转帖-氧化应激与糖尿病

黑豆 · 发表于 2015-11-9 18:51:14

2型糖尿病药物治疗新进展

来源：中华现代内科学杂志作者：林玉宽，高颖

［摘要］我们以国内外相关文献为基础进行分析、归纳和综述，介绍在临床使用的糖尿病治疗药物或正在研制的有关药物，根据糖尿病的病理特点，对糖尿病治疗药物的现状及进展进行综述，相信未来糖尿病治疗药物将丰富。

［关键词］ 2型糖尿病；药物治疗；进展

糖尿病的药物治疗按作用机制和结构主要胰岛素、磺酰脲类、双胍类、糖苷酶抑制剂、胰岛素释放促进剂、胰岛素增敏剂、醛糖还原酶抑制剂、糖原异生抑制剂等。随着对糖尿病基础理论的深入研究，不断有新的药物研究成功地投入生产并应用于临床。

1 葡萄糖苷酶抑制剂

葡萄糖苷酶抑制剂如：阿卡波糖、米格列醇及乙格列酯等，具有延缓或减少肠道对碳水化合物消化与吸收，降低餐后血糖及缓解餐后高胰岛素血症的作用，并证明在降低餐后高血糖方面具有有效性和安全性［1］。

2 胰岛素增效剂

2型糖尿病的主要病因是胰岛素抵抗(insulin resistance，INR)，机体对胰岛素的正常反应性降低，造成B细胞代偿性分泌增加，因此，一些以降低血糖，且不刺激胰岛素分泌而是通过增强靶组织对胰岛素敏感性的药相继研制成功，过氧化物酶体增殖活化受体(PPAR)的激动剂如噻唑烷二酮(thiazo2lidinediones，TZD)衍生物［2］能改善INR，纠正糖及脂质代谢异常，其中包括环格列酮(cigltazone)、曲格列酮(troglitazone)、罗格列酮(rosiglitazone)、吡格列酮(pioglitazone)等。由于许多TZD类药常具有一些肝毒性不良反应，为此葛兰素史克公司研制出具有高效选择性的非TZD型新药farglita2zar［3］。

3 非注射补充胰岛素［2］

研制的口服制剂或鼻腔喷雾剂等携带方便，通过经口咽黏膜吸收或经肺吸入，是一很有前途的治疗途径，血药浓度与给药的剂量呈线性关系，尽管其生物利用度降低，但起效快且不良反应少。

4 促胰岛分泌活化蛋白质

促胰岛分泌活化蛋白质是从百日咳菌的培养上清液中提取出来的蛋白质，可促进胰岛素分泌，改善糖耐量，无任何不良反应，其机制可能为通过B细胞钙通道活性化而致的强化作用，若其新机制能被进一步阐明，定能成为一种划时代的药物被利用。

5 生长激素释放抑制激素

糖尿病在胰岛素分泌不足的同时，胰高血糖素升高，胰岛素难以治疗胰高血糖素的升高，若给予生长激素释放抑制激素，胰岛素需要量减少50%。somatostatis只有与胰岛素同时应用才显效，可以认为是一种安全有效的治疗糖尿病的新药。

6 抗氧剂

大量研究显示:氧化应激反应是糖尿病并发症的重要因素之一，氧化应激反应是指在自由基生成系统亢进或抗氧化保护功能下降的情况下体内活性氧增多，体内脂质过氧化作用较为活跃，内源性抗氧剂水平较低。临床上普罗布考(probucol，丙丁酚)、N-乙酰半胱氨酸、维生素E及维生素C的长期应用可延缓糖尿病并发症的进程，用于糖尿病并发症的治疗［4］。

7 胰高血糖素-受体拮抗剂

胰高血糖素是胰A细胞分泌的一种多肽激素，可刺激糖原分解、糖异生及减少葡萄糖利用，从而升高血糖。胰高血糖素拮抗剂作用于胰高血糖素，起到降血糖的作用。最强的胰高血糖素-受体拮体剂有(1-2-三硝基苯组氨酸、12-高精氨酸)-胰高血糖素和去组氨酸9-胰高血糖素酰胺。

