迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發癥中的作用

陳素艷，李森林，常曉彤

1.河北北方學院臨床檢驗診斷學重點實驗室，河北張家口 075000；2.河北省張家口市第一醫院心內科，河北張家口 075000

隨著人們飲食結構和生活方式的改變以及人 口老齡化，2型糖尿病的發病率在全球范圍內持續上升。我國糖尿病患病率的變化趨勢與世界各國相同，且農村地區的患病率增長高于城市。目前，我國糖尿病患者總數約為1.298億[1]。在糖尿病患者中，有并發癥者已達到76.4%，而且糖尿病患者死亡的主要原因也是并發癥的發生[2]。糖尿病并發癥超過上百種，已知血管及神經的病變是糖尿病多種嚴重并發癥的共同病理基礎。雖然糖尿病血管及神經病變的發生、發展與肥胖、炎癥、氧化應激等諸多因素有關，但“炎癥學說”受到了越來越多的關注，控制炎癥可能是治療糖尿病及其并發癥的有效途徑[3]。迷走神經-膽堿能抗炎通路（cholinergic anti-inflammatory pathway,CAP)是一條神經系統對全身炎癥調控的神經-免疫調節通路，與傳統抗炎通路相比，其能更加迅速、直接的發揮抗炎作用，并且能在同一時間抑制多種炎癥介質的釋放[4]。在動物實驗與臨床試驗中，對CAP的效用加以檢驗，結果表明CAP能控制炎癥并有效降低血糖、提高胰島素敏感性，進而減輕糖尿病患者的血管及神經的損傷[5]。本文對迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發癥中的作用進行綜述，以期為基礎和臨床研究提供理論依據。

1 糖尿病并發癥的產生機制

糖尿病的慢性并發癥可遍及全身各重要器官，雖然發病機制極其復雜，但各并發癥的共同病理基礎是血管及神經病變。大量研究表明，2型糖尿病是一種慢性炎癥性疾病。腫瘤壞死因子α（tumor necrosis factor,TNF-α）、C反應蛋（C-reactive protein,CRP）等促炎因子水平的異常升高和白介素10（interleukin10,IL-10）等抗炎因子水平的持續降低與糖尿病血管和神經病變密切相關[6]。

促炎因子在糖尿病血管并發癥中的作用機制主要有：①TNF-α作為炎癥級聯反應的始動因子，能誘發多種炎性細胞的活化、促進多種炎癥因子的釋放；降低內皮細胞中具有抗凝作用的物質的表達水平、增加具有促凝作用的物質的合成；誘導具有收縮血管功能的物質的表達。②CRP作為急性期反應蛋白，在機體發生病理改變時，隨著IL-6、TNF-α等細胞因子的增加，肝臟受到刺激而大量合成CRP。CRP增高可刺激血管內皮細胞產生氧自由基，造成細胞內膜損傷；激活凝血系統和補體系統，導致二者平衡失調，促進血栓形成[7]。

促炎因子在糖尿病神經并發癥中的作用機制主要有：①通過前述機制引起血管病變，進而使神經組織灌注不足；②TNF-α除可以誘導炎性細胞活化、促進炎癥因子釋放外，還可直接對神經膠質細胞產生毒性作用；③CRP可促進廣泛存在于炎癥細胞及周圍神經系統細胞表面的糖基化終末產物受體的表達，糖基化終末產物與其結合后激活細胞內信號傳導通路，最終引起氧化應激和炎性反應[8]。

2 迷走神經-膽堿能抗炎通路

CAP是通過神經反饋來抑制炎癥的“神經—免疫”途徑，主要由迷走神經、脾臟及具有a7亞單位的煙堿型乙酰膽堿受體（nicotinic acetylcholine receptors,a7nAChR)的免疫細胞組成[4]。研究表明，此通路主要通過脾臟發揮抗炎作用，中樞神經系統的膽堿能神經元被炎癥因子激活后釋放乙酰膽堿（acetylcholine,Ach），興奮脾臟交感神經，由脾臟交感神經分泌去甲腎上腺素（norepinephrine,NE)，NE與脾臟內的T細胞結合，使T細胞釋放內源性Ach與脾臟巨噬細胞表面的a7nAChR結合，從而抑制TNF-α、CRP等促炎因子的釋放，但并不抑制IL-10等抗炎因子的表達，從而發揮抗炎作用。此外，Ach與巨噬細胞、單核細胞、淋巴細胞等外周免疫細胞表面的α7nAChR結合后可通過阻斷NF-κB信號通路，以及通過Janus激酶/信號轉導與轉錄激活子3（Janus kinase/signal transducer and activator of transcription 3,JAK-STAT3）通路抑制NF-κB與DNA結合，減少促炎因子合成[9]。膽堿能抗炎通路的結構及發生機制見圖1。

