糖尿病引发内皮细胞功能紊乱的研究进展

肖 瑶，吴基良

(湖北科技学院糖尿病心脑血管病变湖北省重点实验室，湖北 咸宁 437100)

糖尿病及其并发症是严重危害人类健康的慢性疾病之一，糖尿病增加了心血管疾病(如心脏病、外周血管疾病、中风等)的发展，75%的糖尿病人死于心血管疾病［1］。近年来大量研究表明内皮功能损伤与糖尿病和心血管疾病的发病机制有关［2］。因此深入理解糖尿病损伤内皮细胞功能机制，有利于防治糖尿病心血管疾病并发症发生。

1 血管内皮细胞与血管稳态

血管内皮细胞是连续被覆在全身血管内膜的一层细胞群，近十年来研究揭示其在维持血管稳态方面起着重要作用。在生理条件下，血管内皮细胞一方面分泌促血管舒张因子NO、PGI2、EDHF;另一方面分泌促血管收缩因子ET-1、Ang2、TXA2，调节血管张力和通透性及抗凝作用来维持营养物质和氧供应到相应组织和控制血管细胞生长［3］。激素、神经递质、化学刺激通过调节内皮介质的分泌和释放，维持血管功能。正常条件下，内皮细胞处于“失活状态”，促血管舒张因子起主导作用;内皮功能损伤，促血管收缩因子大量分泌，内皮细胞处于“活化状态”。

2 NO 产生及其在血管平滑肌中的调节作用

内皮细胞衍生舒张因子NO 是由内皮细胞合成脂溶性气体分子，其半衰期短活性高。在生理条件下，NO 是在eNOS 的催化下，以L-精氨酸为底物，以还原型辅酶Ⅱ(NADPH)作为电子供体，生成等物质量的NO 和L-瓜氨酸［4］。NO 这种可溶性气体作为局部介质在许多组织中发挥作用，内皮细胞产生的NO 主要作用于血管平滑肌细胞，其机制是通过激活鸟苷酸环化酶和产生cGMP，cGMP 活化cGMP 依赖的蛋白激酶G，抑制肌动-肌球蛋白复合物，发挥血管平滑肌舒张作用［5］。此外，NO 还能抑制血小板激活、分泌、聚集，抑制平滑肌细胞的增生和增殖以及血管细胞粘附因子和细胞间粘附因子核转录。

3 eNOS 活性的调节

在生理条件下，eNOS 活性是内皮细胞产生NO 的关键因素，eNOS 受到很多因素的调控，主要有如下三条:①典型eNOS 激活是通过血管舒张物质如乙酰胆碱与内皮细胞上的G 蛋白偶联受体结合后，细胞内Ca2+浓度增加，Ca2+与钙调蛋白结合形成CaM，形成的复合物作用于eNOS 特定的CaM 位点，从而激活eNOS 和增加NO［6］。②体内相关信号通路调节eNOS 苏氨酸和丝氨酸残基的磷酸化和去磷酸化，其中由蛋白激酶A、AMPK、PKB/AKT 介导的eNOSser1177 位点磷酸化对调节eNOS 活性起着至关重要的作用［7］。③eNOS活性可能被翻译后被乙酰化修饰，主要通过半胱氨酸残基十四酰化和十六酰化而激活［8］。鉴于复杂的机制参与到eNOS 活性调节，表明了NO 在维持血管稳态方面受到多方面的调节。

4 ROS 与eNOS 之间的关系

大量研究表明在糖尿病患者的内皮细胞周围产生活性氧(ROS)，加速其内皮功能紊乱［9］。使用一些抗氧化药(SOD)治疗能改善内皮依赖的血管舒张［10］。尽管体外实验中ROS 能促进eNOS磷酸化，却减少NO 的释放。前者有学者研究发现，低氧条件下通过激活NOX4 导致ROS 产生增多，ROS 通过氧化AMPK 使其磷酸化激活［11］，活化的AMPK 能使eNOS 磷酸化;也有可能是在低氧条件下其他通路调节如低氧诱导因子和VEGF使其磷酸化［12］。对于后者的现象解释是“eNOS解偶联”，一方面ROS 迅速与NO 结合生成OONO-，后者与eNOS 结合破坏锌硫键导致eNOS 二聚体解聚［13］。另一方面ROS 及OONO-通过氧化BH4 为BH2，减少BH4 含量。BH4 与eNOS 结合改变eNOS 结构，有利于精氨酸结合;参与电子的转移;eNOS 稳定的二聚体结构对于eNOS 活性起着重要作用［14］。此外，有实验表明内源性的OONO-有可能是PI3K/AKT 信号通路下调的标志物［15］。“eNOS 解偶联”还能增加ROS 的产生和减少NO 的合成，从而加剧内皮功能紊乱。

