糖尿病心肌病发病机制及相关中药研究进展

王 栋

(甘肃中医药大学中医临床学院2015级硕士研究生，甘肃 兰州 730000)

近年来,糖尿病(diabetic mellitus，DM)的发病情况愈演愈烈,预估至2017年全世界约有4.51亿人患有DM，2045年将会发展到6.93亿[1]。糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是糖尿病的严重并发症之一，严重危害人类的健康与生命安全。DCM是由Rubler[2]在1972年首先发现,并由Hamby[3]确认为一种独立的糖尿病并发症。DCM发生于具有明确DM病史的患者,且排除高血压、冠心病、心脏瓣膜病和其他心脏病变,由DM导致的广泛的心肌结构及功能异常疾病[4]。DCM的发病机制尚未完全明确,现代研究主要集中在心肌细胞的能量代谢紊乱、氧化应激、心肌细胞异常凋亡、胰岛素抵抗(insulin resistance，IR)、心肌纤维化等方面。中医学关于DCM的论述与治疗源远流长,现代多数中医学者认为，其主要病机为脾、肺、肾阴虚燥热,不断耗气伤阴,进而伤及心脏,导致心脏气阴耗伤,心体受损,出现心气、心阳、心血、心阴的不足、虚衰,导致气滞、血瘀、痰浊、寒凝等痹阻心脉而发本病[5]。中药对DM及其并发症具有独特而良好的疗效,且目前针对中药对DCM的作用机制已进行了较多的研究，现将DCM的发病机制与中药对DCM的干预与治疗作用的实验研究综述如下。

1 心肌细胞能量代谢紊乱

心肌细胞的能量代谢紊乱包括糖代谢紊乱与脂代谢紊乱。糖代谢紊乱是在高糖环境的长时间刺激下,心肌细胞葡萄糖转运蛋白-4(Glut-4)活性降低,使葡萄糖转运与摄取减少,胰岛素抵抗更加严重,从而影响与破坏心肌功能,加重DCM。患者长时间处于血糖较高的状态时，体内的蛋白质加速非酶糖化形成晚期糖基化终末产物(AGEs),而AGEs通过以下方式产生效应:①通过直接修饰使蛋白质、脂类、核酸等的结构与功能发生变化。②通过与特异性的AGEs受体结合引发人体的病理变化。AGEs在心肌中的大量沉积,会造成心肌的收缩功能减弱,心肌纤维化加重,使得心脏的顺应性降低,从而对心脏的正常功能产生严重的损害[6]。DM患者在高血糖状态下的高度氧化应激会使蛋白激酶C(PKC)的活性增强。PKC作为一种对钙、磷脂具有依赖性的蛋白磷酸化酶,会通过多重途径引起心肌细胞肥大增殖,导致心室肥大、心肌纤维化和心衰等[7]。脂肪代谢是心肌正常活动的另一个供能机制。DM患者的心肌细胞对游离脂肪酸(FFA)的吸收和氧化会增加,并增加三酰甘油(TG)的含量,最终会使心肌中的FFA与TG积聚增多,加重胰岛素抵抗的情况[8]。FFA的增加还会激活转录因子过氧化物酶增殖体激活受体(PPAR-α),加重FFA的利用,而FFA在代谢中产生的大量中间产物会沉积在心肌细胞中,产生脂质体毒性,导致细胞纤维化、死亡,破坏心肌功能[9]。此外,血液中过高的低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)和TG含量会直接导致DCM或使其更加严重[10]。

曹琼丹等[11]对黄芪的活性成分黄芪甲苷进行研究,发现灌服黄芪甲苷后的DM大鼠，其体内过氧化体增殖物激活型受体γ共激活因子1α(PGC-1α)、核呼吸因子(NRF-1)的蛋白表达量和mRNA表达较DM模型大鼠均增加，推测黄芪甲苷对糖尿病的干预机制是通过调控PGC-1α路径并诱导下游NRF-1来控制和影响线粒体的合成代谢,从而改善DCM中出现的代谢紊乱现象。尤丽菊等[12]在研究雷公藤内酯醇对DM大鼠作用的实验中,发现经过雷公藤内酯醇干预的大鼠心肌组织中的葡萄糖转动蛋白 Glut-1、Glut-4表达较模型组有显著升高,并认为Glut-1、Glut-4的上升可以明显改善心肌的能量代谢结构,并以此防止心肌受损。谷金宁等[13]针对人参总皂苷对DM大鼠的影响进行研究,发现经过人参总皂苷干预后,大鼠尿液样本中的L-肉毒碱水平较模型对照组显著上升,表明人参总皂苷对DCM的心肌能量代谢机制具有积极作用。

2 氧化应激

心脏内活性氧(ROS)及其产物增加是DCM发生与发展的重要因素。有研究[14]显示,1型糖尿病与2型糖尿病的ROS明显增加,高血糖、FFA及瘦素水平增高、葡萄糖氧化等因素可能是ROS生成的原因。ROS的增加使DCM加速发展,ROS的众多产物如还原型辅酶H、氧化物酶、线粒体过氧化物酶可能会激活异常信号途径,导致细胞凋亡，且会加快心肌异常重构,导致心肌形态及功能的异常变化。另外,ROS产物增加还会增强蛋白激酶C(PKC)的活性,进而增加AGEs,通过醇糖还原酶途径增加心肌组织中的葡萄糖,导致DCM的并发症[15]。

