痛性糖尿病周围神经病变中氧化应激与亚硝化应激诱导的神经与血管损伤机制的研究进展

来源:用户上传      作者:初阳 冷锦红

　　摘要：痛性糖尿病周围神经病变（PDPN）的发病机制复杂，未能缓解的氧化与亚硝化应激会影响内皮功能，直接导致血管舒张障碍，局部血流灌注不足，造成神经组织的结构或功能损伤，并影响外周神经元和Schwann细胞，导致轴突变性和脱髓鞘病变。笔者对PDPN中氧化与亚硝化应激导致的神经与血管损伤的机制进行阐述，为PDPN的诊断与治疗提供一定的理论依据。
　　关键词：痛性糖尿病周围神经病变;氧化应激;亚硝化应激
　　中图分类号：R255.4文献标志码：A文章编号：1007-2349（2019）10-0088-03
　　糖尿病神经病变（diabetic neuropathy）是糖尿病最常见的慢性并发症之一，病变可累及中枢神经及周围神经，以后者多见。其中痛性糖尿病周围神经病变（Painful diabetic peripheral neuropathy，PDPN）主要发生于病情控制不良的糖尿病患者，患者主诉泛发性肢体或躯干疼痛，往往伴发十分明显的肌无力症状，有些患者呈神经病性恶病质[1]。疼痛作为其主要症状之一，长久以来影响糖尿病患者生活质量。糖尿病引起的神经性疼痛是由于外周伤害性疼痛以及非伤害性神经的原发性功能障碍引起的，其与导致脊髓处理（中枢性疼痛）致敏的神经发生变化相关，从而引起持续的痛觉过敏和/或异常性疼痛[2]。然而，目前临床上对于PDPN的治疗除严格控制血糖及药物镇痛外，并无理想治疗药物。
　　目前认为，糖尿病神经病变的发病与糖代谢异常、脂代谢异常、高凝状态、氧化应激、神经生长因子与神经轴突转运异常、神经纤维營养及保护因素缺乏、低血糖作用、C肽缺乏、青春期发育因素、自身免疫因素等因素相关，其中氧化与亚硝化应激是引起糖尿病神经损害的重要机制之一。在高糖状态下，线粒体电子传递链产生过多的ROS，通过抑制还原型辅酶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形成机制[3]，进而促使糖尿病周围神经损害的发生[4]。ROS还通过改变特异性细胞功能来影响内皮功能，对外周神经元和Schwann细胞也有影响，并导致轴突变性和脱髓鞘病变。氧化应激和自由基活性增加，导致受损的内皮NO合成与释放减少，血管活性因子如一氧化氮（NO）的生成与释放减少能直接导致血管舒张障碍，局部血流灌注不足，造成神经组织的结构或功能损伤[5]。
　　糖尿病神经损害早期表现为神经纤维脱髓鞘、轴突变性以及Schwann细胞增生，轴突变性和髓鞘纤维消失，在髓鞘纤维变性的同时有再生神经丛，随着病变的进展，再生神经丛密度降低，提示为一种不恰当修复，此种现象尤其在T2DM中常见。微血管病变主要表现为内皮细胞增生肥大、血管壁增厚、管腔变窄、透明变性、毛细血管数目减少和小血管闭塞。微血管结构异常表现为动脉变细、静脉扩张、动-静脉分流和新生血管形成，毛细血管内皮细胞增生、肥大，基底膜增厚，管腔狭窄。有作者用乙酰胆碱离子灌注法证明，NO介导的前臂内皮依赖性血流在糖尿病患者受损，并认为血流受损继发于氧化应激和自由基活性增加，后者导致受损的内皮NO合成与释放减少[5]。
　　1氧化应激会导致神经纤维脱髓鞘、轴突变性及神经细胞凋亡在PDPN模型中，高血糖所致的ROS产生及氧化应激水平的升高可直接引起生物膜脂质过氧化、细胞内蛋白及酶变性和DNA损害，最终导致细胞的凋亡[6];ROS还可以活化几乎所有已知的信号传导通路，通过改变特异性细胞功能影响内皮功能、外周神经元和Schwann细胞，最终导致轴突变性和脱髓鞘改变8。胞质内，机体ROS的升高会导致Jak-STAT信号通路活化[7～8]，使其所编码的AKT蛋白表达[9]，诱导机体内与Keap1紧密结合的Nrf2磷酸化并入核与抗氧化反应元件（ARE）相结合[10～11]，启动受ARE调控的SOD、GST pi（GSH在体内的高表达酶）基因的转录表达[12]，以缓解神经细胞所受的伤害[13]。当ROS产生过多，氧化程度超出氧化物的清除，会使氧化系统和抗氧化系统失衡，从而导致神经细胞损伤。
　　2氧化应激会激活血管内皮炎症，并引起缺血性血管生成缺陷糖尿病的代谢异常导致大小血管以及心肌的内皮细胞中线粒体超氧化物过量产生。这种增加的超氧化物产生导致并发症的发病机制中涉及的5种主要途径的激活：多元醇途径通量，AGEs（晚期糖基化终产物）的形成增加[14]，AGEs及其活化配体的受体表达增加，蛋白激酶C的活化，同种型和己糖胺途径的过度活性。增加的细胞内活性氧（ROS）导致缺血性血管生成缺陷，激活许多促炎症途径，并导致长期表观遗传变化，推动血糖正常化后促炎基因的持续表达。新发血管对缺血的反应在糖尿病中受损，导致缺血心脏中的侧支血管形成减少，例如不愈合的足部溃疡[15]。
