迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病及其并发症中的作用

陈素艳，李森林，常晓彤

1.河北北方学院临床检验诊断学重点实验室，河北张家口 075000；2.河北省张家口市第一医院心内科，河北张家口 075000

随着人们饮食结构和生活方式的改变以及人 口老龄化，2型糖尿病的发病率在全球范围内持续上升。我国糖尿病患病率的变化趋势与世界各国相同，且农村地区的患病率增长高于城市。目前，我国糖尿病患者总数约为1.298亿[1]。在糖尿病患者中，有并发症者已达到76.4%，而且糖尿病患者死亡的主要原因也是并发症的发生[2]。糖尿病并发症超过上百种，已知血管及神经的病变是糖尿病多种严重并发症的共同病理基础。虽然糖尿病血管及神经病变的发生、发展与肥胖、炎症、氧化应激等诸多因素有关，但“炎症学说”受到了越来越多的关注，控制炎症可能是治疗糖尿病及其并发症的有效途径[3]。迷走神经-胆碱能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)是一条神经系统对全身炎症调控的神经-免疫调节通路，与传统抗炎通路相比，其能更加迅速、直接的发挥抗炎作用，并且能在同一时间抑制多种炎症介质的释放[4]。在动物实验与临床试验中，对CAP的效用加以检验，结果表明CAP能控制炎症并有效降低血糖、提高胰岛素敏感性，进而减轻糖尿病患者的血管及神经的损伤[5]。本文对迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病及其并发症中的作用进行综述，以期为基础和临床研究提供理论依据。

1 糖尿病并发症的产生机制

糖尿病的慢性并发症可遍及全身各重要器官，虽然发病机制极其复杂，但各并发症的共同病理基础是血管及神经病变。大量研究表明，2型糖尿病是一种慢性炎症性疾病。肿瘤坏死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、C反应蛋（C-reactive protein,CRP）等促炎因子水平的异常升高和白介素10（interleukin10,IL-10）等抗炎因子水平的持续降低与糖尿病血管和神经病变密切相关[6]。

促炎因子在糖尿病血管并发症中的作用机制主要有：①TNF-α作为炎症级联反应的始动因子，能诱发多种炎性细胞的活化、促进多种炎症因子的释放；降低内皮细胞中具有抗凝作用的物质的表达水平、增加具有促凝作用的物质的合成；诱导具有收缩血管功能的物质的表达。②CRP作为急性期反应蛋白，在机体发生病理改变时，随着IL-6、TNF-α等细胞因子的增加，肝脏受到刺激而大量合成CRP。CRP增高可刺激血管内皮细胞产生氧自由基，造成细胞内膜损伤；激活凝血系统和补体系统，导致二者平衡失调，促进血栓形成[7]。

促炎因子在糖尿病神经并发症中的作用机制主要有：①通过前述机制引起血管病变，进而使神经组织灌注不足；②TNF-α除可以诱导炎性细胞活化、促进炎症因子释放外，还可直接对神经胶质细胞产生毒性作用；③CRP可促进广泛存在于炎症细胞及周围神经系统细胞表面的糖基化终末产物受体的表达，糖基化终末产物与其结合后激活细胞内信号传导通路，最终引起氧化应激和炎性反应[8]。

2 迷走神经-胆碱能抗炎通路

CAP是通过神经反馈来抑制炎症的“神经—免疫”途径，主要由迷走神经、脾脏及具有a7亚单位的烟碱型乙酰胆碱受体（nicotinic acetylcholine receptors,a7nAChR)的免疫细胞组成[4]。研究表明，此通路主要通过脾脏发挥抗炎作用，中枢神经系统的胆碱能神经元被炎症因子激活后释放乙酰胆碱（acetylcholine,Ach），兴奋脾脏交感神经，由脾脏交感神经分泌去甲肾上腺素（norepinephrine,NE)，NE与脾脏内的T细胞结合，使T细胞释放内源性Ach与脾脏巨噬细胞表面的a7nAChR结合，从而抑制TNF-α、CRP等促炎因子的释放，但并不抑制IL-10等抗炎因子的表达，从而发挥抗炎作用。此外，Ach与巨噬细胞、单核细胞、淋巴细胞等外周免疫细胞表面的α7nAChR结合后可通过阻断NF-κB信号通路，以及通过Janus激酶/信号转导与转录激活子3（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3,JAK-STAT3）通路抑制NF-κB与DNA结合，减少促炎因子合成[9]。胆碱能抗炎通路的结构及发生机制见图1。

