧化应激，预示咖啡酸苯乙基酯可阻止糖尿病心肌氧化应激[32]。李晓慧等[33]报道，罗格列酮可降低SD大鼠心肌NADPH氧化酶p22phox和NOX4 mRNA的表达，降低心肌氧化应激水平和结缔组织生长因子的表达，发挥对心肌的保护作用。卡维地洛，一种非选择性的肾上腺素能受体阻滞剂，能清除过氧化氢和次氯酸，减少心肌细胞膜的脂质过氧化，减轻心肌线粒体损伤、阻止心室重构，延缓心力衰竭发生和发展。

此外，以下几个药物的应用也有效降低了糖尿病患者病死率，如血管紧张素转换酶抑制剂、血管紧张素受体拮抗剂和他汀类药物的应用对糖尿病患者产生有利的影响。Sun等[9]、Singh等[34]报道，血管紧张素转换酶抑制剂和血管紧张素转换酶抑制剂部分阻止了血管紧张素Ⅱ的促氧化的效应，肾素抑制剂可通过直接抑制肾素，从源头上抑制血管紧张素Ⅱ生成，阻止心肌的氧化应激及凋亡。他汀类药物也显示出对血管抗氧化作用，瑞舒伐他汀能通过提高抗氧化酶的表达，减轻氧化应激，改善动脉粥样硬化指数[35]。

6结语

糖尿病心肌病的发病机制十分复杂。临床和实验证据表明，糖尿病状态下多种因素相互作用共同促进ROS的产生增多和内源性抗氧化剂缺乏导致氧化应激反应产生，进而加速糖尿病心肌病的发生、发展。研究显示，通过减少ROS产生，抑制促氧化酶，提高抗氧化酶的超表达和外源性补充抗氧化酶,增强抗氧化防御系统清除能力，阻止或延缓糖尿病心肌病的发展，为糖尿病心肌病的治疗提供新的方向。

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Diabetic Cardiomyopathy and Oxidative StressWANGChan-yuan，WANGXiao-xia.(DepartmentofEndocrinologyandMetabolismDisease,theFourthAffiliatedHospitalofHarbinMedicalUniversity,Harbin150001,China)

Abstract：The diabetic cardiomyopathy is one of the independent diabetic mellitus complications.There is growing evidence that diabetes increases production of reactive oxygen species(ROS),and enhanced oxidative stress is one of the main causes of diabetic cardiomyopathy.Antioxidants can inhibit the generation of ROS,and enhance clearing ability of the antioxidant defense system,and then inhibit oxidative stress caused myocardial injury,so as to achieve the protective effect on the myocardium,which is the most promising therapeutic strategy to delay the development of diabetic cardiomyopathy.

Key words：Diabetic cardiomyopathy; Oxidative stress; Antioxidants

收稿日期：2014-10-20修回日期：2014-12-10编辑：伊姗

基金项目：黑龙江省教育厅科学技术研究项目(12521196)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.17.039

中图分类号：R587.2

文献标识码:A

文章编号：1006-2084(2015)17-3177-03