慢性间歇低氧对糖代谢影响机制的研究进展

田稼荟，魏翠英

(内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院，内蒙古包头014010)

阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(OSAHS)是一种常见睡眠时发生的呼吸障碍性疾病。因睡眠过程中患者上气道反复塌陷阻塞，出现呼吸暂停和(或)低通气，而使机体长期体处于低氧-复氧状态。慢性间歇低氧(CIH)是OSAHS的特征性病理过程,是导致高血压、糖尿病、代谢综合征等慢性全身性疾病的核心要素。近年来发现，OSAHS与2型糖尿病(T2DM)常合并存在，其严重程度与T2DM的患病率成正相关，是T2DM的独立危险因素；轻度OSAHS患者即存在胰岛素抵抗(IR)状态，IR与OSAHS严重程度正相关[1,2]。现就CIH对糖代谢影响机制的研究作一综述。

1 CIH与交感神经系统激活

交感神经系统在糖、脂代谢过程中起着重要作用，其激活产生大量的儿茶酚胺，使胰岛素敏感性下降、胰岛素介导的糖代谢降低。同时交感神经系统激活可促使胰岛β细胞凋亡、进而胰岛素分泌减少。此外，交感神经系统激活可抑制胰岛素介导的糖原合成过程，增加糖酵解，影响糖代谢过程。正常人在睡眠时，交感神经系统处于低水平活动，机体能量代谢较低，而OSAHS患者由于CIH长期存在，使得夜间交感神经系统活性增加。研究显示小鼠间歇低氧8 h/d 、30 d，其颈交感神经活性增强、糖代谢紊乱。CIH对交感神经系统的影响是一个慢性长期过程，在阻断动物的交感神经后，CIH对糖代谢的负性影响在短期内不能缓解。对于CIH如何激活交感神经系统、从而影响糖代谢的问题，现普遍认为是CIH条件下颈动脉化学与压力感受器的不平衡所致[3]，但具体分子机制尚有待进一步研究。

2 CIH与下丘脑-垂体-肾上腺皮质(HPA)轴

HPA轴是体内抵抗外界不良刺激的应激系统，具有神经内分泌功能，参与糖代谢的调节。CIH对于机体是一种低氧刺激，其激活HPA轴，使皮质醇(COR)释放增加。其作用主要表现为：减少外周组织对葡萄糖的利用、增加葡萄糖的生成，抑制胰岛素释放、降低胰岛β细胞活性，以及增加生长激素的分泌等作用，最终影响糖代谢、引起血糖升高。近年来多位学者证实，OSAHS患者存在神经内分泌功能紊乱，尤其是HPA轴发挥重要作用[4]。但对于CIH通过怎样的机制引起HPA轴活性改变，目前仍没有定论。有研究者认为肾上腺素是其重要的激活要素，而另有学者认为支配下丘脑室旁核的去甲肾上腺素α受体分泌的CRH完成激活程序，也有学者认为CIH会使HPA轴抑制区信号衰竭，进而使HPA轴激活。但HAP轴的激活会导致胰岛素敏感性下降及IR形成，出现血糖升高、糖代谢紊乱的现象得到公认。

3 CIH与氧化应激

氧化应激是指机体内活性氧(ROS)生成增加和(或)清除下降，体内氧化-抗氧化代谢失衡，直接对机体各组织造成损伤等。国内外大量研究已证实，OSAHS患者的反复低氧-复氧过程可启动氧化应激，会对心脑血管、肝脏、胰腺等多个脏器产生影响。其中肝脏和胰腺是胰岛素作用的重要靶器官，其损伤将对糖代谢产生影响，促使IR等形成。近年来研究发现，CIH产生的ROS作为信号分子可激活p38MAPK及核因子-κB(NF-κB)通路，引起肝损伤，而特异性阻断两条信号通路时可减轻CIH导致的肝损伤[5]。因此表明，p38MAPK和NF-κB在CIH所致的肝损伤中起重要调控作用。另外，氧化应激可直接导致胰岛β细胞凋亡，造成胰腺损伤，促使IR发生发展。王东亮等[6]选取经典凋亡因子Caspsae-3为研究对象，发现低频重度CIH模式对胰腺损伤较重，其Caspase-3活性及mRNA的表达随暴露时间的延长而逐渐增加。同期有学者对胰腺组织中的促凋亡蛋白(Bax蛋白)与抑凋亡蛋白(Bcl-2蛋白)进行研究，表明CIH下Bax蛋白/Bcl-2蛋白比率增高[7]，提示胰腺β细胞趋向于凋亡，加重IR发展。Keap1-Nrf2-ARE 通路是迄今发现最重要的内源性抗氧化通路，在对抗内源性ROS等有害物质中发挥重要作用，通路激活后作用于异常ROS并使其损伤，从而起到保护作用。Cheng等[8]发现，抑制Keap1-Nrf2-ARE通路会导致血管内皮功能紊乱及IR的发生。Nrf2是通路中调节糖代谢的关键因子，用姜黄素通过诱导Nrf2核转位，使ROS减少，从而减轻IR。