8 糖原异生抑制剂

长链脂肪酸氧化(LCFAO)是糖异生的主要能量来源，糖尿病控制不佳时，脂肪分解LCFAO增多，结果引起糖异生作用增强，而抑制LCFAO或LCFAO对丙酮酸羧化酶(PC)的变构激活则有可能减少糖异生，糖异生抑制剂主要有以下3条途径：（1）长链脂肪酰转移酶Ⅰ(LCATZ)抑制剂；（2）脂酰内毒碱转换酶抑制剂；（3）丙酮酸羧化酶抑制剂。

9 二肽基肽酶Ⅳ

抑制二肽基肽酶Ⅳ(dipeptidylpeptedaseⅣ，DPPⅣ)的活性可以保持肠促胰岛素不被降解胰岛B细胞再生，但其在抑制DPPⅣ的同时，也抑制了相关酶的活性，所以开发类药物时专家们持慎重的态度，在研的有NVP-DPP728，有可能成为未来的新药［5］。

10 中草药糖尿病治疗药物

我国在筛选降血糖的中药方面进行了不少的研究，其中有许多单方具有确切的降糖有效成分。中药复方制剂在临床应用上不仅具有良好的降糖效果，而且在治疗糖尿病（DM）并发症方面具有令人满意的疗效［6］。如有效成分小檗碱［7］、薏苡仁多糖、桑叶多糖；复方制剂糖宁V号胶囊(主药：黄连、杭菊)，中药方剂泻心汤［8］都有很好的降血糖作用。随着对糖尿病认识的加深，治疗糖尿病已打破了传统的治疗上的界限。随着新药的开发及老药新药理作用的发现，一些免疫治疗药物如烟酰胺(NAA)、环孢素A(CSA)、赛美松、硫唑嘌呤等可以有效地防止或推迟IDDM的发生；一些非降糖药物例如蝮蛇抗栓酶、维生素C、维生素D、维生素E，黄连素、山莨菪碱、阿司匹林等也已被广泛用于预防及治疗糖尿病；微量元素铬、锌、钒等在胰岛素的合成、分泌、储存、活性以及能量底物代谢等方面起着重要的作用，而且随着生物技术和人类基因重组技术的应用，新的药物不断进入临床，预计不久在糖尿病防治药的开发上会有新的突破。

1．通俗地讲，所谓氧化应激，其实就是活性氧增加，导致氧化大于抗氧化，从而发生细胞凋亡等一系列病理生理异常，这和很多年以前所谓的“自由基学说”相似。

2． 2。代谢综合征的焦点是胰岛素抵抗，因为胰岛素抵抗而将高血压、肥胖、糖代谢异常、脂代谢紊乱等联系在一起。而氧化应激与上述5项密切相关，我想，在代谢综合征中，胰岛素抵抗到底是不是基础或者说氧化应激是不是更为基础还有待研究。如果更高一层看，所谓的氧化应激是不是很多慢性疾病譬如糖尿病、心脑血管疾病等等很多疾病共同发病基础（即所谓的土壤学说），要是那样的话，这些病可能就是一个大的综合征，暂且称其为“氧化应激综合征”file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image001.gif。很多疾病的病因和治疗都将发生革命性的变化。

3． 3。与氧化应激相关的因子很多，目前还是很多人各自为政在一个很狭隘的范围内进行研究，只有分工而没有真正意义上的合作，甚至像瞎子摸象，谁最先能高瞻远瞩地将这些看似纷乱的碎片整理成一个整体，谁就可以将原先很多人的成果收入囊中。

4． 4。另外，有两句话令人茅塞顿开：

5． “但也有文献提到'高糖记忆'现象：即在得病后一段时间，如果血糖控制不好，那么以后即使把血糖控制了，也会发生糖尿病神经病变，尤其是视网膜病变”

6． “在美国，目前认为非酒精性脂肪肝病是导致肝脏酶谱异常的最主要的原因”

我硕士时读心血管专业的,课题是研究同型半胱氨酸对血管内皮细胞的氧化应激损伤,我把自己这方面的综述核心部分贡献给大家:

