痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變中氧化應激與亞硝化應激誘導的神經(jīng)與血管損傷機制的研究進展

初陽 冷錦紅

摘要：痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變（PDPN）的發(fā)病機制復雜，未能緩解的氧化與亞硝化應激會影響內皮功能，直接導致血管舒張障礙，局部血流灌注不足，造成神經(jīng)組織的結構或功能損傷，并影響外周神經(jīng)元和Schwann細胞，導致軸突變性和脫髓鞘病變。筆者對PDPN中氧化與亞硝化應激導致的神經(jīng)與血管損傷的機制進行闡述，為PDPN的診斷與治療提供一定的理論依據(jù)。

關鍵詞：痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變;氧化應激;亞硝化應激

中圖分類號：R255.4文獻標志碼：A文章編號：1007-2349（2019）10-0088-03

糖尿病神經(jīng)病變（diabetic neuropathy）是糖尿病最常見的慢性并發(fā)癥之一，病變可累及中樞神經(jīng)及周圍神經(jīng)，以后者多見。其中痛性糖尿病周圍神經(jīng)病變（Painful diabetic peripheral neuropathy，PDPN）主要發(fā)生于病情控制不良的糖尿病患者，患者主訴泛發(fā)性肢體或軀干疼痛，往往伴發(fā)十分明顯的肌無力癥狀，有些患者呈神經(jīng)病性惡病質[1]。疼痛作為其主要癥狀之一，長久以來影響糖尿病患者生活質量。糖尿病引起的神經(jīng)性疼痛是由于外周傷害性疼痛以及非傷害性神經(jīng)的原發(fā)性功能障礙引起的，其與導致脊髓處理（中樞性疼痛）致敏的神經(jīng)發(fā)生變化相關，從而引起持續(xù)的痛覺過敏和/或異常性疼痛[2]。然而，目前臨床上對于PDPN的治療除嚴格控制血糖及藥物鎮(zhèn)痛外，并無理想治療藥物。

目前認為，糖尿病神經(jīng)病變的發(fā)病與糖代謝異常、脂代謝異常、高凝狀態(tài)、氧化應激、神經(jīng)生長因子與神經(jīng)軸突轉運異常、神經(jīng)纖維營養(yǎng)及保護因素缺乏、低血糖作用、C肽缺乏、青春期發(fā)育因素、自身免疫因素等因素相關，其中氧化與亞硝化應激是引起糖尿病神經(jīng)損害的重要機制之一。在高糖狀態(tài)下，線粒體電子傳遞鏈產(chǎn)生過多的ROS，通過抑制還原型輔酶Ⅱ（NADPH）活性，激活包括蛋白激酶（PKC）旁路、多元醇旁路、己糖胺旁路以及AGEs形成機制[3]，進而促使糖尿病周圍神經(jīng)損害的發(fā)生[4]。ROS還通過改變特異性細胞功能來影響內皮功能，對外周神經(jīng)元和Schwann細胞也有影響，并導致軸突變性和脫髓鞘病變。氧化應激和自由基活性增加，導致受損的內皮NO合成與釋放減少，血管活性因子如一氧化氮（NO）的生成與釋放減少能直接導致血管舒張障礙，局部血流灌注不足，造成神經(jīng)組織的結構或功能損傷[5]。

糖尿病神經(jīng)損害早期表現(xiàn)為神經(jīng)纖維脫髓鞘、軸突變性以及Schwann細胞增生，軸突變性和髓鞘纖維消失，在髓鞘纖維變性的同時有再生神經(jīng)叢，隨著病變的進展，再生神經(jīng)叢密度降低，提示為一種不恰當修復，此種現(xiàn)象尤其在T2DM中常見。微血管病變主要表現(xiàn)為內皮細胞增生肥大、血管壁增厚、管腔變窄、透明變性、毛細血管數(shù)目減少和小血管閉塞。微血管結構異常表現(xiàn)為動脈變細、靜脈擴張、動-靜脈分流和新生血管形成，毛細血管內皮細胞增生、肥大，基底膜增厚，管腔狹窄。有作者用乙酰膽堿離子灌注法證明，NO介導的前臂內皮依賴性血流在糖尿病患者受損，并認為血流受損繼發(fā)于氧化應激和自由基活性增加，后者導致受損的內皮NO合成與釋放減少[5]。

