高血糖致动脉粥样硬化的机制研究及进展

谢 俊 郭子宏

【Abstract】 Atherosclerosis is a major disease endangering human health,its damage to the cardiovascular and cerebrovascular can affect the body of various organs,has become a variety of common diseases in the elderly lesions.With the development of clinical and basic research,its mechanism has been a new understanding and great progress has been made in prevention and control,This article will describe the mechanism of hyperglycemia-induced atherosclerosis and new advances in its therapeutic drugs.

【Keywords】 Hyperglycemia, Atherosclerosis, Endothelial cells

糖尿病是人类的主要疾病之一，已成为全球日益严重的健康问题[1]。在欧洲，有5200万人患有糖尿病，到2035年，预计数量将增至6900万[2]。糖尿病性血管并发症包括微血管并发症(如糖尿病性肾病)和大血管并发症(如动脉粥样硬化性心血管疾病)，近期有近200万人的队列研究[3]表明：动脉粥样硬化疾病是糖尿病患者观察到的最常见的并发症，是糖尿病患者致残和死亡的主要原因。

动脉粥样硬化(AS)是动脉硬化的血管病中最常见、最重要的一种，其共同特点是动脉管壁增厚、变硬、失去弹性和管腔缩小。受累动脉的病变从内膜开始，先后有多种病变合并存在，包括局部有脂质和复合糖类积聚、纤维组织增生和钙质沉着形成的斑块，并有动脉中层的逐渐退变，继发性病变尚有斑块内出血、破裂及局部血栓形成。

糖尿病是伴有高血糖症的慢性疾病。高血糖是微血管并发症的主要危险因素，但其在动脉粥样硬化中的作用仍在讨论中。有研究[4]发现在糖尿病患者中，血红蛋白A1c(HbA1c)水平升高1%，心血管事件增加31%，高血糖本身是1型糖尿病和2型糖尿病患者心血管疾病的独立危险因素。血糖水平升高与颈动脉内膜中层厚度存在因果关联，成为亚临床动脉粥样硬化的替代指标。颈动脉斑块患病率与非糖尿病患者和糖尿病患者的空腹血浆葡萄糖水平，葡萄糖波动或HbA1c相关[5]。在ARIC研究中[6]，颈动脉僵硬指数随空腹血浆葡萄糖、胰岛素和HbA1c升高，早期强化血糖控制可降低心血管事件。

高血糖与血脂异常在动脉粥样硬化形成中的相对作用难以分离。例如，血脂异常可以由高血糖加重。同时，高血糖可能对动脉粥样硬化有独立影响。动物实验研究发现，在同样高脂饮食喂养下糖尿病猪比非糖尿病猪更快地发生动脉粥样硬化。在实验动物中通过单次或多次腹膜内注射链脲霉素诱发高血糖症。链脲霉素是对胰腺β细胞有选择毒性的DNA-烷化剂，导致严重的胰岛素减少症。许多研究表明，链脲霉素诱导的高血糖不伴脂质或脂蛋白异常，可以促进ApoE-/-小鼠发生动脉粥样硬化[7]。有关高血糖与动脉粥样硬化的机制方面的研究相对较少,本文就高血糖与动脉粥样硬化机制的研究进展及最新治疗做一综述。

1.发病机制

1.1 活性氧(ROS) 内皮细胞参与了动脉粥样硬化斑块的形成，在调节血管通透性、炎症和血栓形成的过程中起着核心作用。近几年侧重于高血糖影响内皮细胞功能促进斑块形成的机制研究，内皮细胞功能障碍诱导的动脉粥样硬化主要通过增强ROS的产生而引发。葡萄糖升高的早期可能增加潜在保护途径，但长时间高血糖会导致ROS的形成，即使在葡萄糖控制后也可能是有害的。高血糖促进ROS的形成，其与脱氧核糖核酸和蛋白质相互作用，引起细胞损伤，特别是靶向线粒体DNA。对人类视网膜内皮细胞(ECs)的研究表明，高血糖诱导的ROS过度产生对线粒体DNA损伤非常早。

