高血糖神经毒性研究进展[1]

西部医学 2009年 1o月 第 21卷第 1O期 Med J West China，0ctober 2009，Vo1．21，No．10 - __J ‘j 同 血糖神经毒性研究进展 刘瑶霞 综述 陈 平 审校 (四川省人民医院干部科，四川 成都 610072) 【提要】 糖尿病神经病变发病机制较为复杂，是多因素共同作用的结果。血糖的神经毒作用是其发病机制之一。 本文就高浓度葡萄糖对神经毒性作用机理方面的研究进展进行综述。 【关键词】 糖尿病神经病变； 发病机制； 葡萄糖毒性 【中图分类号】 R 587．2 【文献标识码】 A 【文章编号】 1672—3511(2009)10—1804—03 糖尿病神经病变(diabetic neuropathy，DN)是糖尿病慢性 并发症中常见的类型，其发生发展与高血糖状态及其相关的各 种病理生理改变有关。DN发病机制较为复杂，现认为是多因 素共同作用的结果。目前许多临床研究已证实 DN的病变程 度与血糖控制情况相关，持久的高血糖则可会导致神经的损 伤，即血糖的神经毒作用 ]。现笔者就高浓度葡萄糖对神经毒 性作用机理方 面的研究进展进行综述 。 1 醛糖还原酶 【多元醇通路 )活性增 强 葡萄糖在神经细胞内的代谢通过己糖激酶进行糖酵解，以 及通过醛糖还原酶 (AR)少部 分转换成 山梨醇 。糖 尿病 时，周 围神经细胞内聚集大量葡萄糖，胞内高浓度的葡萄糖使己糖激 酶饱和[13，醛糖还原酶活性增强，形成大量山梨醇，部分山梨醇 通过山梨醇脱 氢酶(SD)转换 为果糖 。但 神经组织 内无 果糖激 酶，果糖不能被代谢。同时山梨醇的膜通透性低，因此，大量山 梨醇和果糖沉积于周围神经。蓄积的山梨醇有直接的神经毒 性作用，蓄积的果糖可促进神经细胞骨架蛋白的糖化，干扰神 经 的轴浆运输 ，引起 神经结构和功能的改变 。同时细胞 内大量 的山梨醇和果糖可导致细胞内液渗透 压增 高，从而引起细胞水 肿、节段性脱髓鞘、轴突变性、坏死。这些变化又以远端感觉神 经病变为主 。研究发现施万 细胞 富含醛糖 还原酶 ，因此 ，山梨 醇过多是高浓度葡萄糖引起施万细胞损伤 ，从而导致神经病变 的重要原 因。 Sina AA很早就已证明持久高血糖使多元醇通路活性增 强。Nakayama等研究发现，在给予醛糖还原酶抑制剂治疗后， 可使尺神经运动传导速度和 F波潜伏期得到改善[2]。但最近 Chalk C等进行循证医学 mata分析提出，糖尿病多发性神经病 变患者中，葡萄糖还原酶抑制剂组与安慰剂组，疗效没有明显 差异啪 。 2 细胞内肌醇 减少 肌醇是合成细胞膜脂质的主要成分，与细胞膜的结构和功 能密切相关。正常情况下，神经组织中肌醇的浓度是血浆肌醇 浓度的 9O～i00倍，这种浓度梯度依靠细胞膜上与 Na+偶联 的高亲和力和特异性载体转运来维持。葡萄糖与肌醇的空间 结构相似，细胞外高浓度的葡萄糖可竞争性地抑制神经组织摄 取肌醇 ；此外 ，细胞 内大量的多元醇(山梨醇)聚积 ，干 扰肌 醇的 正常代谢，也影响神经组织对肌醇的摄取。因此，神经细胞内 肌醇 大量减少甚至耗 竭。肌醇 的磷 酸化 衍生物 二磷酸磷 脂酰 肌醇 (P—IP2)水解产生 1，4，5三磷酸肌醇 和二酯酰甘 油。后者 可以激活细胞膜脂质双分子层中的蛋白激酶C，蛋白激酶 C又 可以激活 Na 一K ATP酶。Na 一K+-ATP酶为维持细胞电 生理功能提供能量。因此，高血糖抑制肌醇的摄取，激活 AR， 导致多元醇聚积，最终使胞内肌醇减少，从而导致二酯酰甘油 减少，Na十。K -ATP酶活性下降，阻滞胞膜的去极化，神经纤 维传 导速度减慢 。同时 Na十_K十_ATP酶活性 降低使 Na 蓄积 可引起可逆性的神经郎飞结 肿胀 ，出现神经节段性 脱髓鞘及轴 索变性等变化。Vinik等在实验性糖尿病大鼠中发现，早期补 充足够的肌醇 ，合用 醛糖还原 酶抑制 剂索 比尼 尔 (sorbinil)，可 改善周围神经纤 维的传 导 速度 。