炎症反应在糖尿病加重心肌缺血/再灌注损伤中作用的研究进展

杨天贵，张大庆

0 引言

缺血心肌得到再灌注时会发生一系列损伤性反应，伴随严重心律失常、心力衰竭和无复流，加重心肌损伤，增加心肌梗死面积，导致预后不佳，即缺血/再灌注(Ischemia/reperfusion，I/R)损伤[1-2]。糖尿病是I/R损伤发病机制中最复杂的因素，糖尿病患者发生急性心肌梗死(Acute myocardial infarction，AMI)的风险较普通人群增加2～4倍，冠心病死亡率增加2倍，严重者甚至高达50%[2-3]。尽管AMI的表现和治疗方式不同，糖尿病合并AMI的高死亡率是一致的，在发生AMI的前30 d更明显[3]。糖尿病不仅增加心肌对I/R损伤的易感性，也会降低心肌对心脏保护策略的反应性[3-5]。研究显示，糖尿病合并心肌I/R损伤导致心肌梗死面积约增加50%[6-7]，并且心脏保护策略对糖尿病心肌I/R损伤的保护作用微弱，不能有效减少糖尿病心肌梗死的面积[8-9]，增加了治疗难度，恶化其临床结局。

炎症反应在心肌I/R时表现尤为复杂，轻度炎症反应可以保护机体，促进缺血后心肌细胞功能恢复、血管再生，但是重度炎症反应会对细胞造成严重、不可逆的实质性损害[10]。糖尿病心肌发生I/R时会诱发急性炎症反应，产生和释放各种化学介质和炎症因子，这些化学介质和炎症因子的堆积又会加重炎症反应，加重糖尿病心肌I/R损伤[10-12]。本文对炎症反应在糖尿病加重心肌I/R损伤中的作用机制进行综述。

1 糖尿病增加细胞因子及炎症因子的生成

1.1 糖尿病增加炎性单核巨噬细胞生成 糖尿病合并AMI的显著特征是促炎性单核巨噬细胞数量明显增加，多种促炎性细胞因子释放，炎症反应加重。

首先，研究表明，链脲佐菌素(Streptozotocin，STZ)诱导的糖尿病小鼠心肌I/R后，肿瘤坏死因子α(Tumor necrosis factor，TNF-α)和白介素6(Interleukin-6，IL-6)水平升高，白介素10(IL-10)水平降低[13]，高血糖小鼠心肌I/R损伤过程中，IL-10分泌减少，这与重度炎症反应及心肌I/R损伤有关。高糖刺激会加重缺血缺氧时心肌细胞的趋化因子作用和内皮细胞选择素表达，迅速招募促炎型单核细胞(Ly-6Chi+mid)，通过分泌促炎因子如IL-1、IL-6、IL-8和TNF-α，促进中性粒细胞等白细胞浸润，发挥促炎作用[14]。其次，糖尿病合并I/R会刺激巨噬细胞中CHOP(C/ERB homologous protein)水平。有研究表明，I/R 6 h后，STZ诱导的高血糖小鼠的CHOP水平明显升高。在高血糖巨噬细胞中，CHOP过度激活与信号传导、转录激活蛋白3 (Signal transducer and activator of transcription 3，STAT3)和STAT6激活受到抑制有关，可促进M1型巨噬细胞分化，加重炎症反应。同时，STATs调节巨噬细胞极化，导致糖尿病小鼠表现出M3型巨噬细胞表型抑制，加剧心肌I/R时炎症反应。另外，糖尿病心肌I/R刺激晚期糖基化终产物(AGE)释放到血液中，导致巨噬细胞表达更高水平的AGE受体(RAGE)，RAGE激活心肌细胞免疫系统，加重炎症反应及I/R损伤[15-16]。因此，糖尿病通过促进炎性单核巨噬细胞分化，加重炎症反应及心肌I/R损伤(图1)。

图1 炎症反应在糖尿病加重心肌I/R损伤中的作用机制注：CHOP：C/ERB同源蛋白；DAMP：损伤相关分子模式；NOX：NADPH氧化酶亚型；K-ATP：ATP敏感钾通道；mPTP：线粒体通透性转换孔；STAT：信号转导子和转录激活子；MCP-1：单核细胞趋化蛋白-1；TNF-α：肿瘤坏死因子-α；ROS：活性氧；NF-κB：核因子-κB；IL：白细胞介素；PI3k：磷脂酰肌醇-3激酶

