糖尿病器官缺血再灌注損傷的研究進展

易浩然 王 磊 祝恒成

武漢大學人民醫院泌尿外科，湖北武漢 430060

糖尿病是由環境及遺傳因素共同引起的代謝紊亂性疾病。目前，其較為公認的致病機制為：胰島素抵抗、胰島功能受損等因素導致胰島素分泌的相對或絕對不足，引發機體血糖代謝異常進而引發糖尿病。通常，糖尿病患者血糖長期處于較高水平，并伴有不同程度的代謝紊亂，嚴重者易出現各種并發癥，如心血管疾病、腎病等。器官缺血-再灌注損傷（IRI），是指組織器官缺血一段時間，當重新恢復血流灌注后，細胞結構破壞及功能代謝障礙反而比缺血時更嚴重，器官功能進一步惡化的臨床綜合征。IRI 可以造成急慢性器官功能衰竭，嚴重者甚至可以導致機體死亡。雖然恢復血流是必需的，但再灌注往往會引發局部和全身炎性反應，進而加重缺血損傷。研究表明可能與IRI增加血管滲漏，改變轉錄和細胞死亡程序，驅動組織中的白細胞滯留、炎癥和氧化應激［1］相關。

糖尿病合并缺血-再灌注（IR）會使組織器官損傷更嚴重，如高血糖和胰島素抵抗是誘發腦卒中并促進其惡化的重要因素［2］，心臟IRI 的病死率也更高［3］。近幾年已有不少文獻報道了糖尿病對器官IRI 影響的研究，作者對其中有關重要臟器IRI 的研究作相關綜述。

1 心臟IRI

糖尿病與心血管疾病的發病率和死亡率密切相關。有研究表明，糖尿病患者患缺血性心臟病（IHD）的風險是非糖尿病患者的2～5 倍［4］，且糖尿病患者與非糖尿病患者比較，發生致命性心肌梗死的概率較大［5］。同時，有研究發現［6］糖尿病患者心臟在IR 后功能恢復明顯，較非糖尿病恢復更好，心律失常發生也更少。這些現象表明心臟可能會適應糖尿病引起的改變，從而增加對缺血損傷的耐受性。Murarikova 等［6］用鏈脲佐菌素（STZ）復制糖尿病大鼠模型，在第8 天經過缺血30 min 及40 min 再灌注處理后，結果發現，糖尿病小鼠在IR 后心肌細胞線粒體Mg2+-ATP 酶活性完全恢復，而非糖尿病小鼠線粒體Mg2+-ATP 酶活性下降，糖尿病小鼠心臟缺血時活性氧（ROS）的形成明顯低于非糖尿病心臟，且糖尿病心臟顯示出更高水平的抗氧化酶MnSOD。線粒體在心肌收縮和存活所必需的ATP 生成過程中發揮著關鍵作用，保留線粒體功能可能在糖尿病患者心臟抵抗IRI 的機制中發揮作用。通過線粒體靶向抗氧化劑抑制ROS 的產生，是最有希望的方法。有報道稱［7］，心肌細胞IR 的超氧化狀態可能刺激MPTP 通道開放從而使線粒體受損，而目前實驗研究顯示，環孢霉素A 在再灌注時能阻斷MPTP 開口，進一步的研究也顯示環孢霉素A 對急性心肌梗死的作用是有益的［8］。增加IR 心臟線粒體分裂已被證明有助于ROS 的產生和梗死的發生，而抑制線粒體分裂可減少心肌損傷，可以改善IR 后的心功能［9］。藥物抑制動態蛋白1（Drp1）可有效減少糖尿病心臟的IR損傷［10］。線粒體分裂在IR 后顯著增加，Drp1 向線粒體的易位增強。那么抑制糖尿病心臟Drp1 向線粒體的易位，就可以減少IR 后線粒體的分裂，改善IR 后的線粒體功能和心功能。此外，抑制Drp1 可以降低心肌梗死面積和血清肌鈣蛋白Ⅰ和乳酸脫氫酶活性。所以，抑制Drp1 可能是糖尿病缺血性心肌病的一個潛在的新的治療靶點［10］。