1　氧化应激在HCY致AS中的作用：

MDA 被认为是氧化应激的标志物。Tobonek[4]等以富含蛋氨酸的食物饲养家兔发现随HCY浓度增加，血浆过氧化脂质增加，抗氧化物质减少。而抗氧化剂可保护EC免受HCY的损伤。Cavalca V[5]等人发现：有心血管疾病的HCY浓度明显大于正常对照组，总MDA明显大于正常对照组，而游离MDA不仅明显高于正常对照组，而且在UA 和SA 中也有显著的差别，该实验提示氧化应激在冠心病中明显加强，而且游离MDA在UA和SA病人有明显差别。体外实验研究表明HCY能够诱导过氧化氢的产生和自由基活性的增加而产生直接的细胞毒作用,而这种毒性作用可以被CAT所抑制。Yamamoto M[6]等人发现血浆HCY水平和细胞外的SOD水平明显相关，用10umol/L的HCY孵化10小时后，EC-SOD与内皮细胞结合明显减少，而且EC-SOD的表达受到明显抑制,其机制可能是通过降解内皮细胞硫酸乙酰肝素蛋白多糖，减少SOD和EC结合,从而失去其保护作用。但是有些临床资料未能提示高HCY血症患者，脂质过氧化高于正常对照组，二者没有必然的联系[7，37]。可能是由于基础研究实验往往用极高浓度还原型HCY，达人体正常量的100-1000倍，且在人体内大约70%的HCY与白蛋白结合，剩下30%与半胱氨酸结合成低分子量的二硫化物，只有极少量的HCY以还原态这一具有氧化活性的形式存在[8]，与实验条件有差异。

2 HCY与内皮细胞对NO的合成。

NO是决定基础血管紧张度的一个重要因素，病理水平HCY可造成EC对NO合成的减少，影响EC的舒张功能。 Gilbert R[9]等人发现NO的产生与HCY呈剂量依赖性的减少，而不依赖于内皮细胞NO合酶的活性，暗示了HCY影响NO的生物利用度，不是产量。Stamler JS[10]发现EC产生的NO可与HCY结合形成S-型同型半胱氨酸，拮抗HCY毒性作用，当内皮细胞损伤到一定程度，NO产生的减少，因此其拮抗作用降低。Lentz SR[11]等人给猴以富含蛋氨酸丰富食物饲养狗，造成高HCY血症，发现内皮依赖性血管扩张作用明显受损。Weiss N [12]等人发现内皮功能的失调和炎性循环细胞黏附到EC与高HCY症有关，氧化应激作用的加强使产生NO分子生物学机制氧化失活，从而减少NO的产生，且其研究证实叶酸和Vitb12可有效降低血浆HCY的水平，逆转由HCY造成的血管内皮功能的损害。Lang D[13]等研究表明其对内皮依赖性舒张的抑制效应与内皮细胞内的超氧负离子的增加有关。Tawakol[14]等发现在26例非AS中，用高分辨率的超声发现，高HCY血症与内皮依赖的血管舒张损害有关，当用叶酸和vitb6将血浆HCY降到正常时，舒张功能有所改善。

目前认为HCY致AS主要机制是氧化应激反应产生的氧自由基参与AS过程

氧化型低密度脂蛋白水平是预测心脏事件的一个独立指标

Shimada K, Mokuno H,Matsunaga E, Miyazaki T, Sumiyoshi K, Miyauchi K, Daida H.

Department ofCardiology, Juntendo University School of Medicine, 2-1-1 Hongo Bunkyo-ku, Tokyo 113-8421, Japan. shimakaz@med.juntendo.ac.jp

在动脉硬化的发展过程中，氧化修饰型的低密度脂蛋白起着重要的作用。然而，在冠状动脉疾病患者中，血液中氧化修饰型低密度脂蛋白预测心脏事件的能力尚不清楚。因此，我们前瞻性的分析了238名冠状动脉疾病患者的情况。平均随访52个月，至少出现下述一种心脏事件：心源性死亡，非致命性心肌梗死，以及顽固性的心绞痛，需要血管成形术。通过酶联免疫法单克隆抗体技术检测血浆中的氧化修饰型低密度脂蛋白水平。与没有高胆固醇血症的患者相比，在有高胆固醇血症的患者中，氧化修饰型低密度脂蛋白水平显著升高(平均 20.3 U/ml 和 17.6 U/ml, P = 0.002)。多变量Cox模型分析结果显示：氧化修饰型低密度脂蛋白水平升高是发展成高胆固醇血症的独立预测指标。与氧化修饰型低密度脂蛋白在最低四分位数的患者相比，在最高四分位数的患者中，校正后的高胆固醇血症的危险率增加3.15倍 (95% CI 1.47-6.76, P = 0.003)，在第三四分位数的患者增加1.88 倍(95% CI 0.90-3.95, P = 0.09)。因此，在冠状动脉疾病患者中，监测血液中的氧化修饰型低密度脂蛋白水平可以预测将来是否能出现高胆固醇血症。