1.2 NF-κB 核转录因子是一类蛋白质，它们具有和某些基因上启动子区的固定核苷酸序列结合而启动基因转录的功能。NF-κB是其中一员，也是一类重要的转录激活因子，广泛存在于各种真核细胞中。NF-κB通常在细胞溶质中与IkB结合，这种结合阻止其运动进入细胞核。氧化应激可诱导磷酸化的IkB泛素化和随后的蛋白酶体降解，特别是在与高血糖相关的氧化应激的条件下。IkB的降解导致NF-κB二聚体的核定位信号暴露，导致其随后转移到细胞核诱导促炎细胞因子的转录，而转录的促炎细胞因子在不稳定性斑块的进展中起着关键作用。血管平滑肌细胞(Vascular smooth muscle cells，VSMC)是各种心血管疾病的重要病理过程，包括动脉粥样硬化，再狭窄和高血压。VSMC表型从分化到去分化状态的特征是低水平的收缩基因表达增强其分泌和增殖，触发动脉粥样硬化的起始和进展的主要病理生理学过程，高血糖可增强VSMC的增殖，这是动脉粥样硬化发病的关键步骤。增加葡萄糖浓度可以激活NF-κB，这是调节VSMC，ECs和巨噬细胞中多种促炎和促动脉粥样硬化靶基因的关键介质。

1.3 晚期糖基化终产物(AGEs) AGEs是在非酶促条件下还原糖的醛基与蛋白质氨基之间发生不可逆反应生成的一组稳定的终末产物。AGE能够结合特异性或非特异性受体如AGE-R1，AGE-R2，AGE-R3和AGE-RAGE。AGE-RAGE复合物不仅改变了蛋白质的结构和功能，而且激活了一些细胞间信号通路，如蛋白激酶C或NF-κB。Schleicher和Friess[8]报道，在几个血管细胞中AGE-RAGE结合产生ROS并引发炎性细胞因子的分泌。全身性炎症可能有助于内皮功能障碍，VSMC增殖，胶原和弹性蛋白降解增加，加速动脉粥样硬化。高血糖导致血管中AGEs的积累量增加，其诱导平滑肌细胞增生，内膜增厚以及血管的硬度增加。

1.4 细胞内黏附分子(ICAM-1)与内皮黏附蛋白(VCAM-1) 早期动脉粥样硬化的形成是在局部内皮功能障碍的诱导下，最终导致脂蛋白沉积和单核细胞聚集。这种功能障碍的内皮细胞的渗透性增加可促进促炎细胞黏附分子(例如ICAM-1，VCAM-1)的表达以介导单核细胞聚集。虽然VCAM-1和ICAM-1都在动脉粥样硬化病变中上调，但VCAM-1与早期动脉粥样硬化有关。AGE-RAGE复合物通过增强VCAM-1在内皮细胞上的表达诱导动脉粥样硬化。此外，VCAM-1促进单核细胞对内皮细胞的黏附，在下一阶段，单核细胞分化为内膜巨噬细胞，其通过脂质摄取转化为泡沫细胞。ICAM-1增强单核细胞聚集是动脉粥样硬化斑块的潜在增长模式。ICAM-1在内皮细胞上的表达是循环白细胞聚集浸润引起一定部位组织损伤和炎症反应的关键，有研究发现抑制ICAM-1的表达可减少AS形成过程中炎症细胞的聚集及其炎症细胞与内皮细胞的黏附，延缓动脉粥样硬化的进程，长期暴露于高血糖引起的ICAM-1增加可能与晚期动脉粥样硬化有关。

1.5 单核细胞趋化蛋白(MCP-1) AS是一种炎性疾病，促炎症趋化因子如MCP-1的上调触发单核细胞向血管壁内皮的巨噬细胞迁移和活化，能够摄取致动脉粥样硬化的成熟巨噬细胞反过来又促进斑块进化。MCP-1通过促进外周血单核细胞黏附、趋化并迁移到内皮下,吞噬脂质转化为泡沫细胞,促进VSMC增生等来参与动脉粥样硬化的发生、发展。高血糖能刺激成纤维细胞、内皮细胞等合成和分泌MCP-1。李艳波等[9]用高糖培养人脐静脉内皮细胞,加入葡萄糖25mmol/L后,孵育72小时,MCP-1表达增加，且高血糖可通过激活细胞NF-κB,进而影响MCP-1的表达。Lee等[10]用等量等浓度的葡萄糖和甘露醇分别培养腹膜内皮细胞7天,经印迹法和酶联免疫吸附检测到葡萄糖培养使MCP-1mRNA表达水平和MCP-1蛋白水平明显升高,而同浓度的甘露醇没有类似现象。