4 CIH与炎症反应

CIH类似于缺血-再灌注损伤，这种长期慢性低氧可激活低氧诱导因子(HIF-α)、NF-κB，进而使巨噬细胞、中性粒细胞和淋巴细胞等炎症细胞激活，释放大量炎性因子如IL-6、TNF-α、CRP等。 HIF-α是低氧环境的一种氧依赖因子，可减少肝脏脂肪代谢，增加脂肪合成，促进肝脏炎症反应，进而影响糖代谢。多项动物研究证实，OSAHS模型的CIH与肝损伤密切相关，其中TNF-α在肝损伤时最早出现，并参与CIH对机体代谢紊乱影响的重要过程。NF-κB是存在于胞质内的快转录因子，受正负反馈双向调节，通路下游增多的CRP、IL-6及TNF-α等炎症因子可激活NF-κB，NF-κB同时与相应DNA结合再表达TNF-α等炎症因子，使炎症反应级联放大。He等[9]在细胞水平研究了不同CIH下炎症因子的变化，结果显示CIH各组IL-6、TNF-α均显著增高，NF-κB与DNA结合增高， 并与CIH程度正相关。Kallianos等[10]发现经CPAP治疗后，OSAHS患者体内高水平的CRP及IL-6等显著下降，说明慢性低氧环境可使炎症因子升高及IR加剧，去除低氧环境后，炎症因子表达下降，IR缓解。Fractalkin是新发现的趋化因子，属于CX3C家族，具有趋化单核及T淋巴细胞的作用，在许多炎症性疾病发展进程中有重要作用 。有研究发现，CIH可通过THF-α等炎症因子调控Fractalkine参与肝损伤，影响肝脏糖代谢过程[11]。因此，研究Fractalkine在CIH时对糖代谢的影响将有重要意义。

5 CIH与内质网应激 (ERS)

内质网是体内蛋白质折叠及转运的重要场所，对维持机体稳态发挥重要作用。当机体受氧化应激、钙离子失衡、非折叠蛋白或错误蛋白蓄积等，引发的一系列反应称为ERS。研究表明，长期的ERS将产生细胞凋亡及IR等。多项研究证明，CIH下细胞非折叠及错误蛋白增多，产生ERS反应，促进IR形成[12]。CIH引起ERS的可能机制主要包括：①氧化应激 CIH下氧化应激可能促进ERS的发生发展。Gao等[13]研究表明，给大鼠抗氧化剂处理后，CIH条件下肝脏中ERS的指标ATF-6及PERKA表达下降，提示氧化应激促进ERS的产生。②炎症反应 炎症反应与ERS关系密切。一方面ERS通路下游信号分子可激活NF-κB信号转导通路，激活炎症因子释放；另一方面炎症因子反过来影响内质网功能，导致ERS。有研究表明抑制CIH所致的心肌细胞ERS后，其炎性因子如TNF-α、细胞黏附因子等明显下降。Lam等[14]发现CIH时大鼠海马区炎症因子TNF-α、IL-1β增高，同时ERS因子如p-PERK、CHOP等表达增加，在给抗炎、抗氧化处理后，上述炎症因子及ERS分子均表达下降。

6 CIH与脂肪细胞代谢紊乱

脂肪组织不仅储存能量，同时具有较重要的内分泌功能。近年来多项研究表明，脂肪细胞内异常表达的炎症及脂肪因子是两条促进IR形成的途径。其中NF-κB、TNF-α、IL-6、IL-10等炎症因子以及瘦素、脂联素、抵抗素等脂肪因子发挥重要作用。CIH时，脂肪细胞大量表达低氧诱导基因及炎症因子来适应环境，包括HIF-α及NF-κB等。其中NF-κB由胞质转位到胞核，激活细胞炎性转导通路，上调下游炎性产物如TNF-α、IL-6等。TNF-α可诱导胰岛素受体底物1(IRS-1)的丝氨酸磷酸化水平升高，而抑制正常的酪氨酸磷酸化，使胰岛素受体与底物结合降低，使胰岛素信号转导抑制、胰岛素不能发挥正常作用。IL-6主要是通过下调胰岛素受体及底物的表达水平而影响正常信号通路的转导，使胰岛素功能受损。而IL-10有抑制炎症作用，通过抑制巨噬细胞、淋巴细胞等介导的炎症反应，拮抗NF-κB的活性；同时，IL-10可激活PI3K胰岛素转导通路，弱化TNF-α在脂肪细胞内阻碍信号转导的作用[15]。