Atherosclerosis. 2004Jun;174(2):343-7.

氧化应激信号传导通路和动粥发病关系的研究进展

作者：周礼文章来源：《中国医学论坛报》点击数：115 更新时间：2004-5-15

动脉粥样硬化的发病机制非常复杂。Ｓｔｅｉｎｂｅｒｇ等提出氧化磷脂（ｏｘｉｄｉｚｅｄｐｈｏｓｐｈｏｌｉｐｉｄ）是氧化低密度脂蛋白（ｏｘＬＤＬ）与巨噬细胞清道夫受体结合的配体，又通过实验证明凋亡细胞以及当细胞膜受到氧化损伤时，胞膜表面的氧化磷脂均可以和ｏｘＬＤＬ竞争结合巨噬细胞清道夫受体，加深了人们对粥样斑块形成的认识。

反应性氧自由基（ＲＯＳ）通过调节多种影响血管张力基因的表达、募集血液循环中的白细胞进入动脉内膜以及调控细胞增殖和凋亡过程，在动脉粥样硬化等多种心血管病中发挥重要作用。ｏｘＬＤＬ主要通过调控内皮细胞或其他血管壁细胞的基因表达而致粥样斑块形成，而这些信号传导通路通常受细胞内ＲＯＳ的影响。越来越多的证据表明，许多细胞内的信号传导通路对氧化应激都很敏感，ＲＯＳ可能是诸多信号传导通路的共同环节。

本文简要介绍了ＲＯＳ在核转录因子ＮＦ－κＢ、过氧化物酶体增殖体激活受体γ（ＰＰＡＲγ）及在凋亡相关的信号级联途径调控基因表达过程中的作用：（１）ＮＦ－κＢ是最早被发现的氧化应激—敏感的转录因子之一。ＩκＢ从ｐ５０－ｐ６５异源二聚体上的剪切受氧化还原反应调控，这可能是ＲＯＳ激活ＮＦ－κＢ的机制之一。（２）另一条氧化应激—敏感通路是ＰＰＡＲγ途径。被ｏｘＬＤＬ激活的ＰＰＡＲγ通过促进巨噬细胞表达清道夫受体ＣＤ３６，增加ｏｘＬＤＬ摄取等途径发挥抗动脉粥样硬化作用。（３）ｏｘＬＤＬ可能通过ＲＯＳ激活细胞死亡因子ＣＰＰ３２、ＦａｓＬ及ＴＮＦ受体途径、ＭＡＰＫ及Ｊｕｎ激酶途径影响细胞的凋亡过程。

采用常规方法很难完整地观察到在动脉粥样硬化病变过程中起作用的氧化应激—敏感的信号传导通路及其调控的相关基因。近几年发展迅速的基因芯片技术可能有望解决这一难题。

氧化应激（oxidative stress）是指由于氧自由基过量生成和/或细胞内抗氧化防御系统受损，导致氧自由基及其相关代谢产物过量聚集，从而对细胞产生多种毒性作用的病理状态。

1 氧化应激概述

1.1 氧自由基的生成与清除

氧自由基是氧在还原时，接受电子不足所产生的一类高能态不稳定物质，具有高度化学反应活性的含氧基团，包括：超氧阴离子自由基(O2˙－)，羟自由基(OH˙)，氢过氧自由基(HOO˙)，有机过氧自由基(ROO˙)等，以上自由基与高活性的单线态氧(1O2)、过氧化氢(H2O2)统称活性氧（reactive oxygen species，ROS）。在与生物机体有关的自由基中，活性氧最为重要。它们一旦产生，可以相互转化，发生连锁反应。

