干預炎癥反應改善糖尿病心肌病的作用研究進展

莊儒麟、周曉慧綜述，范慧敏、劉中民審校

糖尿病是當今危害人類健康的三大疾病之一，預計到2025年全球糖尿病患者將會增加到3億。據統計，糖尿病患者中約65%死于心血管疾病并發癥[1]。糖尿病心肌病作為糖尿病主要的心血管并發癥之一，近年來逐漸受到關注。

1 糖尿病心肌病

糖尿病心肌病是獨立于冠心病、高血壓病、重大心臟瓣膜疾病的以心室功能不全為主要表現的疾病，最初表現為無癥狀的舒張功能障礙，逐漸進展為有癥狀的心力衰竭[2]。1972年，Rubler等[3]首次發現糖尿病患者并發心力衰竭的風險明顯增加。1974年，Hamby等[4]首次提出“糖尿病心肌病”這一概念。隨后的研究證實，糖尿病是一個獨立且強有力的心力衰竭危險因素。糖尿病患者并發心力衰竭的概率是非糖尿病患者的2倍，同時，一旦糖尿病患者并發心力衰竭，死亡風險也增加 3 倍[5]。

2 糖尿病心肌病的病理和生理改變

糖尿病心肌病患者早期主要為射血分數正常的左心室舒張功能障礙，后期在嚴重舒張性心力衰竭的基礎上發展為射血分數降低的收縮功能障礙的心力衰竭[6]，心肌細胞表現為肥大、間質纖維化、細胞凋亡增加以及氧化應激反應加重等病理改變。糖尿病患者均存在心臟增大，尤其是病程較長的糖尿病患者可見明顯的心肌細胞肥大和纖維化[7]。研究發現，糖基化終產物和膠原的沉積，是造成糖尿病晚期心肌順應性下降和心室肥大的主要原因[8]。1型和2型糖尿病各種嚙齒類動物模型也均存在舒張功能不全的特點。在鏈脲佐菌素（STZ）誘導的糖尿病模型中，大鼠和小鼠均出現心室舒張功能損害[9]。在無高血壓的情況下，糖尿病大鼠和小鼠的心臟質量和體重比（HW/BW）增加，心肌細胞肥大，與心肌肥厚相關的基因表達水平明顯上調[10]。

3 糖尿病心肌病的發生機制

研究證實，以下因素與糖尿病心肌病的發生密切相關：（1）系統性代謝紊亂，包括心肌局部葡萄糖轉運體（GLUT4）表達障礙導致的葡萄糖代謝障礙，心肌細胞線粒體功能障礙導致的心肌細胞凋亡增加，脂肪代謝異常導致脂滴顆粒在心肌細胞內的聚積影響心肌細胞舒縮功能等；（2）高胰島素血癥，高水平的胰島素通過結合胰島素樣生長因子-1受體和磷脂酰肌醇3-激酶激酶（PI3K）/絲蘇氨酸蛋白激酶（Akt）-1信號通路促進心肌細胞肥大；（3）腎素-血管緊張素-醛固酮系統（RAAS）的激活，增加心肌細胞氧化損傷、促進心肌細胞和內皮細胞的凋亡和壞死；（4）心臟自主神經病變，表現為心臟β腎上腺能興奮性增強，誘發心肌細胞肥厚、間質纖維化及心肌細胞的凋亡；（5）糖尿病的微血管病變[11]、蛋白激酶C（PKC）的激活、缺氧誘導因子-1的激活等也都參與了糖尿病心肌病的發生和發展[12]；（6）炎癥反應。近年研究發現，炎癥反應與全身的代謝異常以及心肌細胞功能障礙密切相關，因此，炎癥反應在糖尿病心血管病并發癥發生機制中的作用越來越受到重視[13]。

4 慢性炎癥在糖尿病心肌病發生中的作用

在代謝綜合征和2型糖尿病患者中，內臟脂肪細胞分泌細胞因子和趨化因子，導致患者全身慢性、低度炎癥的發生。循環中的細胞因子和趨化因子進一步增加糖尿病患者的胰島素抵抗，并直接導致了糖尿病患者心肌組織中炎癥的發生[14]。高糖和異常的血脂可以通過調節多種信號通路直接誘導心肌細胞中細胞因子、趨化因子和黏附分子分泌增加[15,16]。RAAS激活、晚期糖基化終末產物的沉積和損傷相關模式分子都可以主要通過作用于Toll樣受體介導糖尿病心臟炎癥的發生[17]。白細胞在心肌的浸潤導致炎癥的進一步發展，促進細胞因子和促纖維化因子的分泌，促進活性氧（ROS）的產生。炎癥級聯反應產生的介質依次調節心肌細胞內特定的信號傳導機制，導致心肌細胞肥大、線粒體功能障礙、內質網應激增加、成纖維細胞增殖和膠原的生成[15,17]。