1.6 醛糖还原酶(AR) AR是多元醇途径的限速酶，随着血糖浓度的升高，血糖的增加量可能被分流到多元醇途径中，导致NADPH消耗增加。研究表明，人类斑块巨噬细胞的一个亚型表达AR，并且其表达由高脂血症和高血糖协同诱导。Christian[11]发现AR在M1巨噬细胞中表达，而在M2巨噬细胞中的表达相当低，且AR差异表达取决于高血糖，随着血糖水平的增加，AR表达只在M1中增加，巨噬细胞的病理生理学被认为与人类动脉粥样硬化的异质性明显相关。

1.7 血小板 血小板是血栓形成，血管闭塞和心肌梗死的关键因素。富含血小板的血栓被夹在纤维蛋白紧密网络中，代表动脉粥样硬化血栓形成的最后一步。葡萄糖进入血小板不依赖于胰岛素，因此细胞内葡萄糖浓度反映细胞外葡萄糖水平。HbA1c水平和可溶性P-选择蛋白与血小板激活增加呈正相关，并且在抗血小板治疗期间证实高血糖患者血小板聚集增加。有研究[12]表明高血糖可能影响血小板转移，改善血糖控制可能是减少血小板聚集以改善结果的一种方式。荟萃分析显示糖尿病患者降低葡萄糖水平对冠状动脉事件有积极作用。ACCORD研究[13]显示：与标准治疗相比，接受强化血糖控制的糖尿病患者发生心肌梗死风险减少。

1.8 骨形态发生蛋白(BMP) 转化生长因子β超家族的BMP成员是在胚胎发育，血管生成和软骨形成中具有不同关键作用的细胞因子。BMP在动脉壁中作为致动脉粥样硬化介质。BMP2，BMP4和BMP6在动脉粥样硬化病变中上调，表明它们有助于斑块形成。最近，在高血糖和糖尿病状态下表达的BMP已被证明可以触发ROS的过度产生，反过来又引发内皮细胞功能障碍和细胞凋亡。高血糖还显著增强人脐静脉内皮细胞(HUVECs)中细胞内ROS的形成，与随后的细胞凋亡相关。暴露于高血糖显著增加糖尿病小鼠主动脉和内皮细胞中BMP4的表达。目前的工作[14]也可能表明在高血糖条件下HUVEC中BMP2的作用类似于BMP4。虽然BMP2和BMP4表现出高水平的序列相似性并且可能作用于相同的受体，但实际上两种细胞因子的生物学作用可能不同。Kim等人[14]报道，在AS病变中，BMP2和BMP4的表达水平升高。BMP2和BMP4可能在与高血糖相关的血管粥样硬化中起独特作用,BMP4优先在内皮细胞中表达，BMP2均在内皮中表达并分泌到生长培养基中。

1.9 血管黏附蛋白-1(VAP-1) VAP-1是一种黏附分子，涉及白细胞滚动，黏附和迁移进入炎症部位，这对于AS的发病机制很重要。VAP-1是跨膜分子，但在血浆中也呈现为可溶形式(sVAP-1)，因此，血浆sVAP-1可能是AS新型生物标志物。与sVAP-1相关的心血管危险因素包括葡萄糖、血脂和吸烟。早期研究表明单独的高血糖可以上调小鼠sVAP-1的浓度，Jin发现[15]sVAP-1浓度与空腹血浆葡萄糖和HbA1c呈正相关，与正常血糖受试者相比，是高血糖患者颈动脉斑块的独立危险因素。因此，葡萄糖水平可能不影响正常血糖受试者的sVAP-1浓度，但会刺激高血糖受试者的sVAP-1增加达到足够的高浓度，导致血管并发症。

2.治疗进展

过去动脉粥样硬化的治疗以降脂、抗血栓形成药物为主，随着动脉粥样硬化机制研究的深入，其治疗方法也在不断进展。

2.1 AGE抑制剂 目前开始研究使用天然化合物抑制AGEs。姜黄素是一种姜酚类化合物，存在于姜黄中，广泛应用于中国和印度传统医学的糖尿病相关疾病。姜黄素已被证明能够抑制动脉粥样硬化和高脂血症[16]。体内研究显示姜黄对葡萄糖代谢的几个有益效果，包括防止自由基和HbA1c的形成，保护非酶抗氧化剂，破坏胶原蛋白交联，预防脂质过氧化和AGE-胶原蛋白积聚。

2.2 黄酮类化合物 芦丁是黄酮类家族的成员，迄今为止，已经有超过2000种类黄酮。它们能抑制动脉粥样硬化、炎症和氧化应激[17]。有研究表明[18]，间歇性高血糖导致VSMC的增殖。有丝分裂原激活蛋白激酶(MAPK)在细胞生长，分化和凋亡中具有重要作用。其中，新发现的MAPK家族成员BMK1已被发现与细胞迁移相关。芦丁通过抑制MAPK，NF-κB和BMK1的磷酸化来抑制VSMC的增殖和迁移。此外，黄酮类化合物对AS可能存在剂量依赖性保护作用。