圖1 膽堿能抗炎通路的結構及發生機制

在調控炎癥方面，CAP具有迅速、直接、高效的特點。基礎和臨床研究表明，刺激迷走神經能夠激活膽堿能抗炎通路[10]。除此之外，還可以通過針灸或應用特定的受體激動劑來激活膽堿能抗炎通路。

3 迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病及其并發癥中的作用

3.1 迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病中的作用

大量研究表明，胰島素抵抗（insulin resistance,IR）的發生發展與巨噬細胞、脂肪細胞及TNF-α、IL-6等炎癥因子有關。其中，主要由巨噬細胞分泌的TNF-α，是第一個被發現與IR相關的促炎因子[11]。其相關的機制主要有：①干擾脂肪細胞中酪氨酸激酶的磷酸化，損害胰島素的信號通路，進而誘發脂肪細胞的IR。②活化脂肪細胞中NF-κB等炎癥相關信號通路，促進炎癥因子的轉錄，進而加強對胰島素敏感性的抑制。③抑制脂肪細胞中葡萄糖轉運體4蛋白的表達，進一步抑制胰島素的作用[12]。

CAP的激活可以改善脂肪組織炎癥和IR。在給予小劑量的尼古丁后，肥胖小鼠脂肪組織的炎癥被顯著抑制且對胰島素的敏感性明顯提高；而將a7nAChR基因敲除后，尼古丁改善小鼠脂肪組織炎癥的作用消失，提示尼古丁及特異性的a7nAChR激動劑對肥胖者的慢性炎癥及IR有治療作用[13]。用小檗堿干預治療2型糖尿病大鼠6周后，a7nAchR的蛋白表達升高，炎癥信號轉錄因子NF-κB p65蛋白表達下調，血清炎癥因子水平降低，胰島素傳遞信號通路相關因子的表達升高；而沉默a7nAchR基因后，未出現上述改變。說明小檗堿可能是通過激活a7nAchR依賴的CAP來改善T2DM大鼠的IR狀態[14]。刺激皮耳穴-迷走神經可調節糖耐量受損模型大鼠的空腹血糖和餐后2 h血糖，降低胰高血糖素，提高胰島素敏感性，上調下丘腦、肝臟、骨骼肌中胰島素受體的表達[15]。

3.2 迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病引起的血管病變中的作用

2型糖尿病引起的血管病變主要有大血管病變和微血管病變。大血管病變主要是指動脈粥樣硬化。有研究顯示，血清TNF-α水平在2型糖尿病合并大血管病變患者中顯著高于未合并大血管病變患者，提示與糖尿病有關的炎性標志物TNF-α可能參與糖尿病及大血管并發癥的發生和發展[16]。其機制除了TNF-α對血管內皮細胞的直接損傷作用外，還主要體現在TNF-α可通過誘導趨化因子的產生，使單核細胞趨化蛋白1的表達增加，單核細胞趨化蛋白1能促使單核細胞轉移至內皮下并轉變成巨噬細胞且激活，過量的巨噬細胞吞噬脂質形成大量泡沫細胞進而形成動脈粥樣硬化[17]。有研究表明，在載脂蛋白E基因剔除的小鼠模型中，選擇性a7nAChR激動劑，可以通過降低促炎細胞因子水平，減少動脈粥樣硬化的形成[18]。

2型糖尿病微血管病變的典型改變是微循環障礙和微血管基底膜增厚，主要表現在視網膜、腎、神經和心肌組織。現有多項研究已證實TNF-α水平與微血管病變的發生與發展關系密切。其機制主要有：TNF-α誘導血管內皮細胞粘附分子的表達，促進炎癥細胞的粘附；增加內皮細胞促凝血因子的表達，促進血管內血栓形成[19]。

CAP的激活可抑制和改善微血管病變。有大量研究表明在大鼠急性心肌梗死模型、房顫模型、心衰模型中刺激迷走神經可激活a7nAChR依賴的CAP，減輕心血管炎癥反應[20]。耳迷走神經分布區穴位電針可通過激活CAP來調節2型糖尿病大鼠炎癥因子（TNF-α、CRP等）水平，抑制2型糖尿病微血管損傷并提高胰島素敏感性[6]。

3.3 迷走神經-膽堿能抗炎通路在糖尿病神經病變中的作用

糖尿病神經病變，包括中樞神經、周圍神經及自主神經的病變，此類患者循環血液中，促炎因子增多，如TNF-α、IL-6；循環和局部產生的內皮黏附分子、血管細胞黏附分子-1，也呈增加趨勢[21]。