4.1 T淋巴細胞在糖尿病心肌病發生、發展中的作用

T淋巴細胞尤其是CD4+T輔助細胞（Th 細胞），被認為是全身性慢性炎癥的主要參與者[18]。激活的T細胞被認為是缺血性心力衰竭病理重構的重要參與因素[19]。Th細胞亞群平衡的打破，如Th1、Th17細胞的增加，或者調節性T細胞的減少，被認為直接導致包括糖尿病、冠心病在內的慢性炎癥性疾病的發生和發展[16]。此外，慢性心力衰竭的嚴重程度和預后也與Th1/Th2平衡和Th17/Treg平衡的打破緊密相關[20]。

近年研究發現，T淋巴細胞反應與糖尿病心肌病的發生密切相關。研究顯示，糖尿病患者外周血中促炎性T細胞亞群增加，后者與不良心臟事件的發生率增加有明顯的相關性[21]。動物實驗也證實，STZ誘導的1型糖尿病大鼠模型的心肌中存在明顯的T細胞浸潤[22]。給予PKC-θ抑制劑可以保持糖尿病小鼠心肌組織緊密連接的完整性、降低心肌內T細胞浸潤，減少心肌纖維化，并改善糖尿病小鼠的心臟功能[23]。進一步的研究發現，缺氧誘導因子1-α通過誘導T細胞凋亡，減少心肌組織T細胞的浸潤和炎癥因子的釋放與募集，減少膠原沉積，發揮糖尿病心肌的保護作用[24]。青藤堿也可以通過減少CD3陽性細胞的浸潤，降低腫瘤壞死因子（TNF）-α、白細胞介素（IL）-1、IL-6的水平,從而改善糖尿病大鼠的心臟功能[25]。而免疫抑制劑芬戈莫德（FTY720）則可能通過下調成熟T淋巴細胞表面的鞘氨醇-1-磷酸受體1阻止CD4+T細胞的遷移[26]，抑制糖尿病小鼠心肌的纖維化。Rag1敲除的小鼠因體內缺少CD4+T和CD8+T細胞，心臟中無CD3+T細胞的浸潤，在相同條件下飼養后小鼠無心肌纖維化，心肌收縮功能也無明顯改變。這些結果提示，T細胞在糖尿病心肌病的發生中發揮重要作用，抑制T細胞的激活或者遷移或能預防糖尿病心肌病的發生和發展[26]。

4.2 巨噬細胞極化與糖尿病心肌病的發生和發展

近年的研究發現，巨噬細胞的極化和其功能與多種疾病的發生密切相關。在體內外不同的微環境中，巨噬細胞表現出明顯的可塑性和功能差異。M1型即經典活化的巨噬細胞主要促進炎癥反應，而M2型即替代性活化的巨噬細胞則減輕炎癥反應并參與組織修復。

最新的研究顯示，巨噬細胞分泌的一種凝集素糖蛋白Gla3具有趨化效應，可以吸引更多的巨噬細胞聚集，從而引起正反饋循環，導致組織出現持續性的炎癥反應。而且，巨噬細胞分泌的Gla3與胰島素抵抗和葡萄糖不耐受密切相關[27]。這確認了巨噬細胞在糖尿病中的作用。在STZ誘導的糖尿病小鼠模型的心臟組織中，單核巨噬細胞浸潤增加，隨后促炎細胞因子表達水平升高，加劇了免疫炎癥反應，這可能進一步導致了小鼠心臟的心室重構。近年研究發現，骨形態發生蛋白（BMP-7）可以激活浸潤的單核細胞向抗炎作用的M2型巨噬細胞轉化，給予BMP-7增加M2型巨噬細胞的表達，可以減少心肌細胞凋亡，改善糖尿病小鼠的心臟功能[28]。有研究報道，在通過高脂飲食建立的2型糖尿病心肌病小鼠模型中，14-3-3蛋白可以介導巨噬細胞向M2表型極化，從而對小鼠的糖尿病心肌病具有保護作用[29]。