细胞内活性氧的来源多种多样，除线粒体呼吸链代谢产生外，还原型辅酶II (NADPH)氧化酶、一氧化氮合酶、环氧合酶、脂氧合酶、细胞色素P450单氧酶和黄嘌呤氧化酶所催化的反应均伴有活性氧的生成。生理情况下产生的氧自由基量很少，在体内可以调节细胞生长、基因表达、杀菌、调节血管舒缩状态，从而发挥重要的生理功能，同时体内自由基清除系统可以及时去除氧自由基，不致使其堆积产生危害。机体的抗自由基物质种类很多，主要包括酶性和非酶性的各类抗氧化剂。前者包括超氧化物歧化酶(SOD)、谷胱甘肽过氧化物酶(GSH-Px)、过氧化氢酶(CAT)等。非酶性抗氧化剂包括多种维生素(如维生素E、维生素C、类胡萝卜素等)、辅酶Q、谷胱甘肽、半胱氨酸、铜蓝蛋白、丙酮酸及胆红素等。这些物质在体内具有专门的亚细胞定位，可作用于氧自由基代谢的不同环节，或减少氧自由基产生，或保护细胞膜免遭其攻击，在防止活性氧的损伤中具有重要的作用。

病理情况下，当某些因素作用于细胞，使机体的氧自由基过量生成或抗氧化防御系统受损，氧自由基产生和清除的动态平衡遭到破坏，活性氧产生的速率大于被清除的速率时，就会造成活性氧的蓄积，导致氧化应激的出现，其后果是引起大分子(主要为脂质、蛋白质和DNA)的氧化损伤，这些损伤是衰老、退行性疾病、心血管疾病和肿瘤形成的基础。Zalba等研究发现：还原型辅酶I/II(NADH/NADPH)氧化酶活性增加可引起血管壁氧自由基产生过多。SOD主要清除O2˙－，H2O2、OH˙的清除则主要靠CAT和GSH-Px来完成。各种因素造成体内SOD、CAT、GSH-Px活性下降，将导致体内氧自由基蓄积，使氧化应激增加。细胞内Ca2+超载通过激活蛋白酶使黄嘌呤氧化酶相应增多，也可通过激活中性粒细胞(PMNLs)引起的呼吸爆发产生大量氧自由基，从而形成氧化应激。

1.2 氧化应激的作用机制

氧自由基存在单个不配对价电子，且半衰期极短，这就决定了其化学性质极其活跃，对机体组织、细胞存在高度毒性的特性。心脏持续地进行节律性收缩与舒张，需要大量的氧供应，但同时心脏对氧自由基的毒性也十分敏感。氧自由基主要以脂质、蛋白质及核酸为攻击靶点，对心血管系统的结构和功能具有破坏作用。

1.2.1 对脂质的损伤

氧自由基对不饱和共价键有一种特殊的亲和力，因此，氧自由基最容易攻击生物膜磷脂中的不饱和脂肪酸，引发生物膜的脂质过氧化反应，从而破坏生物膜的完整性和流动性。体外培养的新生大鼠的心肌细胞，在H2O2引起的氧化应激中可见细胞膜完整性被破坏，此破坏作用可被过氧化氢酶阻断；在腹主动脉狭窄大鼠致心肌肥厚实验中，也观察到心肌组织的脂质过氧化，此作用可被SOD阻断。由于细胞膜受损，导致许多膜通道状态的改变，包括Na+-K+-ATP酶、Na+-Ca2+通道等，从而进一步加重了心肌细胞损伤。线粒体膜较其它原生质膜含有更多的不饱和脂肪酸，对脂质过氧化更敏感。

1.2.2 对蛋白质的损伤

氧自由基可造成蛋白质交联、肽链断裂、氨基酸残基转化及电荷变化，并引起蛋白质构象改变，从而导致蛋白质变性、功能丧失，酶和具有细胞信号转导作用的受体功能异常。活性氧与脂质过氧化产物可使蛋白质分子发生交联形成变性的高聚物，还可使含巯基（-SH）氨基酸氧化，使功能蛋白活性降低或丧失。膜上蛋白质的变性和交联，可使膜上受体失活，蛋白的交联变性又影响酶的活性，从而带来一系列细胞功能和代谢紊乱。研究表明，自由基对蛋白质的氧化修饰也参与了动脉粥样硬化斑块的形成。

