血清膽紅素與2 型糖尿病并發(fā)癥關系研究進展

喻美玲 徐積兄（通訊作者）

（1 南昌大學醫(yī)學院研究生部 江西 南昌 330038）

（2 高安市人民醫(yī)院 江西 高安 330800）

（3 南昌大學第一附屬醫(yī)院內(nèi)分泌科 江西 南昌 330006）

1.血清膽紅素的代謝及抗氧化作用

1.1 膽紅素的合成、代謝

血清膽紅素主要來源于衰老紅細胞的血紅蛋白[1]。單核吞噬細胞將衰老的紅細胞吞噬后釋放出血紅蛋白，血紅蛋白被分解成血紅素和球蛋白，血紅素在血紅素氧合酶（heme oxygenase，HO）的作用下，將血紅素葉琳環(huán)氧化斷裂，釋放出鐵離子，并形成膽綠素，膽綠素被膽綠素還原酶還原生成膽紅素。正常人由紅細胞破壞生成的膽紅素占總膽紅素的80%～85%，另外15%～20%的膽紅素（即所謂旁路膽紅素）來自含有亞鐵血紅素的非血紅蛋白物質(zhì)及骨髓中無效造血的血紅蛋白[2]。游離膽紅素（indirect bilirubin，IBIL）與血漿白蛋白結(jié)合后，被運載至肝臟。在肝臟中，與膽紅素尿苷二磷酸葡萄糖醛酸作用，形成單葡萄糖醛酸紅素和雙葡萄糖醛酸膽紅素，即結(jié)合膽紅素（direct bilirubin，DBIL）。繼而隨膽汁排泄至腸道，在腸道細菌的作用下，結(jié)合膽紅素大部分被水解而脫下葡萄糖醛酸，然后逐步被還原成尿膽素及尿膽素原。約20%的尿膽原被腸道重吸收，經(jīng)門脈入肝，重新轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)合膽紅素，再隨汁排入腸腔，這就是膽紅素的腸肝循環(huán)，小部分經(jīng)體循環(huán)隨尿排出[3]。

膽紅素合成、代謝過程中，HO 起到非常重要的作用。HO 是血紅素分解代謝的起始酶與限速酶，影響著膽紅素的活性，調(diào)控著機體內(nèi)膽紅素水平。其有HO-1、HO-2、HO-3 等3 種異構(gòu)體，其中HO-1 是機體內(nèi)源性保護系統(tǒng)的組成因子，參與機體應激狀態(tài)下的防御機制。許多刺激因素如發(fā)熱、缺氧、氧化型LDL (ox-LDL)、炎性細胞因子、重金屬、血紅素等均可誘導HO-1 表達增高，因此，HO-1 在應激狀態(tài)下對膽紅素的生成影響更大。

1.2 膽紅素的抗氧化及抗炎特性

1987 年Stocker 等首次提出膽紅素具有抗氧化作用，發(fā)現(xiàn)膽紅素能有效地清除脂質(zhì)體中產(chǎn)生的化學過氧自由基，其抗氧化性甚至超過維生素E。提示膽紅素作為內(nèi)源性抗氧化劑，可能在對抗疾病過程中發(fā)揮有益的作用[4]。1994 年有學者提出低濃度的膽紅素可能增加冠心病的風險，膽紅素逐漸受到廣泛的重視[5]。近年來研究發(fā)現(xiàn)膽紅素是一種四吡咯色素。由于氫鍵的作用，膽紅素分子形成卷曲、不對稱狀態(tài)，使CIO 位上的氫原子易于充分暴露而活化，此為膽紅素具有抗氧化作用的可能原因。膽紅素屬于分子結(jié)構(gòu)中的共軛雙鍵系統(tǒng)，機體內(nèi)氧分壓越低，膽紅素與白蛋白結(jié)合后的抗氧化性越強[6]。同時，膽紅素代謝中HO 起著不可忽視的作用。最近的研究表明誘導HO-1 在各種疾病中起到有益的作用，如動脈粥樣硬化和膿毒癥，這些保護作用主要是由于它的抗氧化、抗炎癥和調(diào)節(jié)微循環(huán)等作用[7，8]。而且，很多研究證實了膽紅素對糖尿病主要并發(fā)癥具有保護作用。