1氧化應激會導致神經(jīng)纖維脫髓鞘、軸突變性及神經(jīng)細胞凋亡在PDPN模型中，高血糖所致的ROS產(chǎn)生及氧化應激水平的升高可直接引起生物膜脂質過氧化、細胞內蛋白及酶變性和DNA損害，最終導致細胞的凋亡[6];ROS還可以活化幾乎所有已知的信號傳導通路，通過改變特異性細胞功能影響內皮功能、外周神經(jīng)元和Schwann細胞，最終導致軸突變性和脫髓鞘改變8。胞質內，機體ROS的升高會導致Jak-STAT信號通路活化[7～8]，使其所編碼的AKT蛋白表達[9]，誘導機體內與Keap1緊密結合的Nrf2磷酸化并入核與抗氧化反應元件（ARE）相結合[10～11]，啟動受ARE調控的SOD、GST pi（GSH在體內的高表達酶）基因的轉錄表達[12]，以緩解神經(jīng)細胞所受的傷害[13]。當ROS產(chǎn)生過多，氧化程度超出氧化物的清除，會使氧化系統(tǒng)和抗氧化系統(tǒng)失衡，從而導致神經(jīng)細胞損傷。

2氧化應激會激活血管內皮炎癥，并引起缺血性血管生成缺陷糖尿病的代謝異常導致大小血管以及心肌的內皮細胞中線粒體超氧化物過量產(chǎn)生。這種增加的超氧化物產(chǎn)生導致并發(fā)癥的發(fā)病機制中涉及的5種主要途徑的激活：多元醇途徑通量，AGEs（晚期糖基化終產(chǎn)物）的形成增加[14]，AGEs及其活化配體的受體表達增加，蛋白激酶C的活化，同種型和己糖胺途徑的過度活性。增加的細胞內活性氧（ROS）導致缺血性血管生成缺陷，激活許多促炎癥途徑，并導致長期表觀遺傳變化，推動血糖正常化后促炎基因的持續(xù)表達。新發(fā)血管對缺血的反應在糖尿病中受損，導致缺血心臟中的側支血管形成減少，例如不愈合的足部潰瘍[15]。

3亞硝化應激會引起血管舒張障礙，血流灌注不足，進一步造成神經(jīng)組織結構與功能損傷除了氧化應激以外，活性氮物質特別是過氧亞硝酸鹽也在糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)展中起重要作用。NO與超氧化物結合形成過氧亞硝酸鹽，其迅速引起蛋白質硝化或亞硝化，脂質過氧化，DNA損傷和細胞死亡，并且對神經(jīng)組織具有直接毒性作用，導致神經(jīng)性疼痛。但筆者發(fā)現(xiàn)血漿ET-1和NO水平升高，而過氧化氫酶和GSH作為細胞內抗氧化劑在糖尿病神經(jīng)病變的情況下降低[16]。血管活性因子如一氧化氮（NO）的生成與釋放減少或功能受損直接導致血管舒張障礙，局部血流灌注不足，造成神經(jīng)組織的結構或功能損傷。由于一氧化氮的過量產(chǎn)生和誘導型一氧化氮合酶（iNOS）的表達增加激化亞硝化應激，NO與超氧陰離子反應并形成過氧亞硝酸鹽（ONOO-），其迅速引起亞硝基化，導致神經(jīng)血流受損神經(jīng)血管功能障礙和神經(jīng)傳導缺陷[17]。

NO是內皮細胞產(chǎn)生的一種脂溶性、具有高反應活性的自由基氣體和調節(jié)血管張力的重要生物信使分子，是由一氧化氮合酶（nitric oxide synthase，NOS）催化左旋精氨酸的氧化反應生成。目前研究比較明確的有3種NOS的同工酶負責催化NO的合成：神經(jīng)型NOS（nNOS）、誘生型 NOS（iNOS）和內皮型NOS（eNOS）[18]。正常狀態(tài)下，由血管內皮細胞分泌釋放的血管收縮因子的內皮素（endothelin，ET）和內皮依賴性舒血管物質NO在體內保持動態(tài)平衡，當血漿NO水平降低時，ET表達和釋放，NO/ET比值顯著降低，二者間動態(tài)失衡，ET引起血管強烈收縮，冠狀動脈血流量明顯下降;NO還能抑制內皮損傷引起的血小板聚集，而且血管內皮細胞產(chǎn)生的NO，通過細胞膜迅速傳遞至血管平滑肌細胞，使平滑肌松弛，動脈血管擴張?？偠灾?，血清NO可促進小動脈平滑肌舒張，加快局部血液循環(huán)，改善局部代謝，延緩PDN的發(fā)生及發(fā)展[19]。