瘦素是由肥胖基因编码的一类蛋白质，主要在脂肪细胞中表达，有减少能量摄入并增加能量消耗的作用，对糖脂代谢有重要作用。国内外多项研究报道，OSAHS患者血清瘦素水平明显升高，存在瘦素抵抗，并与CIH的程度存在因果关系。Cuhadaroglu等[16]表明，OSAHS患者在经CPAP治疗前后的瘦素水平与IR相关，间接说明瘦素与间歇低氧下的IR有关。同时也有研究表明，瘦素可使IRS-1的正常酪氨酸磷酸化减弱，从而影响胰岛素信号转导过程。脂联素主要存在于3T3-L1脂肪细胞中，属于胰岛素增敏剂。研究证明，CIH下调脂联素水平，并与OSAHS严重程度和SaO2<90%的时间有关。研究发现小鼠脂联素基因敲除后，血浆中TNF-α水平升高，肌肉中的PI3K相关激酶活性下降，导致IR形成[17]。同时，OSAHS患者CPAP治疗后，脂联素水平升高，胰岛素敏感性得到改善。

7 CIH与胰岛素信号转导通路异常

正常情况下，胰岛β细胞分泌的胰岛素经血液循环作用于相应的靶器官或组织(主要为胰岛、肝脏、脂肪细胞、骨骼肌)，与胰岛素受体结合后使酪氨酸激活，激活后的酪氨酸促使IRS-1磷酸化，启动胰岛素信号转导通路。其中，磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/丝/苏氨酸激酶(AKT)途径及MAPK途径是近年研究的重心。通路中每一环节都至关重要，其转导受阻或减弱均可促使IR形成。①受体前：c-Jun氨基末端激酶(JNK)是MAPK家族重要成员之一，是胰岛素受体-IRS-PI3K通路上游的重要分子，其激活可改变胰岛素敏感性，在糖代谢中发挥重要作用。ROS通过多种途径激活JNK通路，激活后的JNK促进IRS丝氨酸/苏氨酸磷酸化，阻碍酪氨酸的正常磷酸化，使胰岛素受体-IRS-PI3K信号通路减弱，最终炎症因子表达增加及IR加重[18]。②受体及受体后：IRS-1是信号转导通路中受体后水平的重要蛋白，在整个通路中发挥着承上启下的关键作用。当IRS-1的水平下降和(或)结构/功能异常时，胰岛素信号转导通路将受抑制。其中，蛋白酪氨酸磷酸酶-1B(PTP-1B)是负性调节因子，它使已被激活的受体及底物等去磷酸化而失去活性，阻碍信号转导，促使IR的发展。

Tribbles同源蛋白3(TRB3)是与糖脂代谢相关的蛋白，它可直接与AKT结合，影响正常AKT磷酸化，阻碍转运过程。同时，TRB3还影响AKT跨膜转运，干扰AKT与胞膜上信号位点的结合，阻断PI3K/AKT转导通路。王洪等[19]研究发现，CIH刺激下，大鼠肝细胞内的TRB3水平升高，下游P-AKT减少，两者水平变化与IR存在相关性，间接表明CIH条件下TRB3及AKT参与了糖代谢紊乱过程。葡萄糖转运蛋白4(GLUT4)是胰岛素转导通路的终末信号分子，对葡萄糖的转运有重要作用。Akt2是GLUT4的上游分子，是促进CLUT4由胞内移位到胞膜的重要信号分子。近年来动物试验表明，CIH时骨骼肌细胞内GLUT4及Akt2水平下降，且与低氧暴露时间正相关，同时IR与GLUT4、Akt2蛋白下降水平有关，从而提示两者在间歇低氧导致IR的形成有协同作用。

间歇低氧对糖代谢影响的具体分子机制尚未完全清楚。最新研究发现，Adropin蛋白有抗炎、调节脂代谢、改善IR以及增加胰岛素敏感性等重要作用，在肝肾及胰腺组织高表达。 Adropin可调节骨骼肌能量代谢、下调有抑制作用的丙酮酸脱氢酶激酶4，增加细胞膜上的GLUT4，促进PI3K-Akt途径激活。但 Adropin能否为成为OSASH等疾病的诊断指标尚待进一步研究。