5 干預炎癥反應改善糖尿病心肌病的發生和發展

5.1 抑制相關炎癥信號通路改善糖尿病心肌病的心臟功能

隨著研究者們對炎癥反應在糖尿病心肌病發生和發展中重要作用的認識，最近的研究嘗試使用炎癥相關信號通路的抑制劑來改善心臟功能。在STZ誘導的糖尿病小鼠模型中，給予p38-絲裂原活化蛋白激酶（MAPK）抑制劑（SB 203580）8周后，可以明顯改善小鼠左心室收縮功能和舒張功能障礙，減輕心臟組織中促炎因子的增加。臨床研究顯示，藥物抑制p38-MAPK信號通路可以減輕1型糖尿病的患者心肌組織中TNF-α、IL-6、IL-1β等炎癥相關細胞因子的增加，改善患者明顯的收縮功能障礙[30]。

在STZ誘導的糖尿病模型小鼠心臟中，高糖刺激增加心肌細胞中ROS的水平，后者激活核因子（NF）-κB和活化蛋白-1等轉錄因子進而導致單核細胞趨化蛋白-1、轉化生長因子（TGF）-β1以及纖溶酶原激活抑制物-1（PAI-1）等的升高，從而介導炎癥反應的發生，促進糖尿病心肌病發生和發展[31]。給予雄性db/db小鼠NF-κB抑制劑/抗氧化劑（PDTC）治療20周后，小鼠心臟NF-κB活性得到抑制，TNF-α和IL-6的水平以及氧化應激反應明顯降低，心肌收縮功能得到改善。研究者認為，PDTC的保護作用很有可能與抑制NF-κB通路和清除氧自由基有關[32]。近期報道也證實，青藤堿也可以通過抑制NF-κB的活性，阻斷炎癥細胞因子介導的免疫反應，從而顯著改善糖尿病大鼠的心功能[25]。

5.2 拮抗腎素血管緊張素系統和激肽系統改善糖尿病心肌病的炎癥反應

脂肪組織中持續的腎素-血管緊張素系統（RAS）異常激活是糖尿病炎癥反應起始和持續的重要因素。血管緊張素Ⅱ（AngⅡ）是RAS的主要活性成分，并通過與血管緊張素1受體（AT1R）和血管緊張素2受體（AT2R）結合發揮作用。糖尿病小鼠心肌組織中血管緊張素受體的表達水平較對照組有所升高[33]。STZ誘導的糖尿病小鼠模型中，激活的RAS可促進細胞外基質積聚和心臟重構，造成功能障礙，同時上調的IL-1β和TGF-β可能導致心肌僵硬和纖維化， AT1R拮抗劑可以抑制心臟的炎癥反應、降低基質金屬蛋白酶的活性、抑制心肌細胞凋亡[34]，從而改善糖尿病心肌病的病理改變。提示拮抗RAS可能預防糖尿病心肌病的發生和發展。

激肽釋放酶—激肽系統參與心肌組織重構、炎癥、血管再生等多個重要的病理生理過程。在糖尿病狀態下，高血糖導致具有保護作用的緩激肽受體B2R上調，具有促炎作用的緩激肽受體B1R則通過上調CXCL5、CCL2等趨化因子，導致免疫細胞分泌的細胞因子向心臟遷移，產生炎癥反應，從而導致心肌纖維化的發生、心肌僵硬度的增加，最終導致心臟功能障礙[35]。而抑制激肽系統能否明顯改善糖尿病心肌病的炎癥反應、從而減緩糖尿病心肌病的發生和發展仍有待進一步研究。

6 總結

糖尿病心肌病是一種慢性進展性的疾病，一旦出現心功能障礙，將不可避免地發展為心力衰竭。炎癥反應是糖尿病心肌病發生、發展過程中的關鍵因素，淋巴細胞、炎癥因子和炎癥相關的信號通路都參與其中。因此，控制炎癥的始發因素，調控特定的細胞亞群或者相關的炎癥通路可能預防或者改善糖尿病心肌病的進程和病理過程。然而，不同效應性細胞亞群在糖尿病心肌病發生中的作用及其遷移的機制仍不清楚；拮抗炎癥的起始因素如RAS和激肽系統等能否有效抑制炎癥反應并減輕糖尿病心肌病的病理、生理過程仍有待于進一步的研究。深入探索炎癥反應在糖尿病心肌病發生、發展過程中的作用機制，或能為有效預防和治療糖尿病心肌病提供新的思考和方案。