图1 胆碱能抗炎通路的结构及发生机制

在调控炎症方面，CAP具有迅速、直接、高效的特点。基础和临床研究表明，刺激迷走神经能够激活胆碱能抗炎通路[10]。除此之外，还可以通过针灸或应用特定的受体激动剂来激活胆碱能抗炎通路。

3 迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病及其并发症中的作用

3.1 迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病中的作用

大量研究表明，胰岛素抵抗（insulin resistance,IR）的发生发展与巨噬细胞、脂肪细胞及TNF-α、IL-6等炎症因子有关。其中，主要由巨噬细胞分泌的TNF-α，是第一个被发现与IR相关的促炎因子[11]。其相关的机制主要有：①干扰脂肪细胞中酪氨酸激酶的磷酸化，损害胰岛素的信号通路，进而诱发脂肪细胞的IR。②活化脂肪细胞中NF-κB等炎症相关信号通路，促进炎症因子的转录，进而加强对胰岛素敏感性的抑制。③抑制脂肪细胞中葡萄糖转运体4蛋白的表达，进一步抑制胰岛素的作用[12]。

CAP的激活可以改善脂肪组织炎症和IR。在给予小剂量的尼古丁后，肥胖小鼠脂肪组织的炎症被显著抑制且对胰岛素的敏感性明显提高；而将a7nAChR基因敲除后，尼古丁改善小鼠脂肪组织炎症的作用消失，提示尼古丁及特异性的a7nAChR激动剂对肥胖者的慢性炎症及IR有治疗作用[13]。用小檗碱干预治疗2型糖尿病大鼠6周后，a7nAchR的蛋白表达升高，炎症信号转录因子NF-κB p65蛋白表达下调，血清炎症因子水平降低，胰岛素传递信号通路相关因子的表达升高；而沉默a7nAchR基因后，未出现上述改变。说明小檗碱可能是通过激活a7nAchR依赖的CAP来改善T2DM大鼠的IR状态[14]。刺激皮耳穴-迷走神经可调节糖耐量受损模型大鼠的空腹血糖和餐后2 h血糖，降低胰高血糖素，提高胰岛素敏感性，上调下丘脑、肝脏、骨骼肌中胰岛素受体的表达[15]。

3.2 迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病引起的血管病变中的作用

2型糖尿病引起的血管病变主要有大血管病变和微血管病变。大血管病变主要是指动脉粥样硬化。有研究显示，血清TNF-α水平在2型糖尿病合并大血管病变患者中显著高于未合并大血管病变患者，提示与糖尿病有关的炎性标志物TNF-α可能参与糖尿病及大血管并发症的发生和发展[16]。其机制除了TNF-α对血管内皮细胞的直接损伤作用外，还主要体现在TNF-α可通过诱导趋化因子的产生，使单核细胞趋化蛋白1的表达增加，单核细胞趋化蛋白1能促使单核细胞转移至内皮下并转变成巨噬细胞且激活，过量的巨噬细胞吞噬脂质形成大量泡沫细胞进而形成动脉粥样硬化[17]。有研究表明，在载脂蛋白E基因剔除的小鼠模型中，选择性a7nAChR激动剂，可以通过降低促炎细胞因子水平，减少动脉粥样硬化的形成[18]。

2型糖尿病微血管病变的典型改变是微循环障碍和微血管基底膜增厚，主要表现在视网膜、肾、神经和心肌组织。现有多项研究已证实TNF-α水平与微血管病变的发生与发展关系密切。其机制主要有：TNF-α诱导血管内皮细胞粘附分子的表达，促进炎症细胞的粘附；增加内皮细胞促凝血因子的表达，促进血管内血栓形成[19]。

CAP的激活可抑制和改善微血管病变。有大量研究表明在大鼠急性心肌梗死模型、房颤模型、心衰模型中刺激迷走神经可激活a7nAChR依赖的CAP，减轻心血管炎症反应[20]。耳迷走神经分布区穴位电针可通过激活CAP来调节2型糖尿病大鼠炎症因子（TNF-α、CRP等）水平，抑制2型糖尿病微血管损伤并提高胰岛素敏感性[6]。

3.3 迷走神经-胆碱能抗炎通路在糖尿病神经病变中的作用

糖尿病神经病变，包括中枢神经、周围神经及自主神经的病变，此类患者循环血液中，促炎因子增多，如TNF-α、IL-6；循环和局部产生的内皮黏附分子、血管细胞黏附分子-1，也呈增加趋势[21]。