李广红等[16]进行了针对白花丹参水提物对DM模型大鼠的实验研究,发现使用白花丹参水提物的DM大鼠的谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、超氧化物歧化酶(SOD)表达显著上升,丙二醛(MDA)、一氧化氮(NO)显著下降,显示白花丹参水提物可以有效地改善DM模型大鼠由于高血糖导致的氧化应激。陈红霞等[17]对黄芪多糖对DM大鼠的影响进行研究,发现经过黄芪多糖干预6周的DM模型大鼠的血糖较模型组明显降低,且转化生长因子-β1(TGF-β1)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)均有下降,认为这与黄芪多糖抗氧化、抑制心肌间质纤维化、减轻炎症损伤的作用有关。韩佳等[18]研究了黄芪总苷对DM模型小鼠的干预作用,结果显示：经过黄芪总苷干预的DM小鼠血清中的SOD、GSH-Px活性较未加干预的DM小鼠显著升高,MDA水平显著降低,且心肌组织中的TGF-β1的水平明显下降。由此认为：黄芪总苷可以通过调节SOD、GSH-Px、MDA及TGF-β1来改善DM小鼠的心肌纤维结构紊乱及心肌细胞的异常凋亡,改善与延缓DCM症状。王焕等[19]在研究桔梗对DM小鼠的影响的实验中发现，桔梗可使血糖明显降低,使心肌组织中MDA显著下降,并使SOD及GSH-Px的活性显著提升；此外，桔梗还对心肌细胞的异常凋亡具有抑制作用。

3 心肌细胞异常凋亡

细胞凋亡是正常情况下细胞的主动死亡现象。但在DM状态下,由高血糖产生的大量ROS、AGEs、聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶(PRAP)等会激发细胞的凋亡机制,导致细胞的异常凋亡。心肌细胞的异常凋亡在DM的早期即可出现,且与DCM的心肌肥厚及心力衰竭直接相关。多种关键因子被证明与心肌细胞的异常凋亡有关， TNF-α是其中之一。心肌在应激状态下会产生和释放TNF-α,同时心肌组织也是TNF-α的靶器官。TNF-α对细胞凋亡的诱导作用主要有两种方式:①促进心肌组织产生与释放NO,而NO会引发心肌细胞的凋亡;②促进原癌基因表达增强而诱导心肌细胞的凋亡[20]。此外，DM情况下的心肌细胞异常凋亡与含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶(Caspase)通道的激活密不可分。Caspase家族是细胞凋亡中的重要部分,其作用机制是：Caspase家族中的始动子包括Caspase-2、Caspase-8、Caspase-9、Caspase-10等,受到外界激活因子如凋亡酶激活因子(Apaf-1)与Fas相关死亡域蛋白(FADD)等产生的诱导信号所激发,并与多种蛋白配合进行自我活化,然后启动下游的凋亡效应子即Caspase-3、Caspase-6、Caspase-7,并在其他的Caspase及蛋白配合下,对细胞结构蛋白与维持生命活动的必要蛋白进行分解,最终导致细胞的凋亡[21]。高糖、高脂、钙离子转运与平衡失调，缺氧及自由基侵袭引起的心肌内质网氧化应激都是Caspase激活的原因。

黄东辉等[22]使用白花丹参水提物对DM大鼠模型进行干预,结果显示白花丹参水提物可有效抑制细胞凋亡,延缓DCM的发病进程,认为其作用机制是使心肌组织中的B细胞淋巴瘤/白血病-2基因(Bcl-2)提高、Bcl-2相关X蛋白(Bax)、Bcl-2/腺病毒 E1B19kD 相互作用蛋白-3(Bnip-3)水平下降,从而抑制细胞凋亡,延缓DCM的发病进程。郑亚萍等[23]对赤芍水提物的研究表明,赤芍水提物可以通过抑制心肌内质网的氧化应激,减少葡萄糖调节蛋白78(GRP78)的表达来减少Caspase-2及Caspase-12的表达,从而减少心肌细胞的异常凋亡,保护心肌组织。陈红霞等[24]使用黄芪多糖对DM大鼠进行干预,结果显示,经过干预的DM大鼠的血糖及血清白细胞介素-6(IL-6)、血管紧张素Ⅱ(AngII)的水平都低于模型组,认为黄芪多糖可以通过降低DM大鼠IL-6、AngⅡ抑制心肌细胞的凋亡。常晓等[25]采用Western blot检测黄芪多糖干预的DM模型大鼠的p-ErbB2、p-AKT、Bax、Bcl-2蛋白水平,结果发现：与对照组对比,干预组的p-ErbB2、p-AKT和Bcl-2蛋白表达明显升高,Bax蛋白的表达明显降低。由此认为：黄芪多糖可以通过上调DM大鼠心肌组织ErbB2、AKT、Bcl-2的表达,降低Bax的表达,从而减少心肌细胞的凋亡。

