糖尿病心肌病心肌纤维化的机制及治疗研究进展

张洁婷 郭航远 池菊芳

据估计2021 年全球20～79 岁人群中共有5.36 亿糖尿病患者，占全球该年龄段总数的10.5%[1]。糖尿病患者有较高的心力衰竭风险，且可不伴有冠状动脉（下称冠脉）疾病、瓣膜病变等，这种独特的心肌损伤称为糖尿病心肌病（diabetes cardiomyopathy，DCM）[2]。DCM 于1954 年首次被提出，1972 年尸检发现心力衰竭症状的糖尿病患者无冠脉疾病而证实[3]。根据心脏结构和功能障碍程度，分为心肌间质纤维化、左心室机械功能紊乱、左心室舒张功能障碍、左心室肥厚、射血分数保留型心力衰竭、射血分数下降型心力衰竭6 个阶段[4]。

心肌间质纤维化于DCM 第一阶段患者中就已存在。研究者从糖尿病患者的心肌活检中发现间质Ⅰ型和Ⅲ型胶原沉积明显增加，存在证实了心脏组织超微结构间质和血管周围纤维化[5]。心脏成纤维细胞（cardiac fibroblasts，CFs）在各种心血管疾病中引起的纤维化改变，使其转化为活跃的肌成纤维细胞，从而产生大量的细胞外基质（extracellular matrix，ECM）蛋白，ECM 在心脏组织中过度沉积，造成心肌纤维化，最终导致心功能障碍和心力衰竭。本文就糖尿病心肌病心肌纤维化的机制及治疗研究进展作一综述。

1 DCM 心肌纤维化的信号传导机制

心肌纤维化是心肌对多种病理刺激（如高血压、心肌梗死等）的适应性反应，特征是ECM 在心肌间质过度堆积，又称ECM 重塑。DCM 的发病机制往往涉及高糖、肾素-血管紧张素-醛固酮系统（renin-angiotensin-aldosterone system，RAAS）激活增加、游离脂肪酸升高、氧化应激和促炎介质产生等病理生理过程。这些过程通过过氧化物酶体增殖物激活受体（peroxisome proliferator-activated receptor，PPAR）、腺苷5'-单磷酸激活蛋白激酶（adenosine 5'-monophosphate-activated protein kinase，AMPK）、NF-κB、蛋白激酶C（protein kinase C，PKC）、环单磷酸反应元件调节剂（cyclic adenosine 5-monophosphate-responsive element modulator，CREM）和核因子红系相关因子2（nuclear factor erythroid 2-related factor 2，Nrf2）等信号传导蛋白和信号通路的异常使心肌逐渐发生纤维变性。

1.1 PPAR PPAR 转录因子家族通过改变转录水平调节心脏糖脂代谢，该家族由3 种亚型（α、β/δ 和γ）组成。每种亚型的功能取决于配体结合、组织分布、共抑制因子和共激活因子的募集。PPARα 和PPARβ/δ在心脏中的表达水平相对较高，且都能够调节游离脂肪酸代谢[6]。其中，PPARα 在心脏中的表达异常升高被认为是DCM 发展的重要因素，其调节脂肪酸代谢蛋白表达的改变能力与心肌损伤和纤维化有关[7-8]。Wang 等[9]研究发现敲除PPARα 基因后，大鼠血糖、血脂和心肌损伤得到明显的改善。PPARγ 在心脏中的表达相对较低，PPARγ 激动剂增强心肌细胞胰岛素敏感性，改善心肌细胞葡萄糖摄取，因此被用于治疗2 型糖尿病[6]。选择性PPARγ 激动剂吡格列酮最近被证明通过抑制钙离子/钙调素依赖的蛋白激酶Ⅱ途径来改善糖尿病大鼠DCM，这与减少氧化应激和心脏纤维化有关[10]。由此可见，PPARα、PPARγ 是一种可能用于治疗糖尿病心肌纤维化的潜在药物靶点。

1.2 AMPK AMPK 是由一个α 亚基和两个β 和γ 亚基组成的一种丝氨酸/苏氨酸激酶。AMPK 在心脏中表达量较高，主要由α2/β1/β2 亚基执行心肌中与AMPK 有关的功能[11]。在心肌被特异性激活的AMPK可以通过促进ECM、NO、PPARα 和医源性信号转导来抑制心肌肥厚[11]。越来越多的研究证明，抗糖尿病药物抑制心肌纤维化和心室肥厚的作用可以通过激活心脏AMPK 磷酸化来实现。Jia 等[12]的研究结果显示，二甲双胍治疗组和阿托伐他汀治疗组都预防了糖尿病引起的心肌组织炎症、肥大和纤维化，且二者联合治疗在保护心肌组织免受高糖引起的损伤方面效果更优。从机制上讲，联合疗法显著上调了AMPK和沉默信息调节因子1（silent information regulator 1，SIRT1）的表达水平，对心肌组织及细胞的氧化应激及炎性相关蛋白的表达有明显抑制作用。由此可见，联合治疗的抗炎和抗细胞凋亡作用可能与AMPK/SIRT1 信号通路的激活有关。此外，达格列净通过AMPKα 抑制内皮到间充质转化，也可以通过抑制CFs 活化来预防DCM 和心肌纤维化[13]。AMPK 可能延缓DCM 的进展，因此被认为是开发防治DCM 药物的一个非常有前途的靶点。