2.血清膽紅素與2 型糖尿病并發(fā)癥的關系

2.1 血清膽紅素與2 型糖尿病大血管并發(fā)癥的關系

冠心病是2 型糖尿病患者致死的主要慢性并發(fā)癥之一。糖尿病是動脈粥樣硬化的危險因素，高血糖狀態(tài)可使機體產(chǎn)生過度的氧化應激，氧化應激可通過活性氧自由基影響內(nèi)皮功能。氧化劑和抗氧化機制之間的平衡對內(nèi)皮功能很重要。脂質(zhì)過氧化是動脈粥樣硬化形成的發(fā)生發(fā)展的重要因素之一，而血清膽紅素可抑制脂質(zhì)的過氧化[9]。動物研究表明，膽紅素可以通過Akt/eNOS（蛋白激酶/內(nèi)皮型一氧化氮合酶）/NO（一氧化氮）級聯(lián)[10]維持NO 生物利用度，逆轉(zhuǎn)糖尿病內(nèi)皮功能障礙。吉爾伯特綜合征（gilbert syndrome，GS）相關研究報道，GS 患者缺血性心臟病（ischemic heart disease，IHD）的患病率為2%，而普通人群患病率為12.1%，表明慢性高膽紅素血癥可通過提高血清的抗氧化能力防止IHD 的發(fā)展[11]。一項橫斷面研究表明血清膽紅素水平降低50%，冠狀動脈疾病（coronary artery disease，CAD）風險增加47%[12]。Wang Jing 等[13]提出血清IBil 水平與2型糖尿病患者發(fā)生冠心病風險的降低相關，這可能為預防糖尿病血管并發(fā)癥提供有用的信息。此外，糖尿病參與左心室重構(gòu)，可導致心臟收縮功能障礙，是心血管事件的不良預后指標。Inoue等一項隊列研究中[14]，膽紅素濃度低的患者發(fā)生左心重構(gòu)的發(fā)生率較高。在臨床中，低濃度血清膽紅素水平常見于穩(wěn)定性心絞痛患者[9]。當出現(xiàn)急性冠脈綜合征或心功能不全時，心肌的缺血缺氧可激活HO，增加HO 的表達，從而使有抗氧化性的血清膽紅素水平一過性升高，起到代償性對抗心肌缺血的作用[9]。

糖尿病同樣是腦梗死的獨立危險因素。葉衛(wèi)豐等一項研究中發(fā)現(xiàn)2型糖尿病合并動脈粥樣硬化性腦梗死患者體內(nèi)比對照組存在更多的過氧化物成分，使具有抗氧化能力的膽紅素水平降低。同時，部分腦梗死患者中可能出現(xiàn)葡萄糖醛酸酶基因改變，從而降低膽紅素的生成[15]。上述結(jié)果提示了血清膽紅素與顱內(nèi)動脈粥樣硬化性狹窄呈負相關，即血清膽紅素含量越低，發(fā)生顱內(nèi)動脈狹窄的風險越大，從而增大罹患腦梗死的風險，血清膽紅素低濃度水平可能是導致腦梗死的危險因素[16]。血清膽紅素屬于脂溶性抗氧化劑，可減弱低密度脂蛋白膽固醇的氧化作用，抑制補體參與動脈炎性反應，保護血管內(nèi)皮細胞[17]。另外，血清膽紅素含量降低可引起血脂升高[18]，進一步加重患者腦動脈血管硬化。因此，正常范圍內(nèi)較高的膽紅素水平是血管并發(fā)癥的保護因素，對血管并發(fā)癥的預防有一定的幫助[19]。

如前所訴，膽紅素抗動脈粥樣硬化的機制可能為：（1）膽紅素可以抑制高血糖誘導的活性氧自由基，抑制脂質(zhì)過氧化，從而保護內(nèi)皮細胞；（2）抑制低密度脂蛋白膽固醇的氧化修飾作用；（3）抑制補體活性；（4）高血糖、應激等因素誘導HO-1表達上調(diào),通過膽紅素抗氧化特性發(fā)揮內(nèi)皮細胞保護作用。

關于膽紅素和糖尿病大血管患者的臨床研究報道較少，若想要進一步明確兩者之間的關系，還需更進一步的研究論證。

2.2 血清膽紅素與2 型糖尿病微血管并發(fā)癥的關系

2.2.1 血清膽紅素與糖尿病腎病的關系 糖尿病腎病（Diabetic nephropathy，DN）是2 型糖尿病的慢性微血管并發(fā)癥，是引起2 型糖尿病致殘、致死的并發(fā)癥之一。來自日本Tenri 研究小組的一項前瞻性臨床研究發(fā)現(xiàn)，2 型糖尿病患者血清膽紅素水平與糖尿病腎病進展有關[20]。另一項觀察研究發(fā)現(xiàn)[21]，在已進展到腎臟病3 期的患者中血清膽紅素水平較低，血清膽紅素濃度對糖尿病腎臟損害的進展可能具有保護作用。Toya 等人[22]對膽紅素與蛋白尿進行單因素和多因素分析表明，在膽紅素水平正常范圍內(nèi)，較高的血清膽紅素水平患者微量蛋白尿發(fā)展為大量蛋白尿的風險較低。中國一項橫斷面研究[23]發(fā)現(xiàn)糖尿病患者的膽紅素濃度（0.80 ～1.90mg/dL）與蛋白尿和DN 的患病率呈負相關，提示膽紅素是中國1 型糖尿病患者DN 發(fā)展的保護因素，并可能為將來研究減緩DN 作用靶點提供方向。DN 的發(fā)生、發(fā)展與血清膽紅素的機制相關較多，Ahn[24]等推測血清膽紅素可以抑制氧化應激和炎癥，從而阻礙DN 的發(fā)展。研究表明[25]，經(jīng)氧化應激誘導的培養(yǎng)的血管內(nèi)皮細胞和系膜細胞中，膽紅素和膽綠素能夠抑制還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶（NOX4）mRNA和蛋白水平的表達增加。Fujii 等[26]研究表明，膽紅素和膽紅素的前體都可以通過抑制煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸依賴的超氧化物的產(chǎn)生來保護DN。此外，膽紅素具有抗炎作用。馬佐尼等[27]表明膽紅素可以抑制腫瘤壞死因子基因抑制內(nèi)皮粘附分子，包括e-選擇素（E-selectin）、血管細胞粘附分子1(VCAM-1)和細胞間粘附分子1(ICAM-1)。e-選擇素可能在白細胞浸潤腎間質(zhì)[28]中起重要作用。而ICAM-1 和VCAM-1 與DN[29]的發(fā)病機制密切相關。