4 胰岛素抵抗

在正常情况下,心脏收缩所使用的能量中有2/3由脂肪酸的氧化所提供,来源于葡萄糖的能量只有一小部分。在糖尿病IR状态下,胰岛素无法正常促进胰岛素摄取与利用,使心脏对葡萄糖的利用进一步减少,而对FFA的利用率上升；IR还会导致过量的FFA聚集在心肌细胞内,诱发心肌细胞的脂毒性,这种能量利用机制的紊乱导致了心功能的异常[26]。同时,IR引发的胰岛素效应减弱,引发因胰岛素代偿性分泌增加导致的高胰岛素血症。在高胰岛素血症状态下,电解质平衡发生紊乱,细胞内的Na+积累,致使心肌细胞肥大,进而导致心功能不全。另外,IR也被证实为激活肾素-血管紧张素(RAAS)系统的重要因素,RAAS系统诱发的心肌肥厚及心肌纤维化可导致与加重心力衰竭[27]。

刘坚等[28]通过研究黄芪多糖对心肌H9c2细胞的干预与影响发现，黄芪多糖可以提高胰岛素抵抗H9c2心肌细胞的AMP依赖的蛋白激酶(AMPK)活性,并通过AMPK的作用间接促进心肌对葡萄糖的吸收与利用,从而改变心肌细胞的IR现象。刘馨等[29]对五味子油改善IR的作用机制的研究显示，经过五味子油干预的DM大鼠的瘦素与空腹胰岛素的水平均降低,证明五味子油具有抑制IR与瘦素抵抗的作用。另外,马育轩等[30]对五味子的另一个有效组分五味子多糖进行了实验研究,结果显示五味子多糖对IR大鼠的空腹血糖与空腹胰岛素值具有显著的减低作用,证明五味子多糖对DM过程中的IR现象可以起到有效的抑制作用。

5 心肌纤维化

在DM状态下,心肌胶原在心肌组织中大量沉积,使心室壁的僵硬程度增加,心室的顺应性降低,导致心室的正常收缩与舒张功能受到损害。TGF-β1是一种蛋白多肽,作用是调节细胞的生长与分化,可以促进成纤维细胞的转化,具有很强的致纤维化作用,是导致心肌细胞纤维化的原因之一[20]。王秋岩等[31]发现DM模型小猪心肌组织中的TGF-β1表达显著增加,由此认为在高糖状态下被激活的TGF-β1通过多种通路引起细胞外基质的异常集聚,导致了心肌细胞的纤维化,使心脏功能受到严重损害。

谷金宁[32]对人参提取物20(S)-人参皂苷Rg3进行研究,证明20(S)-人参皂苷Rg3可以逆转心肌间质纤维化的过程,并认为这可能是20(S)-人参皂苷Rg3对氧化应激。AGEs-RAGE及核因子κB(NF-κB)通路进行抑制的结果。王栋栋等[33]对大黄游离蒽醌对于SD大鼠DM模型的作用进行研究,结果显示,在大黄游离蒽醌对DM大鼠进行干预8周后,DM大鼠的心肌纤维化程度有所改善,并且使心肌中的结缔组织生长因子(CTGF)、Ⅰ/Ⅲ型胶原纤维明显减少,认为这与大黄游离蒽醌对CTGF的抑制,从而使Ⅰ/Ⅲ型胶原纤维的合成削减有关。张忠英等[34]对黄精多糖针对DM模型大鼠的干预进行了研究,发现心肌组织中的TGF-β1与白细胞抑制因子2/3(Smad2/3)表达量下降,骨形成蛋白-7(BMP-7)、白细胞抑制因子-7(Smad7)的表达升高,且心肌病病理损伤减轻,认为这是黄精多糖通过对BMP-7蛋白的干预,影响或抑制了TGF-β1/Smad的传导与生效。徐秋玲等[35]通过姜黄素对DM大鼠模型的作用研究发现，虽然姜黄素对血糖没有降低作用,但是姜黄素可以通过显著降低心肌组织的NF-κB表达来减轻其导致的心肌纤维化。李俊龙等[36]通过组织病理学Masson染色方法对DM大鼠的心肌组织进行观察,发现经过青蒿素治疗的DM大鼠的心肌纤维化现象减轻,认为青蒿素对DCM的改善作用与减轻心肌纤维化的作用有关。

6 小 结

近年来,DM的发病率与发病人数逐年上升，DCM的患病人数也随之增多。据统计，在三甲医院住院的2型糖尿病患者中约有17.1 %患有糖尿病心血管并发症[37]。DM及其并发症已经成为防治疾病的重中之重,而中医药在DM的预防治疗中具有独特优势。从研究现状来看,中药作用机制研究多集中在调整心肌的糖脂代谢状态、减弱氧化应激、减少心肌细胞的异常凋亡、改变胰岛素抵抗及减轻心肌纤维化等方面，作用原理研究仍显不足；此外，将中药研究的成果转化为具体实用的临床防治手段亦是难点之一。随着现代研究技术手段的提升与中医药研究的深入,中医药的潜力将被进一步充分挖掘,并将在不远的未来发挥更大的作用。