2 肝臟IRI

肝臟IR 是外科常見的病理生理過程，感染、休克、肝臟外傷、肝葉切除及肝移植所致的肝臟功能損害、衰竭可與之有關，肝臟IR 可能導致肝臟組織壞死，細胞凋亡，肝功能下降甚至衰竭［11］。糖尿病患者高糖狀態會增加肝臟對IRI 的敏感性。糖尿病引起肝臟對IR的超炎癥性免疫激活，Yue 等［12］實驗顯示，糖尿病小鼠在IR 后炎癥因子腫瘤壞死因子-α（TNF-α）和白細胞介素-6（IL-6）活性更高，而抗炎因子IL-10 的水平更低，再灌注24 h 后，糖尿病和非糖尿病小鼠的血清炎癥基因表達水平均下降到相似的水平，這提示糖尿病影響組織炎癥的激活，使肝臟在IR 后更容易受到損傷。高血糖加重肝臟的IRI，主要是通過AGERAGE 通路［12］，使KCs 中炎癥性免疫激活過度所致。在糖尿病小鼠模型中，其肝臟中含有更高水平的晚期糖基化終末產物，庫普弗細胞上也表達更多的晚期糖基化終末產物受體（RAGE），IR 使晚期糖基化終末產物釋放入血，從而使庫普弗細胞中炎癥免疫過度激活。從細胞水平上來講，糖尿病小鼠的巨噬細胞對糖基化產物反應更加強烈。體內抑制AGE-RAGE 信號通路，可以降低炎癥免疫激活，并減少糖尿病小鼠的肝臟IRI，研究顯示［13］，用晚期糖基化終末產物受體阻斷劑（sRAGE）可作為一種潛在治療策略，在小鼠全肝缺血模型中，經sRAGE 處理的小鼠7 d 存活率較對照組顯著提高。雖然STZ 復制的糖尿病模型與臨床糖尿病患者有很大不同，但高血糖作為糖尿病的一個共同特征，其會上調巨噬細胞的RAGE 表達并改變其先天免疫應答，這一事實使實驗結果具有臨床相關性［12］。此外，Zeng 等［14］還發現晚期糖基化終末產物在非糖尿病小鼠中發揮的作用相對較小。

進一步研究提示［15］，細胞表面RAGE 能夠被金屬蛋白酶裂解，可以利用新開發的糖基化產物受體拮抗劑肽［16］，以及其siRNA 對細胞糖基化產物受體選擇性的敲除，這些臨床治療方案可以有效地減少肝臟在IR 中的損傷。

3 腎臟IRI

糖尿病腎病是終末期腎功能衰竭的原因之一［17］，糖尿病被認為是放射性造影劑腎病或體外循環后急性腎損傷的危險因素，無論是在臨床還是在實驗模型中［18］，許多文獻報道了糖尿病致急性腎損傷有增加的趨勢。研究顯示［19］，糖尿病大鼠IR 易感性較正常大鼠增加，同樣的在臨床上，糖尿病患者對腎臟IRI 的易感性增加，有更高的發病率和病死率［20］。腎臟缺血會顯著降低細胞內ATP 濃度，引起細胞損傷，再灌注時氧化應激和炎性反應增加，細胞損傷加重［21］，可能與Nrf2/HO-1 信號通路受損有關。

Nrf2 是抗氧化蛋白的主要轉錄調控因子［22］，細胞受損后，激活Nrf2 誘導產生一種抗炎/抗氧化的保護蛋白（HO-1）［23］。Shi 等［24］發現高血糖誘導的氧化應激參與了糖尿病中SIRT1/Nrf2/HO-1 信號通路受損和缺血急性腎損傷的發生。動物實驗證實，STZ 誘導的糖尿病大鼠，用褪黑素可改善腎臟組織病理學評分，減輕凋亡指數，降低了尿素氮（BUN）和尿肌酐（Scr）水平，降低脂質氧化終產物，丙二醛（MDA）。褪黑素通過激活SIRT1/Nrf2/HO-1 通路，減輕糖尿病IRI，說明SIRT1/Nrf2/HO-1 通路可能成為降低糖尿病腎臟IRI氧化應激的新靶點。Shen 等［25］證明，用GSK-3β 的抑制劑TDZD-8 預處理糖尿病小鼠，經過IR 后，預處理組小鼠腎小管細胞壞死、出血、蛋白鑄型和腎小管擴張明顯減少，血清BUN、Scr 水平較對照組低4～6 倍，同時預處理組測得Nrf2、HO-1 和Bcl-2 的表達明顯上升。說明TDZD-8 在糖尿病腎臟IRI 中的腎臟保護作用主要是激活Nrf2/HO-1 信號通路。

還有一些研究顯示［26］，七氟醚通過抑制核因子-κB（NF-κB）和TNF-α 表達阻止糖尿病大鼠腎臟IRI。動物實驗模型中，用七氟醚預處理顯著降低了糖尿病大鼠腎臟IRI后的Cr 和BUN 水平，同時抑制腎小管上皮細胞損傷和凋亡，免疫組化中測得的預處理組IR 后腎臟表達的NF-κB 和TNF-α 較對照組明顯減少。因此，七氟醚可作為降低糖尿病患者腎臟IRI 的潛在治療藥物。