1.2 糖尿病增加白细胞的生成和聚集 心肌I/R损伤不仅与缺血损伤引起的直接细胞损伤有关，还与血流恢复触发的促炎症环境有关。研究表明，糖尿病合并AMI时，导致多种免疫细胞功能缺陷，其中白细胞数量明显增多，增加抗原激发的心肌炎症反应[17]。首先，临床研究表明，高血糖和免疫改变之间的关联会加重炎症反应，暴露于脂多糖后的白细胞会发生肥大及脱颗粒改变，导致活性氧(Reactive oxygen species，ROS)和TNF-α释放增加，加剧糖尿病患者心肌I/R损伤[18]。这可能是由I/R损伤时的实质性炎症反应促进白细胞与内皮细胞过度黏附介导的，因此，与糖尿病相关的高炎症表型可诱导心肌细胞对I/R的免疫反应程度加重，导致心肌组织的实质损害。其次，在缺血损伤的初始阶段，不同事件会触发一个复杂的炎症途径，导致心肌内中性粒细胞积聚，新生中性粒细胞通过释放氧化剂和蛋白酶直接损伤心肌细胞，这些中性粒细胞还参与I/R诱导的后期心肌损伤[19]。另外，中性粒细胞浸润在糖尿病心肌I/R时加剧，加重微循环功能障碍，促进微血栓形成及无复流的发生[18-19]。因此，白细胞特别是中性粒细胞介导的炎症反应在糖尿病加重心肌I/R损伤中起重要作用。

1.3 炎症因子在糖尿病加重心肌I/R损伤中的作用 天然免疫激活和炎症是糖尿病加重心肌I/R损伤机制中的重要因素，各种炎症因子及其通路参与其中。首先，核因子κB(Nuclear factor-κB，NF-κB)参与糖尿病合并I/R时的炎症反应，调节多种炎性细胞因子[单核细胞趋化蛋白(Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1)、IL-1、IL-6、IL-8、TNF-α]，这些炎性细胞因子可激活中性粒细胞和巨噬细胞的促炎性细胞因子，参与糖尿病合并AMI时I/R诱导的心肌损伤。其次，TNF-α等炎症因子刺激会激活c-Jun氨基末端激酶(c-Jun N-terminal kinase，JNK)、Toll样受体4(Toll-like receptor 4，TLR4)等炎症通路，与糖尿病野生型小鼠相比，糖尿病环氧化酶2(Cyclooxygenase 2，COX-2)转基因小鼠中COX-2表达的增加有利于激活Akt，诱导磷酸肌醇3-激酶(PI3K)活性增加[20-22]。因此，对于糖尿病或糖尿病合并I/R，应注意各种炎症因子和炎症通路的重要作用，采用相关策略减轻炎症反应，预防糖尿病I/R损伤。

2 炎症反应加重线粒体功能障碍

线粒体在糖尿病加重I/R损伤的进展中起关键作用。糖尿病合并AMI发生再灌注时，线粒体功能障碍表现为线粒体肿胀、嵴断裂、线粒体膜流动性降低、氧化磷酸化功能受损、ATP生成障碍，导致肌膜及肌浆网膜钙泵功能障碍，造成钙超载，加重I/R损伤[23]。同时，在再灌注过程中，高浓度的细胞内钙和线粒体释放过多ROS,导致mPTP开放，K+可以返回到基质中，消耗线粒体跨膜电位，抑制ATP合成，水通过渗透梯度进入线粒体，导致线粒体膨胀甚至破裂，释放更多的ROS及炎症介质，从而加重炎症反应[24]。另外，糖尿病心肌在I/R时，通过阻断氧化磷酸化抑制脂肪酸分解，导致有毒酸在细胞内积聚，并通过花生四烯酸途径产生炎性代谢物，加重炎症反应，从而加剧糖尿病心肌I/R损伤[25]。因此，在糖尿病合并AMI发生I/R时，线粒体功能障碍产生过多的ROS与心肌炎症反应之间互相促进、影响，导致细胞损伤的恶性循环，加重糖尿病心肌I/R损伤的程度。

3 炎症反应加重微血管功能障碍

心肌I/R损伤与血管表型有关，包括血管通透性增加、内皮细胞炎症、血管舒张和血管收缩因子之间的不平衡以及凝血和补体系统的激活。在糖尿病合并AMI的缺血期，缺氧的内皮细胞由于高糖刺激和较低的环磷酸腺苷水平而通透性增加，促进各种炎症介质的释放，增强炎症反应，加重心肌I/R损伤[26]。其次，在I/R时，心肌组织补体系统被激活，促进白细胞、内皮细胞黏附和血小板、白细胞聚集，进一步加重I/R后的微血管功能障碍，导致中性粒细胞在微血管区介导微循环损伤，使内皮细胞、红细胞或血小板的异型相互作用增强，加重I/R损伤[27]。糖尿病心肌发生I/R时，炎症反应会激活E-选择素并发生极化，激活αMβ2整合素聚集在中性粒细胞表面，诱导循环中红细胞或血小板聚集，从而影响中性粒细胞的黏附行为，导致微血管功能受损，加重心肌I/R损伤[28]。缺血心肌发生再灌注时血管舒张减弱，可导致“无复流”现象，加重心肌I/R损伤程度，而糖尿病又可以加重这一现象。研究显示，在缺血性心肌损伤的糖尿病小鼠模型中，尽管成功开放堵塞的冠状动脉，但I/R诱导微血管功能障碍仍明显加重I/R损伤程度[29]。