但 在人 类 ，补 充肌 醇并 未 见 DN症状改善 。 3 氧化应激 另一种可以导致葡萄糖神经毒性作用的机制是氧化应激 作用，包括自由基的大量生成，和 自由基的代谢障碍。在线粒 体内，葡萄糖的氧化代谢产物衍生出许多过氧化物，后者在过 氧化物岐化酶作用下生成的过氧化氢，可进一步通过谷胱甘肽 循环被代谢成水。糖尿病时，醛糖还原酶生成山梨醇的通路增 强，消耗大量谷光甘肽循环所需的还原型辅酶Ⅱ(NADPH)，使 还原型谷胱甘肽减少，从而导致谷胱甘肽代谢过氧化氢的能力 减弱，使过氧化氢在细胞内聚积。用醛糖还原酶抑制剂治疗糖 尿病小 鼠，可使其还原／氧化 型谷光甘肽 比例恢复到正常[ 。 在糖尿病患者周围神经内，大量未被代谢的过氧化氢和超 氧化物可以和亚硝酸盐反应，生成过氧化亚硝酸盐。上述三种 氧化物可以使细胞 DNA链断裂，从而导致细胞功能障碍和死 亡【5]。Obrosova已经在施万细胞中观察到了这一现象 ]。实 验证实用促氧化剂处理无糖尿病的小鼠会导致该小鼠出现与 未治疗的糖尿病小鼠类似的神经功能紊乱。同时用抗氧化物 治疗可以阻止或逆转糖尿病小 鼠神经传导速度的减慢和神经 血 流的减少 。 4 蛋 白质糖化 体内的葡萄糖、果糖可与蛋 白质发生非酶促的糖基化作 用 ，生 成糖 基 化终 末 产物 (advanced glycation end products， AGE)。高血糖状态可引起半衰期长的蛋白质普遍糖基化，神 经髓鞘蛋白和微管蛋白糖化显著增加，从而破坏了髓鞘的完整 性 ，还可引起具有神经分泌和轴索传导作用 的微 管系统的结构 与功能变化。同时，对于具有营养神经作用的基质蛋白，非酶 西部医学 2009年 1O月 第21卷第 10期 Med J West China，October 2009，Vo1．21，No．10 促糖基化使其对周围神经纤维的营养作用受到损害。GE的堆 积还可使自由基释放增多 ，并激活单核巨噬细胞产生肿瘤坏死 因子 a(TNFa)、核因子 kappa B[ ]等细胞因子，引发炎症反 应 ，引起神经内膜滋养血管的病变，从而导致神经缺血、缺氧， 促进和加重糖尿病神经病变的发生和发展。许多治疗糖尿病 神经病变的药物 ，都会通过抑制核因子 kappa B的激活，或者 抑制一些能激活核因子 kappa B的细胞因子如肿瘤坏死因子 (TNF)等而发挥治疗作用[8]。 目前认为非酶促糖基化作用与糖尿病神经病变关 系密 切[9]。但因为 目前没有特异的阻碍糖基化反应的分子，因此对 糖基化影响神经系统功能和结构的具体研究尚不多。氨基胍 (Aminoguanidine)曾被用于 阻碍糖基 化反应 ，但 因其有 抑制一 氧化氮合酶和单胺氧化酶的副作用，因而体内研究受限。新型 的糖基化抑制剂 (如维 生素 b6)，也许会 在糖 基 化大 分子 损 害 神经作用方面提供更新，更具体的证据[1 。 5 细胞 内信号传导 改变 在糖尿病小鼠和糖尿病人腓肠神经细胞培养中发现，细胞 外高浓度葡萄糖 ，可以激活 MAP激酶。同时研究发现 MAP 激酶一c_Jun N一末端激酶 (JNK)和 P38可 能被高 糖引起 的一 系 列反应如高渗作用，氧化应激等而激活。用 P38抑制物喂养糖 尿病小 鼠，可以抑制小 鼠背跟 神经 节中 P38的激活和 P38的核 转录[1 ，并可以观察到糖尿病早期的神经功能障碍(感觉神经 传导速度减慢的变化)的发生发展被减慢。研究还发现使用醛 糖还原酶抑 制剂 ，同样 可以抑制 P38的激活 和 P38的核 转录 ， 说明多元醇通路 在 p38的激活和 核转 录中发挥 作用 。在 大脑 中，Nav 1．6是郎飞(氏)结中重要的的 Na 通道，p38激活后 (p38a)可以与 Nav 1．6中的磷 酸丝 氨酸 553相 连而发挥作 用 。 在 Nav1．6转染的细胞株研究中发现，用茴香霉素激活 p38，可 以抑制 Nay1．6电流峰值幅度，因此可以减慢神经髓鞘的传导 速度。