糖尿病中枢神经病变患者会出现不同程度的认知功能障碍甚至痴呆。另有研究发现，与糖尿病非认知障碍患者相比，糖尿病认知功能障碍患者血清中IL-6和TNF-α的水平显著升高，表明炎症反应在糖尿病神经损伤和退行性病变中起重要作用而且很可能参与了糖尿病认知功能障碍的发病[22]。TNF-α、CRP等炎症因子可加重血脑屏障的损伤，使大量免疫细胞进入大脑，释放炎症因子导致中枢炎症，促进认知功能障碍[23]。

小胶质细胞是中枢神经系统中的常驻免疫细胞，在中枢神经系统的炎症反应中起重要作用，CAP可通过细胞表面的a7nAChR抑制神经系统的炎症反应，减少病变损伤[24]。有研究表明，在给予有空间学习记忆障碍的糖尿病大鼠小檗碱后会发现，与未给药组相比，给药组小胶质细胞的a7nAChR的表达量显著增加，脑组织海马区及血清中的炎症因子释放则显著降低，且在水迷宫实验中，行为学表现更佳[25]。刺激迷走神经可通过胆碱能抗炎系统，抑制炎症反应，维持脑功能网络稳态，改善脑胰岛素敏感性，减少细胞凋亡和增加树突棘密度，减轻肥胖IR大鼠的认知能力下降[26]。

随着糖尿病的发病率不断增加，糖尿病周围神经病变（diabetic peripheral neuropathy,DPN）发病率也在逐年增加，且与糖尿病病程密切相关。有研究表明，糖尿病背景下，周围神经处于炎症增强的状态，M1型巨噬细胞聚集，TNF-α和IL-6等促炎因子堆积，是造成周围神经病变的重要因素，同时可较好地预测病变[27]。TNF-α除了直接损伤细胞之外，还可通过激活环加氧酶等酶类造成神经传导速度下降、轴突末梢变性；TNF-α能够刺激单核细胞、内皮细胞分泌IL-6等炎症因子，促进疾病进展[28]。

DPN的核心治疗方案是控制血糖，及神经病变的对症治疗。目前，尚缺乏针对DPN发病机制进行治疗的特效药。有研究发现，TNF-α基因敲除的糖尿病小鼠无神经病变表现；给予未敲除TNF-α基因的糖尿病小鼠可特异性阻断TNF-α的单克隆抗体后，血浆中TNF-α会减少，外周神经的电生理和生化指标等都得到相应的改善[29]。大量研究表明，运动能有效降低2型糖尿病患者的TNF-α、CRP和IL-6等相关炎性介质的分泌[30]。一项临床随机对照研究显示，系统的有氧训练可改善2型糖尿病患者神经传导速度[31]。基于已有研究，揭示抑制炎症相关信号，可抑制糖尿病神经病变的进展。

糖尿病自主神经病变是糖尿病神经系统并发症中的一种，其发病率逐年提高，其临床表现复杂多样，可涉及胃肠道、心血管、泌尿生殖等多个系统。其发病机制除了TNF-α对血管的影响，使得神经的血供受损之外，糖尿病本身的高血糖状态也是神经生长因子合成减少的重要因素之一，使得心脏自主神经轴索发生营养障碍、再生受损[32]。

心率变异性（heart rate variability,HRV）是指窦性心律状态下，逐次心跳周期差异的变化情况。心跳的不规则性由自主神经主导，因此，HRV是可以定量反映交感和迷走神经平衡与协调性的重要指标。研究发现，2型糖尿病患者HRV指标中的全部窦性心搏RR间期的标准差（standard diviation of normal to normal RR intervals,SDNN）、相邻RR间期差的均方根（root mean square difference of successive RR intervals,rMSDD）、低频（low frequency,LF）和高频（high frequency,HF）均低于正常人，表明2型糖尿病患者交感神经活性和迷走神经活性均降低。与正常人相比，近期诊断为糖尿病的患者HRV指标LF、HF明显降低，但又高于长期患有糖尿病的患者[33]。可见，HRV不仅能评价自主神经功能，还可反应患者病情严重程度。

越来越多的研究发现，以不同方法调节迷走神经活性，是调节自主神经功能的有效治疗手段。针刺心脏自主神经病变患者灵台、神道穴后，HRV指标LF、HF升高，LF/HF降低，自主神经活性增强，交感神经与迷走神经功能平衡性提高[34]。长期中等强度的有氧运动或阻力运动均可改善2型糖尿病患者心脏自主神经功能[35]。

4 小结

糖尿病及其并发症对患者生活质量的影响不容小觑，应重视糖尿病患者的各种症状，并积极干预。在治疗上，除控制血糖等基础治疗方法外，应更多从该病症的共同作用机制“炎症”入手，或许迷走神经-胆碱能抗炎通路是治疗糖尿病及其并发症的有效途径，尚需进行大量的基础和临床应用的深度研究。