4 腦IRI

我國每年腦卒中患者約3000 萬人，主要為缺血性腦卒中。糖尿病會加重腦血管的脆弱性，是缺血性卒中的重要危險因素。有證據顯示［27］，糖尿病合并卒中的發生率約為14.18%，且糖尿病已被證明會增加腦卒中復發和不良反應的概率［28］，而糖尿病和腦IR 的結合則增加了更嚴重的炎性反應和腦損傷的風險［29］。高遷移率族蛋白B1（HMGB1）是一種存在于真核細胞中調節轉錄的結合蛋白［30］，通過誘導細胞因子的表達，促進炎性損傷，這些炎癥因子已被證實在腦IRI 中起重要作用［31］。HMGB1 是由壞死細胞被動釋放的，通過激活白細胞，從而分泌促炎介質，進一步促進HMGB1 的產生。Wang 等［32］證實，高血糖小 鼠 血 清HMGB1 水平顯著升高，HMGB1 在IR 后表達增強，促進了IL-1β、IL-6 等炎癥因子釋放，與之前Kumar等［33］的研究結果一致。實驗中也驗證了HMGB1 可以破壞血腦屏障的形態、改變其功能，同時實驗還發現在腦損傷后注射抗HMGB1 抗體可以阻斷HMGB1 功能，逆轉HMGB1 對糖尿病小鼠腦IR 的負面影響。因此，注射中和抗HMGB1 抗體可減輕腦損傷，可能是一種治療糖尿病缺血性腦卒中的方法。

NLRP3 炎性小體是一種細胞內的多蛋白復合體，它的主要功能是識別外源性感染的危險信號和各種病原微生物的內部損傷，激活炎性反應和細胞凋亡［34］。Hong 等［35］的研究顯示，當糖尿病小鼠遭受腦IRI 時，這可能與NLRP3 炎癥小體的持續激活有關。MCC950是NLRP3 特異性抑制劑的小分子，抑制NLRP3 及其下游因子的活化。因此，MCC950 可以減輕腦IRI，提高患者生存率。目前認為NLRP3 炎性小體可能成為治療糖尿病患者缺血性腦卒中的潛在藥物靶點。Ward 等［36］的實驗也提示MCC950 有可能成為一種治療藥物，用來防止IR 后糖尿病患者的神經血管重構和認知功能下降。

釩化合物因其在糖尿病患者和糖尿病大鼠體內具有胰島素樣活性而被廣泛研究［37］，Ahmadi-Eslamloo等［38］證明釩化合物顯著降低糖尿病小鼠IR 后的腦梗死面積、血腦屏障破壞和水腫。這些結果被以前的報道證實，由于釩的胰島素樣作用，能改善高血糖狀態，有助于大腦從缺血受損中恢復。盡管如此，但是目前的實驗數據并不能明確釩處理的糖尿病組大鼠（IVTD）急性缺血性腦損傷癥狀的改善和存活率的提高是由于釩的直接胰島素樣活性，還是是高血糖的改善，或者是兩者兼有。

5 其他器官的IRI

截止目前為止，關于糖尿病腸IR 的研究，僅有的文獻［39］顯示DIR 組的20 只小鼠在IR 后腸損傷易損性增加，小腸的損傷更為嚴重，Chiu's 病理損傷評分更高，Parkin 蛋白（E3 泛素連接酶Parkin 以Pink1 依賴的方式轉位到損傷的線粒體中，以泛素化多種線粒體底物介導線粒體碎裂、降解和自噬）表達也進一步增高。雖然證明了隨著腸易損性的增加Parkin 蛋白表達量增加，但是目前沒有明顯證據表明兩者之間的因果關系，需待后期進一步研究。

因為肺臟的血供主要由肺動脈和支氣管動脈雙重血供提供［40］，所以肺缺血的發生率并不高，而且實驗建立肺缺血的模型也較復雜困難，關于糖尿病對肺臟IRI 損傷方面的研究鮮見報道。

6 展望

當前糖尿病器官IR 的研究主要集中在心臟、肝臟、腎臟等重要器官，其他器官僅有少量研究。慢性炎癥已被證明在糖尿病器官IR 中發揮重要作用，但具體分子和細胞機制尚不完全清楚。隨著全世界科學界更深入的研究，在防治糖尿病器官IRI 上將有非常廣闊的臨床應用前景。