4 炎症反应加重内皮细胞功能障碍

胰岛素分泌不足和/或胰岛素抵抗是发生糖尿病两大原因，由此引起的高血糖和高胰岛素血症会引起内皮细胞功能障碍和损伤。由于ROS/过氧亚硝酸盐的产生导致一氧化氮生物利用度降低和生物分子损伤，导致内皮细胞功能受损，释放损伤相关分子模式(Damage associated molecular patterns，DAMP)分子并激活TLR4通路，增强炎症反应，特定的DAMP信号会促进高糖环境下AGEs形成，刺激RAGE、CD36和TLR4受体，增强核因子κB (Nuclear factor-κB，NF-κB)活性，显著促进糖尿病合并I/R的炎症反应程度，加重I/R损伤[30]。另外，糖尿病合并I/R时，C反应蛋白(C-reactive protein，CRP)浓度增加，促进炎症因子的产生和免疫系统细胞的激活，且CRP对内皮细胞有直接的促炎作用，诱导NF-κB和黏附分子的表达，导致促炎细胞因子释放和白细胞黏附的增加，导致内皮细胞功能障碍，加重炎症反应和糖尿病I/R时心肌损伤[31-32]，这种损伤在糖尿病小鼠及糖尿病患者中均得以证实。

5 炎症反应导致抗血小板治疗的低效性

糖尿病导致抗血小板低效性与糖尿病时炎症反应加重有关。阿司匹林在糖尿病环境下预防心血管疾病的有效性目前存疑，糖尿病患者血小板对阿司匹林抵抗的机制尚未完全阐明，目前认为与糖尿病导致的炎症反应加重密不可分[5-7,33]。研究显示，糖尿病合并AMI发生再灌注时，高糖刺激、胰岛素抵抗以及线粒体功能障碍，会加重心肌炎症反应，导致微循环改变障碍，诱导血小板聚集，促进微血栓形成，从而降低抗血小板药物的效果，加重糖尿病合并AMI时的心肌I/R损伤[33]。糖尿病心肌对P2Y12抑制剂存在耐药性，糖尿病环境下的胰岛素抵抗可能通过干扰P2Y12受体导致血小板高反应性，使用氯吡格雷不足以克服糖尿病患者血小板反应性增强的问题，这种不足在糖尿病合并I/R尤为突出。虽然新型抗血小板药物替格瑞洛能够有效抑制糖尿病血小板异常高反应性、降低血液黏稠度、下调AGEs浓度，可部分增强糖尿病抗血小板治疗的效果，但因其TIMI大出血发生率更高，临床中使用受限制。

6 糖尿病合并心肌I/R损伤的药物干预现状

控制炎症反应成为防治糖尿病合并AMI心肌I/R损伤的重要环节，虽然传统的降糖药物或抗炎药物及心脏预处理策略对I/R损伤有一定预防作用，但在糖尿病患者中作用较弱[34]。新型降糖药物可减少糖尿病合并AMI的再住院率及主要不良心血管事件(Major adverse cardiovascular events，MACE)发生率，2020年美国糖尿病协会(ADA)糖尿病诊疗指南推荐，无论糖尿病患者的糖化血红蛋白水平如何，只要伴随动脉硬化疾病，首先考虑应用GLP-1(Glucagon-like peptide-1)受体激动剂和钠-葡萄糖共转运蛋白2(Sodium-glucose cotransporter-2,SGLT2)抑制剂[33]。首先，里程碑式的心血管结局试验(EMPA-REG OUTCOME试验[35]、CANVAS试验[36]和DECLARE-TIMI58试验[37])表明，SGLT2抑制剂可以降低有动脉粥样硬化性心血管疾病(Atherosclerotic cardiovascular disease，ASCVD)风险的糖尿病患者的心血管死亡率和心力衰竭住院率。SGLT2抑制剂可以减小糖尿病动物模型中I/R损伤引起的心肌梗死面积[38]。SGLT2抑制剂心脏保护机制包括促进STAT3磷酸化、减少心肌IL-6分泌和诱导一氧化氮合酶在缺血心肌中的表达，减轻糖尿病心肌的炎症反应。其次，GLP-1或GLP-1类似物可以减小糖尿病及非糖尿病动物模型中心肌梗死面积[39-40]。临床研究显示，GLP-1受体激动剂可以降低糖尿病合并ASCVD患者的心血管死亡率、非致死性再发心肌梗死以及非致死性卒中的发生率，可能机制为GLP-1受体激动剂通过激活GLP受体、蛋白激酶以及一氧化氮合酶磷酸化，激活细胞途径和改变心肌代谢的调节途径，减轻线粒体功能障碍，减少ROS生成，抑制炎症因子的释放和聚集，从而减轻糖尿病心肌的炎症反应，保护心肌细胞内皮功能[41]。

7 结论

炎症反应与糖尿病加重心肌I/R损伤密切相关，降低各种心脏处理策略对糖尿病心肌I/R损伤的有效性，恶化糖尿病患者的预后。针对糖尿病环境下的炎症反应、相关炎症细胞及介质、内皮细胞功能障碍、微循环功能障碍等共同信号分子和效应器的综合治疗方法，可能作为减轻糖尿病心肌I/R损伤的重要策略。仍需进行大量的临床和基础工作来探索炎症反应在糖尿病加重心肌I/R损伤中的作用，以寻求新的治疗方法来减轻糖尿病心肌I/R损伤，改善糖尿病患者的预后。