这一作用可以被 SB203580(p38抑制物)所抑制当血糖 浓度过高时 ，胚胎感觉神经元胞体中 JNK被激活，合成 p53和 p73等死亡蛋 白 ，导致细胞凋 亡 ，阻碍 p73的表达 ，可 以抑制凋 亡[1 。不过成人中，JNK被激活后合成的 p73，结构不同于胚 胎神经细胞 ，其没有细胞凋亡作用[】 。但 JNK激活后，会导致 神经微丝蛋 白高度磷酸化，从而引起糖尿病神经纤维轴突皱 缩 。 6 “代 谢记 忆”学说 也许 良好的控制血糖有望阻断上述改变，延缓糖尿病患者 神经病变的进展，但是英国前瞻性糖尿病研究(UKPDS)及其 后续研究发现，2型糖尿病患者初诊时血糖的控制情况与远期 并发症的发生、发展显著相关，即使后期对其进行强化、有效的 治疗[“]。由此 ，许多学者认为，糖尿病患者存在“代谢记忆”效 应[15,16]。并提出以下假说：细胞内高血糖诱导线粒体过量产生 超氧化物，随后激活多元醇通路和氨基己糖通路，晚期糖基化 终末 产物(AGE)形成 增 多，蛋 白激 酶 C和 核因 子-TB(NF-TB) 被激活。在高血糖环境中线粒体蛋白糖基化，诱导线粒体产生 过 量超负氧离子 。在这 种情 况下 ，即使高血 糖得 到纠 正 ，糖 化 的线粒体继续产生过量超负氧离子[】 ，从而导致糖尿病神经 病变的继续发展。限制超氧化物的产生可以抑制上述通路也 证实了该假说。同时，体外实验表明，人的脐静脉内皮细胞在 高糖环境中培养 14天后在正常葡萄糖水平下培养 7天，自由 基 和还原 型辅酶 工(Ⅱ)氧化酶 大量 产生 的现象 在正 常葡 萄糖 环境下仍持续[1 。糖尿病 鼠在持续 6个月的较差血糖 控制 (GHbAlc> 12．0 )后才开始 6个月 的良好血糖控制(GH— bAlc在 6．0 左右)，视网膜过氧化亚硝酸盐浓度没有降低，清 除线粒体过氧化物的酶 MnSOD的活性仍然受到抑制[1 。大 量实验证明，高糖的损害作用一旦开始，就会持续 的对神经造 成损害。所以，早期良好的控制血糖显得尤为重要。 7 结语 糖尿病性神经病发病机制的研究已取得了很大进展，目前 备受关注的学说还包括血管、神经营养等学说，免疫、基因等学 说也 日渐受到重视。但仍无一种学说能完全解释糖尿病性神 经病的发生及发展 ，目前研究仍认为糖尿病性神经病的发生、 发展应是多种因素共同作用的结果。高血糖引发的一系列病 理生理过程是糖尿病神经病变的中心环节，因此 目前对糖尿病 神经病变的预防，主要是通过控制血糖，而且是早期 良好的控 制血糖。加强对糖尿病神经病变的发病机理研究，可以为糖尿 病神经病变的治疗提供更多、更有效的途径与方法。 【参考文献】 [1] David R，Tomlinson，Natalie J，et a1．Glucose neurotoxicity[J]． Nature Reviews Neuroscience，2008，9(1)：36—45． [2] Nakayama M，Nakamaru J，Hamada Y，et a1．Aldose reductase inhibition ameliorates pupillary light reflex and F2wave latency inpatients with mild diabetic neuropathy[J]．Diabetes Care，2001， 24(6)：1093-1098． [3] Chalk C，Benstead TJ，Moore F．Aldose reductase inhibitors for the treatment of diabetic polyneuropathy[J]．Cochrane Database Syst Rev，2007 Oct，17(4)：CDO04572． [4] Obrosova IG，Van Huysen C，Fathallah L et a1．An 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