1.3 NF-κB NF-κB 作为转录因子，在调控促炎症细胞因子、促纤维化基因表达和细胞存活方面都起到关键作用。在糖尿病中，晚期糖基化终产物（advanced glycation end products，AGEs）与多种细胞的AGEs 受体结合，包括内皮细胞、巨噬细胞和平滑肌细胞，从而激活NF-κB 信号通路并导致活性氧（active oxygen，ROS）的产生，内皮型一氧化氮合酶（endothelial nitric oxide synthase，eNOS）解偶联和NO 可用性下降，造成微血管并发症。AGEs 交联ECM 蛋白，ECM 蛋白与纤维化共同造成心肌僵硬[14]。这些不良免疫反应和促炎细胞因子的释放，如肿瘤坏死因子-α（tumor necrosis factor-α，TNF-α）、单核细胞趋化蛋白1（Monocyte chemotactic protein-1，MCP-1）、IL-6 和IL-8，对心肌造成氧化应激，促进心肌重塑和纤维化[15]。趋化因子长期升高形成慢性炎症，CFs 为响应炎症介质的分泌不断纤维化，从而导致心室壁变硬和收缩力下降。

1.4 PKC PKC 是一组丝氨酸-苏氨酸蛋白激酶，由10 种亚型组成，PKC 根据其结构分为3 类：经典（cPKC：α、βⅠ、βⅡ和γ）、新型（nPKC：δ、ε、η 和θ）和非典型（aPKC：ζ、ι/λ）亚型[16-17]。PKC β 已被证明在糖尿病大鼠中被激活，导致自噬功能受损、心脏肥大和纤维化[18]。Karhu 等[17]证明PKC 激 动剂减 少CFs 增殖，降低CFs 中胶原蛋白编码基因的表达，抑制CFs分化为肌成纤维细胞。在高糖环境下，PKC 的激活还促进各种微血管相关细胞的氧化应激反应，包括周细胞、内皮细胞、平滑肌细胞、足细胞等，从而产生的血管功能障碍促进糖尿病微血管并发症[19]。

1.5 CREM CREM 是一种转录因子，参与调控环磷酸腺苷（cyclic adenosine monophosphate，cAMP）信号和心脏毒性相关基因的表达，这些基因可能通过改变心脏蛋白的遗传图谱而导致心脏纤维化。Keller 等[20]发现胰腺β 细胞中miR-375 和CREM 基因的双负反馈环路。miR-375 被激活后抑制CREM 基因表达。如果CREM 活性是由cAMP 信号触发的，那么miR-375 将相应地受到抑制。这种双重调节下miR-375“开启”或CREM“开启”，具体取决于激活输入的相对强度。虽然已有研究证明CREM 具有诱导心肌纤维化的作用，但是可借鉴的此类研究证据仍然不够完善。

1.6 Nrf2 Nrf2 是一种参与细胞氧化应激的转录调节因子，能增加抗氧化蛋白的表达，以应对氧化应激。在高葡萄糖孵育的新生大鼠心肌细胞实验中，精胺通过有效消除活性氧和抑制Nrf2-ROS-p53-MuRF1 轴上调钙敏感受体（calcium-sensing receptor，CaSR）表达，通过恢复细胞葡萄糖摄取能力，减少凋亡标志物表达，降低氧化应激水平，从而达到减弱心肌损伤的作用[21]。就目前的研究来看，关于Nrf2 异常引起的糖尿病心肌纤维化机制具有深入研究的潜力。

2 靶向治疗DCM 的潜在药物治疗策略

2.1 PPAR 激动剂 PPAR 3 种亚型在心脏都有较高的表达水平，且PPAR 在激活糖代谢的同时还能够调节脂代谢，由此可见这是一种治疗DCM 的潜在药物。培马贝特就是新引入的一种PPARα 调节剂，与现有的贝特类PPARα 激动剂相比，这是一种选择性更高的PPARα 激动剂[22]。Das 等[23]进行了一项跨国、双盲、随机、对照试验，试验中分配2型糖尿病、轻度至中高度TG血症（TG：11.1～27.7 mol/L）和HDL-C水平为2.2 mol/L或更低的患者接受培马贝特（0.2 mg片剂，2次/d）、安慰剂。结果显示培马贝特治疗4个月时TG、极低密度脂蛋白胆固醇、残余胆固醇和载脂蛋白CⅢ水平均有不同程度的下降。临床前数据表明，2型糖尿病和高TG血症患者在服用培马贝特52 周内耐受性良好，因此具有更好的效益-风险平衡。