眾所周知，NO擴散到鄰近的神經(jīng)元，在那里它激活可溶性鳥苷酸環(huán)化酶，這又增加了環(huán)磷鳥嘌呤核苷（cGMP）的細胞內含量。有許多證據(jù)表明NO-cGMP途徑是傷害性信息中的重要組成部分。Hervera等表明由nNOS和iNOS觸發(fā)的NO-cGMP-PKG外周途徑的失活增強了CB2受體激動劑的外周作用，并且由神經(jīng)元NOS合成的NO參與神經(jīng)性疼痛期間CB2受體基因轉錄的外周調節(jié)。另一方面，Carney等和瓊斯等表明CB1受體刺激環(huán)狀GMP的產(chǎn)生和NO敏感的鳥苷酸環(huán)化酶的轉運，導致Gi/o蛋白的激活和神經(jīng)元細胞中nNOS活性的增強[20]。在糖尿病神經(jīng)病變中，細胞核中nNOS表達的上調受損。在ZDF大鼠中細胞核中nNOS-NO產(chǎn)生的減少是糖尿病和化學神經(jīng)病變的可能病理生理過程，其涉及ZDF大鼠中感覺功能的改變[21]。雖然糖尿病小鼠的脊髓中內皮型一氧化氮合酶的表達降低，但在這些動物中證實神經(jīng)元和誘導型一氧化氮合酶的脊髓表達增加。Shao-Rui Chen等也認為脊髓一氧化氮可能在神經(jīng)損傷[22]引起的異常性疼痛和痛覺過敏的早期發(fā)展中起作用[23]。研究發(fā)現(xiàn)脊髓NO可以通過NO-cGMP-PKG 通路活化[24]MAPK 級聯(lián)反應參與疼痛信號體內轉導[25];NO還可能通過調節(jié)C-fos、C-myc等具有轉錄因子功能的編碼蛋白表達，進一步調控其它基因的表達，觸發(fā)長時程改變從而介導神經(jīng)病理性疼痛等慢性疼痛的形成與發(fā)展[26]。Vareniuk等清楚地證實STZ誘導的糖尿病小鼠脊髓中NOS1的蛋白質水平增加。此外，在CORM-2和CoPP糖尿病治療小鼠中消除了這種NOS1過表達，揭示了由NOS1合成的一氧化氮可能參與在糖尿病疼痛條件下由釋放一氧化碳的分子HO-1誘導劑化合物產(chǎn)生的抑制作用。我們的結果還表明，在痛性糖尿病神經(jīng)病變期間發(fā)生了一氧化氮和一氧化碳系統(tǒng)之間的相互作用[27]。

4結語

在PDPN病變過程中，嚴重及長期的氧化應激與亞硝化應激會導致：1.活性氧（ROS）的產(chǎn)生及氧化應激水平升高，同時機體抗氧化防御能力下降，可直接引起生物膜脂質過氧化、細胞內蛋白及酶變性和DNA損害，最后導致細胞死亡或凋亡;2.ROS還通過改變特異性細胞功能來影響內皮功能，對外周神經(jīng)元和Schwann細胞也有影響，并導致軸突變性和脫髓鞘病變;3.血管活性因子一氧化氮（NO）的生成與釋放減少或功能受損直接導致血管舒張障礙，局部血流灌注不足，造成神經(jīng)組織的結構或功能損傷;還促進內皮損傷引起的血小板聚集，使平滑肌收縮，動脈血管收縮，減慢局部血液循環(huán)，加速PDPN的發(fā)生及發(fā)展[5]。根據(jù)PDPN發(fā)病機制中氧化應激與亞硝化應激誘導神經(jīng)損害及血管內皮損害的特點，采取相應的干預手段及治療方法，阻斷氧化應激與亞硝化應激的加重，對于預防和治療PDPN以及提高患者的生存率及生活質量有重要意義。

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