2.2.2 血清膽紅素與糖尿病視網(wǎng)膜的關系 糖尿病視網(wǎng)膜病變（diabetic retinopathy，DR）是糖尿病患者最常見的微血管并發(fā)癥之一，也是糖尿病患者致盲最危險的因素[30]，DR 發(fā)病機制尚未完全闡明，近年研究表明，氧化應激是導致DR 發(fā)生、發(fā)展的關鍵因素之一。高血糖可導致自由基、超氧自由基等活性自由基（reactive oxygen species，ROS）的過度產(chǎn)生。ROS 的積累可導致細胞產(chǎn)生氧化應激反應，致使神經(jīng)節(jié)細胞、視網(wǎng)膜血管內(nèi)皮細胞及周圍組織損傷，最終導致DR[31]。Castilho[32]等通過將視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞暴露于高濃度的葡萄糖、一氧化氮和過氧化氫中，檢測細胞活力和凋亡，測定活ROS 的生成及HO-1 的含量，證實了HO-1 在高糖和氧化/硝基化應激條件下對視網(wǎng)膜內(nèi)皮細胞的潛在保護作用。臨床研究也證實了膽紅素對糖尿病視網(wǎng)膜病變的保護作用，Divya[33]等的橫斷性研究表明血清總膽紅素水平低與DR 風險增加顯著相關。Hassan Aamir[34]等研究結(jié)果同樣提示：血清膽紅素濃度與DR 患病率呈負相關，可預測DR隨時間的發(fā)展。大多數(shù)關于血清膽紅素和DR 的研究只關注總膽紅素，而沒有區(qū)分膽紅素的類型。顯然，需要進一步研究膽紅素亞型與DR 之間的關系。而部分研究得出了不一致的結(jié)論，Liu Miao 等提出血清總膽紅素與DR 發(fā)生率呈U 型關系[35]，較高的總膽紅素水平（超出正常范圍）提示肝細胞損傷，而后者被證明與糖尿病和心血管疾病風險增加有關。

目前關于膽紅素和糖尿病視網(wǎng)膜病變都是一些小樣本、橫斷面研究，需要更多大樣本、前瞻性的研究來證實膽紅素對視網(wǎng)膜保護的作用。

2.3 血清膽紅素與糖尿病周圍神經(jīng)病變的關系

糖尿病周圍神經(jīng)病變（Diabetic peripheral neuropathy，DPN）是導致并發(fā)糖尿病足及無痛性截肢的最常見原因，同時糖尿病周圍神經(jīng)病變治療效果差，病情恢復時間長，甚至難以改善。DPN 的發(fā)病機制非常復雜，氧化應激是發(fā)生發(fā)展的重要因素之一。一項納入728 例中老年2 型糖尿病患者的研究表明[36]：IBIL 在輕度、中度、重度DPN 亞組的表達水平比較分析，差異有統(tǒng)計學意義（P ＜0.05），并且IBIL 隨 DPN 嚴重程度的增加而降低。因此推測血清膽紅素可能通過抗氧化應激保護糖尿病周圍神經(jīng)病變。一項韓國研究觀察了總膽紅素和對稱性多發(fā)性神經(jīng)病變（distal symmetrical polyneuropathy，DSPN）[37]之間的關系。他們發(fā)現(xiàn)，總膽紅素水平與DSPN 存在負相關，而IBIL 未發(fā)現(xiàn)類似結(jié)果。JIN[38]等則對血清膽紅素的所有成分（總膽紅素、間接膽紅素和直接膽紅素）進行了研究，發(fā)現(xiàn)IBIL 水平與DSPN 的存在呈負相關，并且證實了IBIL 是膽紅素中最活躍的抗氧化劑。因此，膽紅素和糖尿病神經(jīng)病變的相關研究可能為糖尿病周圍神經(jīng)病變的防治提供理論基礎。

3.小結(jié)

氧化應激在2 型糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)展過程中起關鍵作用，而血清膽紅素，特別是間接膽紅素具有較強的抗氧化性，國內(nèi)外最新研究表明，血清膽紅素的水平，可在2 型糖尿病并發(fā)癥預測及早期干預中起到重要作用，可以在2 型糖尿病并發(fā)癥預防與治療中提供新的方向及研究目標。在生理范圍內(nèi)，膽紅素對糖尿病并發(fā)癥具有保護作用。但是，關于血清膽紅素在2型糖尿病并發(fā)癥作用仍需大量基礎及臨床研究。