2.2 AMPK 激动 大量的文献已经证明，AMPK 磷酸化有减轻心肌纤维化和心室肥厚作用，且许多降糖药物（如二甲双胍、恩格列净）可使AMPK 激活，有一箭双雕的效果。不仅如此，多种传统草药所含的天然成分也能够通过抑制线粒体呼吸间接激活AMPK，白藜芦醇是其中的研究热点。Movahed 等[24]证明白藜芦醇可以降低1型、2型糖尿病患者FPG和糖化血红蛋白水平，对患者体重也表现出积极影响。值得注意的是，1 型糖尿病患者的肝或肾功能生物标志物没有明显升高，这表明白藜芦醇治疗在1型糖尿病患者中耐受性良好。

2.3 NF-κB 抑制 NF-κB 具有调控促炎症细胞因子、促纤维化基因表达的作用，在DCM 的发生、发展中扮演关键角色。小檗碱有促进胰岛素分泌、缓解胰岛素抵抗的作用[25]。Zhang 等[26]发现服用小檗碱的糖尿病患者糖化血红蛋白明显低于对照组，但是患者表现出较多胃肠道不良反应。Sartore 等[27]添加基于小檗碱、橙皮苷和吡啶甲酸铬的新型营养保健品制剂，发现在服用二甲双胍且血糖补偿欠佳的2 型糖尿病患者中，接收此疗法3 个月可显著改善FPG和糖化血红蛋白水平，并改善脂质过氧化谱，且此疗法中小檗碱剂量较低，患者无明显不良反应。不过此疗法使用的最佳小檗碱剂量不明确，且缺乏长期、大样本量的实验支持。不仅如此，小檗碱可通过NF-κB 信号通路抑制巨噬细胞中脂多糖诱导的炎症反应，而炎症与心肌纤维化有关。

2.4 PKC 抑制剂 糖尿病患者体内的高糖环境引起PKC激活，而PKC 通路活化后引起心脏氧化应激、炎症、纤维化、肥厚等一系列病理反应。2019年由欧洲心脏病学会指南推荐，抗心力衰竭药物对DCM 的患者是有效的。β 受体阻滞剂卡维地洛可以通过抑制PKCβ/p66介导的氧化应激和心肌细胞凋亡来保护心肌免受损伤。Li 等[28]的研究发现卡维地洛通过抑制K+通道从而触发胰岛β 细胞释放胰岛素，降低血糖。由此可见，卡维地洛有望成为治疗DCM 的潜在药物。不过可惜的是，目前缺乏关于卡维地洛治疗DCM的临床研究。

2.5 Nrf2 激动剂 Nrf2 具有促进抗氧化蛋白表达的作用，而心脏Nrf2表达下调使得细胞外信号调节蛋白激酶激活，从而介导氧化应激诱导的胰岛素抵抗和葡萄糖代谢下调。Wang 等[29]研究发现新型口服剂依达拉奉通过激活Nrf2 信号通路减轻氧化应激损伤，减少心肌细胞凋亡，从而改善心肌肥大和纤维化，最终缓解糖尿病心肌舒张功能障碍。已有许多研究证明，依达拉奉对糖尿病的多靶器官损害是有效的，但是临床上一直使用静脉注射治疗，而此研究中使用的口服药物更适合慢性疾病的管理治疗。

3 小结

DCM 的疾病进展过程首先是心肌肥厚和纤维化并伴有心脏舒张功能障碍，随后发展为收缩功能障碍和临床心力衰竭。其中，纤维化是心肌病的最初特征，早在患者DCM一期就已出现。DCM心肌纤维化主要是由于心肌细胞自噬而出现的一种代偿性ECM增多的过程，这一过程主要是通过PPAR、MAPK、NF-κB 通路、PKC、CREM 和Nrf2等信号转导蛋白和信号通路产生及进展。然关于DCM 心肌纤维化发病机制仍有几个问题未得到解释。目前针对相关靶点所研究的新型药物为DCM 的治疗提供了新思路，如培马贝特、白藜芦醇、小檗碱、卡维地洛、依达拉奉等。虽然仍然缺乏可靠的临床数据，但相信DCM 领域将有更多的研究者为新疗法提供更完善的信息。