　　3亚硝化应激会引起血管舒张障碍，血流灌注不足，进一步造成神经组织结构与功能损伤除了氧化应激以外，活性氮物质特别是过氧亚硝酸盐也在糖尿病及其并发症的发展中起重要作用。NO与超氧化物结合形成过氧亚硝酸盐，其迅速引起蛋白质硝化或亚硝化，脂质过氧化，DNA损伤和细胞死亡，并且对神经组织具有直接毒性作用，导致神经性疼痛。但笔者发现血浆ET-1和NO水平升高，而过氧化氢酶和GSH作为细胞内抗氧化剂在糖尿病神经病变的情况下降低[16]。血管活性因子如一氧化氮（NO）的生成与释放减少或功能受损直接导致血管舒张障碍，局部血流灌注不足，造成神经组织的结构或功能损伤。由于一氧化氮的过量产生和诱导型一氧化氮合酶（iNOS）的表达增加激化亚硝化应激，NO与超氧阴离子反应并形成过氧亚硝酸盐（ONOO-），其迅速引起亚硝基化，导致神经血流受损神经血管功能障碍和神经传导缺陷[17]。
　　NO是内皮细胞产生的一种脂溶性、具有高反应活性的自由基气体和调节血管张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应生成。目前研究比较明确的有3种NOS的同工酶负责催化NO的合成：神经型NOS（nNOS）、诱生型 NOS（iNOS）和内皮型NOS（eNOS）[18]。正常状态下，由血管内皮细胞分泌释放的血管收缩因子的内皮素（endothelin，ET）和内皮依赖性舒血管物质NO在体内保持动态平衡，当血浆NO水平降低时，ET表达和释放，NO/ET比值显著降低，二者间动态失衡，ET引起血管强烈收缩，冠状动脉血流量明显下降;NO还能抑制内皮损伤引起的血小板聚集，而且血管内皮细胞产生的NO，通过细胞膜迅速传递至血管平滑肌细胞，使平滑肌松弛，动脉血管扩张。总而言之，血清NO可促进小动脉平滑肌舒张，加快局部血液循环，改善局部代谢，延缓PDN的发生及发展[19]。 　　众所周知，NO扩散到邻近的神经元，在那里它激活可溶性鸟苷酸环化酶，这又增加了环磷鸟嘌呤核苷（cGMP）的细胞内含量。有许多证据表明NO-cGMP途径是伤害性信息中的重要组成部分。Hervera等表明由nNOS和iNOS触发的NO-cGMP-PKG外周途径的失活增强了CB2受体激动剂的外周作用，并且由神经元NOS合成的NO参与神经性疼痛期间CB2受体基因转录的外周调节。另一方面，Carney等和琼斯等表明CB1受体刺激环状GMP的产生和NO敏感的鸟苷酸环化酶的转运，导致Gi/o蛋白的激活和神经元细胞中nNOS活性的增强[20]。在糖尿病神经病变中，细胞核中nNOS表达的上调受损。在ZDF大鼠中细胞核中nNOS-NO产生的减少是糖尿病和化学神经病变的可能病理生理过程，其涉及ZDF大鼠中感觉功能的改变[21]。虽然糖尿病小鼠的脊髓中内皮型一氧化氮合酶的表达降低，但在这些动物中证实神经元和诱导型一氧化氮合酶的脊髓表达增加。Shao-Rui Chen等也认为脊髓一氧化氮可能在神经损伤[22]引起的异常性疼痛和痛觉过敏的早期发展中起作用[23]。研究发现脊髓NO可以通过NO-cGMP-PKG 通路活化[24]MAPK 级联反应参与疼痛信号体内转导[25];NO还可能通过调节C-fos、C-myc等具有转录因子功能的编码蛋白表达，进一步调控其它基因的表达，触发长时程改变从而介导神经病理性疼痛等慢性疼痛的形成与发展[26]。Vareniuk等清楚地证实STZ诱导的糖尿病小鼠脊髓中NOS1的蛋白质水平增加。此外，在CORM-2和CoPP糖尿病治疗小鼠中消除了这种NOS1过表达，揭示了由NOS1合成的一氧化氮可能参与在糖尿病疼痛条件下由释放一氧化碳的分子HO-1诱导剂化合物产生的抑制作用。我们的结果还表明，在痛性糖尿病神经病变期间发生了一氧化氮和一氧化碳系统之间的相互作用[27]。
　　4结语
　　在PDPN病变过程中，严重及长期的氧化应激与亚硝化应激会导致：1.活性氧（ROS）的产生及氧化应激水平升高，同时机体抗氧化防御能力下降，可直接引起生物膜脂质过氧化、细胞内蛋白及酶变性和DNA损害，最后导致细胞死亡或凋亡;2.ROS还通过改变特异性细胞功能来影响内皮功能，对外周神经元和Schwann细胞也有影响，并导致轴突变性和脱髓鞘病变;3.血管活性因子一氧化氮（NO）的生成与释放减少或功能受损直接导致血管舒张障碍，局部血流灌注不足，造成神经组织的结构或功能损伤;还促进内皮损伤引起的血小板聚集，使平滑肌收缩，动脉血管收缩，减慢局部血液循环，加速PDPN的发生及发展[5]。根據PDPN发病机制中氧化应激与亚硝化应激诱导神经损害及血管内皮损害的特点，采取相应的干预手段及治疗方法，阻断氧化应激与亚硝化应激的加重，对于预防和治疗PDPN以及提高患者的生存率及生活质量有重要意义。
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