2.3 Ang 1-7 目前的科学观点认为，AS是一种炎性疾病。由白细胞在血管中募集和迁移介导，然后白细胞内皮细胞相互作用和白细胞浸润到内皮下引起病变起始，而平滑肌细胞迁移和纤维组织增殖促进动脉粥样硬化斑块发育。

为了评估Ang 1-7对体外糖尿病诱导的白细胞募集的潜在保护作用，Booth等[19]建立了HUVEC维持在高葡萄糖条件下的细胞培养实验表明：高血糖是白细胞与内皮细胞黏附的有效启动子，这可能是由于黏附分子的上调。Fleur[20]首次显示Ang 1-7在体外显著降低高血糖诱导的黏附分子的内皮表达以及白细胞对它们的黏附。并且Ang1-7的作用是通过与代谢产物受体的结合来介导的，如代谢产物受体拮抗剂A779，逆转Ang 1-7的保护性抗炎作用。最近的研究[21]表明Ang 1-7对白细胞黏附的抗炎作用机制可能涉及抑制p38 MAPK和NF-κB通路。众所周知，两种途径促进黏附分子的表达，p38 MAPK抑制剂控制动脉粥样硬化事件二级预防炎症的能力是目前正在进行的临床试验的目标[22]。

2.4 三价铬(Cr3+) Cr3+是一种长期备受赞赏的矿物质营养物质，其对血糖和心血管有益。最近报道[23]，Cr3+下调了一种促动脉粥样硬化的蛋白-血小板反应蛋白-1(TSP-1)的表达，并减弱了在葡萄糖刺激的人主动脉平滑肌细胞(HASMC)中抗增殖作用的ROS的形成，这些数据表明Cr3+可调节高血糖条件下VSMC异常功能。CPMV纳米粒子靶向动脉粥样硬化病变，目前的研究[24]提供了第一个细胞证据表明CrCl3负载的CPMV纳米粒子在高血糖条件下在VSMC中的重要抗动脉粥样硬化作用。用原代HASMC实验表明CPMV-Cr显著减弱高葡萄糖诱导的HASMC增殖，特别是在葡萄糖刺激的细胞中，与CPMV-Cr孵育后HASMC增殖被抑制了76%。

3.结语

由此可见，高血糖导致动脉粥样硬化与多种因素有关。随着对动脉粥样硬化发病机制的深入研究，对其治疗也提供了新方向及思路。近年来，天然植物提取的化合物备受青睐，相信随着临床与基础研究的不断进步,防治动脉粥样硬化的方法也会越来越多,我们终将消除动脉粥样硬化对人类健康的巨大威胁。

参 考文献

1 AMERICAN DIABETES ASSOCIATION.Diagnosis and classification of diabetes mellitus[J].Diabetes Care,2014,37(Suppl 1): S81-S90.

2 IDF Diabetes Atlas,sixth edition.The International Diabetes Federation.Availableat:http://www.idf.org/sites/default/files/DA-regionalfactsheets,2014-FINAL.

3 SHAH A D,LANGENBERG C,RAPSOMANIKI E,et al.Type 2 diabetes and incidence of cardiovascular diseases:a cohort study in 1[Z],2015: 105-113.

4 Diabetes C,Complications Trial/Epidemiology of Diabetes I.Complications Research G Risk factors for cardiovascular disease in Type 1 diabetes.Diabetes.2016;65:1370-1379.

5 Verdoia,M.; Schaffer,A.; Cassetti,E.; Barbieri,L.; Di Ruocco,M.V.; Perrone-Filardi,P.; Marino,P.; de Luca,G.;On behalf of the Novara Atherosclerosis Study Group.Glycosylated hemoglobin and coronary artery disease in patients without diabetes mellitus.Am.J.Prev.Med.2014,47,9-16.

6 Rubin,J.; Nambi,V.; Chambless,L.E.; Steffes,M.W.; Juraschek,S.P.; Coresh,J.; Sharrett,A.R.; Selvin,E.Hyperglycemia and arterial stiffness: The atherosclerosis risk in communities study.Atherosclerosis 2012,225,246-252.