糖尿病中樞神經病變患者會出現不同程度的認知功能障礙甚至癡呆。另有研究發現，與糖尿病非認知障礙患者相比，糖尿病認知功能障礙患者血清中IL-6和TNF-α的水平顯著升高，表明炎癥反應在糖尿病神經損傷和退行性病變中起重要作用而且很可能參與了糖尿病認知功能障礙的發病[22]。TNF-α、CRP等炎癥因子可加重血腦屏障的損傷，使大量免疫細胞進入大腦，釋放炎癥因子導致中樞炎癥，促進認知功能障礙[23]。

小膠質細胞是中樞神經系統中的常駐免疫細胞，在中樞神經系統的炎癥反應中起重要作用，CAP可通過細胞表面的a7nAChR抑制神經系統的炎癥反應，減少病變損傷[24]。有研究表明，在給予有空間學習記憶障礙的糖尿病大鼠小檗堿后會發現，與未給藥組相比，給藥組小膠質細胞的a7nAChR的表達量顯著增加，腦組織海馬區及血清中的炎癥因子釋放則顯著降低，且在水迷宮實驗中，行為學表現更佳[25]。刺激迷走神經可通過膽堿能抗炎系統，抑制炎癥反應，維持腦功能網絡穩態，改善腦胰島素敏感性，減少細胞凋亡和增加樹突棘密度，減輕肥胖IR大鼠的認知能力下降[26]。

隨著糖尿病的發病率不斷增加，糖尿病周圍神經病變（diabetic peripheral neuropathy,DPN）發病率也在逐年增加，且與糖尿病病程密切相關。有研究表明，糖尿病背景下，周圍神經處于炎癥增強的狀態，M1型巨噬細胞聚集，TNF-α和IL-6等促炎因子堆積，是造成周圍神經病變的重要因素，同時可較好地預測病變[27]。TNF-α除了直接損傷細胞之外，還可通過激活環加氧酶等酶類造成神經傳導速度下降、軸突末梢變性；TNF-α能夠刺激單核細胞、內皮細胞分泌IL-6等炎癥因子，促進疾病進展[28]。

DPN的核心治療方案是控制血糖，及神經病變的對癥治療。目前，尚缺乏針對DPN發病機制進行治療的特效藥。有研究發現，TNF-α基因敲除的糖尿病小鼠無神經病變表現；給予未敲除TNF-α基因的糖尿病小鼠可特異性阻斷TNF-α的單克隆抗體后，血漿中TNF-α會減少，外周神經的電生理和生化指標等都得到相應的改善[29]。大量研究表明，運動能有效降低2型糖尿病患者的TNF-α、CRP和IL-6等相關炎性介質的分泌[30]。一項臨床隨機對照研究顯示，系統的有氧訓練可改善2型糖尿病患者神經傳導速度[31]。基于已有研究，揭示抑制炎癥相關信號，可抑制糖尿病神經病變的進展。

糖尿病自主神經病變是糖尿病神經系統并發癥中的一種，其發病率逐年提高，其臨床表現復雜多樣，可涉及胃腸道、心血管、泌尿生殖等多個系統。其發病機制除了TNF-α對血管的影響，使得神經的血供受損之外，糖尿病本身的高血糖狀態也是神經生長因子合成減少的重要因素之一，使得心臟自主神經軸索發生營養障礙、再生受損[32]。

心率變異性（heart rate variability,HRV）是指竇性心律狀態下，逐次心跳周期差異的變化情況。心跳的不規則性由自主神經主導，因此，HRV是可以定量反映交感和迷走神經平衡與協調性的重要指標。研究發現，2型糖尿病患者HRV指標中的全部竇性心搏RR間期的標準差（standard diviation of normal to normal RR intervals,SDNN）、相鄰RR間期差的均方根（root mean square difference of successive RR intervals,rMSDD）、低頻（low frequency,LF）和高頻（high frequency,HF）均低于正常人，表明2型糖尿病患者交感神經活性和迷走神經活性均降低。與正常人相比，近期診斷為糖尿病的患者HRV指標LF、HF明顯降低，但又高于長期患有糖尿病的患者[33]。可見，HRV不僅能評價自主神經功能，還可反應患者病情嚴重程度。

越來越多的研究發現，以不同方法調節迷走神經活性，是調節自主神經功能的有效治療手段。針刺心臟自主神經病變患者靈臺、神道穴后，HRV指標LF、HF升高，LF/HF降低，自主神經活性增強，交感神經與迷走神經功能平衡性提高[34]。長期中等強度的有氧運動或阻力運動均可改善2型糖尿病患者心臟自主神經功能[35]。

4 小結

糖尿病及其并發癥對患者生活質量的影響不容小覷，應重視糖尿病患者的各種癥狀，并積極干預。在治療上，除控制血糖等基礎治療方法外，應更多從該病癥的共同作用機制“炎癥”入手，或許迷走神經-膽堿能抗炎通路是治療糖尿病及其并發癥的有效途徑，尚需進行大量的基礎和臨床應用的深度研究。