5 糖尿病与内皮功能紊乱之间的关系

5.1 胰岛素抵抗 胰岛素在调节内皮功能起着重要的作用，胰岛素通过与其受体结合，通过激活PI3K/AKT 信号通路，调节eNOS 表达和丝氨酸1177 位点磷酸化，进而促进NO 释放［16］;同时通过MAPK/ERK 信号通路促进ET-1 表达和细胞的增殖［17］。在生理状态下，PI3K/AKT 信号通路占主导地位调节血管舒缩功能，在2 型糖尿病人中胰岛素抵抗选择性的损伤PI3K 依赖的信号通路，此外在胰岛抵抗诱导的高胰岛血症来维持正常血糖，然而MAPK 信号通路不受其影响［18］。总之在胰岛素抵抗条件下减少PI3K/AKT 信号通路导致NO 合成的减少，增加MAPK 信号通路和ET-1 分泌增多，加速了内皮功能紊乱。

5.2 高血糖症 长时间高血糖暴露被认为是导致糖尿病并发症很重要的因素之一，其主要损伤内皮功能。糖尿病患者血糖水平的提高，通过多条机制参与到内皮紊乱中，其中氧化应激被作为最直接的因素之一。氧化应激是指机体在遭受各种有害刺激时，体内高活性分子如活性氧自由基和活性氮自由基产生过多，氧化程度超出氧化物清除，细胞内氧化还原平衡失调，氧化产物损伤蛋白质和DNA，导致组织损伤。高糖诱导的氧化应激主要是由线粒体电子转移链产生超氧阴离子和NOXs 激活［19］。ROS 除了通过形成RNO 使eNOS解偶联，此外由高糖诱导的ROS 增强IRS-1 丝氨酸磷酸化，导致IRS-1 介导的PI3K/AKT 信号通路阻断，从而抑制胰岛素刺激的NO 产生［20］。

线粒体产生的超氧化物促进DAG 的合成，导致PKC-β 的激活，PKCs 通过抑制PI3K/AKT 通路活性，降低了由胰岛素刺激产生NO;另一方面活化的PKC 能促进相关粘附因子(如ICAM-1，VCAM-1，)和E-选择素过高表达，以及通过增加ET-1 释放诱导血管收缩［21］。近年来有学者研究表明，在高糖条件下，PKC 通过钙蛋白酶激活上调ICAM-1 和白细胞内皮粘附分子［22］。

近年的大量研究证据表明，持续高血糖引起体内多种蛋白质非酶糖基化及由此形成的晚期糖基化终末产物(advanced glycation end products，AGEs)在糖尿病并发症的发病机制中起重要作用。细胞内大量聚集AGEs 改变细胞基质的功能和细胞结构。在内皮细胞中，AGEs 与其相应的受体结合激活细胞内NOXs 产生ROS［23］;另一方面通过抑制二甲基赖氨酸水解酶，导致大量非对称二甲基赖氨酸，进而促进了ROS 生成影响NO 生物活性和内皮损伤［24］。AGEs 也能激活NF-κB 通路，促进内皮细胞ET-1 表达，因此调节NO 活性和ET-1 释放有助于改善内皮功能的紊乱。

6 小 结

在糖尿病中微血管和血管功能障碍是引起心血管疾病发病和死亡的主要原因。高血糖症、胰岛素抵抗等诱导的内皮损伤很可能通过相关机制减少NO 的产生及其生物活性，进而导致血管功能的障碍，引发心血管疾病。深入了解糖尿病内皮功能作用机制，有利于寻找一个新治疗修复内皮紊乱方案，从而有效的防治糖尿病心血管疾病并发症发生。

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