7 Veerman KJ,Venegas-Pino D,Khan MI,Shi Y,Gerstein HC,Werstuck GH: Hyperglycaemia is associated with impaired vasa vasorum neovascularisation and accelerated atherosclerosis in apolipoprotein-E deficient mice.Atherosclerosis 2013,227:250e258

8 Schleicher E,Friess U.Oxidative stress,AGE,and atherosclerosis.Kidney Int Suppl 2007; 72: S17-S26

9 李艳波，邓华聪，郑丹，等.P38信号通路对人脐静脉内皮细胞单核细胞趋化蛋白-1表达的影响[J].中华糖尿病杂志，2004，12(4)：287-289.

10 LeeSK,KIM B S,YangWS,et al.Hightglucose inducesMCP-1 expression partly viatyrosine kinase-AP-1 pathway inperitoneal mesothelial cells[J].Kidney Int,2001,60(1): 55-64.

11 Christian Erbel,Gregor Rupp,et al.Differential regulation of aldose reductase expression during macrophage polarization depends on hyperglycemia,Innate Immunity 2016,Vol.22(3) 230-23

12 VERDOIA M S A,NOVARA A S,et al.Diabetes,glucose control and mean platelet volume:a single-centre cohort study[J].Diabetes Res Clin Pract,2014,104(2): 288-294.

13 GERSTEIN HC M M,ACCORD STUDY GROUP.Effects of intensive glycaemic control on ischaemic heart disease:analysis of data from the andomized,controlled ACCORD trial[J].Lancet,2014,384(9958): 1936-1941.

14 Kim CW,Song H,Kumar S,Nam D,Kwon HS,Chang KH,Son DJ,Kang DW,Brodie SA,Weiss D,Vega JD,Alberts-Grill N,Griendling K,Taylor WR,Jo H.Anti-inflammatory and antiatherogenic role of BMP receptor II in endothelial cells.Arterioscler Thromb Vasc Biol.2013;33:1350-1359.

15 D.-W.CHEN,Y.JIN et al; Age-,sex- and glucose-dependent correlation of plasma soluble vascular adhesion protein-1 concentration with cardiovascular risk factors and subclinical atherosclerosis,European Review for Medical and Pharmacological Sciences,2016; 20: 1544-1558

16 NABAVI S F,THIAGARAJAN R,RASTRELLI L A,et al.Curcumin: a natural product for diabetes and its complications[J].Curr Top Med Chem,2015,15(23): 2445-2455.

17 GOMES RODRIGUES A M,MARCILIO F D,GIRALDI-GUIMARAES A.Therapeutic potential of treatment with the flavonoid rutin after cortical focal ischemia in rats[J].Brain Res,2013,1503(期缺失):53-61.

18 Yoshizumi M,Kyotani Y,Zhao J,Nagayama K,Ito S,Tsuji Y,et al.Role of big mitogen-activated protein kinase 1 (BMK1)/extracellular signal-regulated kinase 5 (ERK5) in the pathogenesis and progression of atherosclerosis.J Pharmacol Sci.2012;120:259-263.

19 BOOTH G,STALKER T J,LEFER A M,et al.Mechanisms of amelioration of glucose-induced endothelial dysfunction following inhibition of protein kinase C in vivo,Diabetes 51[Z],2002.

20 BOSSIA F,BERNARDI S.Angiotensin 1e7 significantly reduces diabetes-induced leukocyte recruitment both in vivo and in vitro,Atherosclerosis 244[Z],2016.

21 LIANG B,WANG X,ZHANG N,et al.Angiotensin-(1-7)attenuates angiotensin II-induced ICAM-1,VCAM-1,and MCP-1 expression via the MAS receptor through Suppression of P38 and NF-kappaB pathways in HUVECs,Cell Physiol[Z],2015.

22 M.L.O’Donoghue,R.Glaser,P.E.Aylward,M.A.et al.Rationale and design of the LosmApimod To Inhibit p38 MAP kinase as a TherapeUtic target and moDify outcomes after an acute coronary syndromE trial,Am.Heart J.169 (2015) 622e630 e626.

23 Ganguly R,Sahu S,Chavez RJ,Raman P.Trivalent chromium inhibits TSP-1 expression,proliferation,and O-GlcNAc signaling in vascular smooth muscle cells in response to high glucose in vitro.Am.J.Physiol.Cell Physiol.2015;308:C111-C122.

24 Rituparna Ganguly,Amy M.Wen,et al,Anti-atherogenic Effect of Trivalent Chromium-loaded CPMV Nanoparticles in Human Aortic Smooth Muscle Cells under Hyperglycemic Conditions in vitro，Nanoscale.2016,V8N12 :6542-54