1.2.3 对核酸的损伤

氧自由基对核酸的毒性作用包括染色体畸变、碱基突变、DNA断裂等，DNA损伤可改变细胞的生物学活性，甚至引起心肌细胞、血管内皮细胞坏死或凋亡。研究表明，自由基对DNA分子的攻击，可以分为DNA分子的碱基修饰、DNA单/双链的断裂等。自由基中极为活泼的单电子，容易与亲核性的DNA分子结合，导致DNA碱基的修饰改变。胸腺嘧啶的氧化修饰产物有20多种，鸟嘌呤C8位的氧化(形成8-OHdG)是最多见的，DNA链中8-OHdG的存在，可以引起DNA复制时碱基的错误配对及编码，导致基因突变。另一方面，ROS自由基中的OH˙和O2˙－等可以引起DNA链断裂，其中OH˙的作用更为突出，OH˙攻击DNA分子的部位可能在核糖的3和4碳位，断裂的DNA链必须不断修复，参与DNA修复的酶也同时受到自由基的攻击而影响其功能的发挥，因此修复过程可能会出现编码的错误，导致基因突变。同时，链断裂可引起碱基缺失、癌基因活化和抑癌基因灭活，最终可导致肿瘤的发生。线粒体是产生氧自由基的主要部位，产生的氧自由基同时又可损伤线粒体DNA，加重氧自由基的生成，从而形成恶性循环，损害细胞功能。

1.3ROS与细胞内信号传导

近年来诸多研究显示ROS可作为细胞内重要的第二信使，在细胞基因调控、细胞信号传导过程中发挥着重要的生理功能。ROS通过影响细胞内Ca2+稳态、蛋白质磷酸化和信号的级联传递、转录因子的激活等细胞信号传导过程中的多个靶位点，调控细胞信号的传导，产生细胞生物学效应，如参与细胞生长、凋亡、粘附等分子过程。毒理学研究亦发现在外源毒性化合物引起细胞损伤时，ROS介导的细胞信号传导的改变先于细胞结构成分的毒性改变，即在细胞有形成分发生改变前，ROS已诱导了细胞内Ca2+稳态、蛋白质磷酸化及其级联的信号传导的改变。

1.3.1ROS对Ca2+信号传递的影响

Ca2+是细胞内重要的第二信号信使，在细胞信号传递过程中发挥着重要作用。ROS可通过多种途径使Ca2+浓度迅速升高，其中O2˙－较H2O2作用更强，这可能与O2˙－特异性与Ca2+依赖性磷酸酶结合有关。氧自由基可直接作用于Na+/Ca2+交换蛋白，使之失去胞内Ca2+依赖的调节，进而使胞内Ca2+内流增加。同时，氧自由基可有效提高背景Ca2+通道的活性，进一步促进Ca2+内流。另有实验显示O2˙－可直接作用Ca2+通道使心肌、骨骼肌细胞内质网释放Ca2+, 而不必通过刺激IP3形成；同时O2˙－作用于胞浆膜使膜通透性升高，并影响线粒体、细胞内Ca2+结合蛋白等，从而共同引起Ca2+浓度升高。ROS对心肌细胞Ca2+的信号传递具有重要的作用。在平滑肌细胞，最近有实验显示ROS可选择性地刺激平滑肌细胞IP3诱导的Ca2+的释放，从而增强平滑肌收缩信号的传递和基因的表达。另外，谷胱甘肽（GSH）的氧化型GSSG具有升高Ca2+浓度作用，ROS通过氧化GSH生成GSSG，后者在没有IP3形成的情况下，作用于IP3受体/通道而引起Ca2+浓度升高，但GSH对IP3受体则无影响。在心脏内皮细胞，GSH／GSSG通过调节细胞膜的离子通透性和通过蛋白质磷酸化两条途径调节胞内Ca2+浓度，GSH-调控的离子通道可被细胞内微量的GSSG所激活，而使胞浆膜去极化，去极化降低了激活一氧化氮合酶所需要的外源性Ca2+进入，同时亦改变了胞浆内线粒体IP3／Ca2+通道的激活。

1.3.2ROS对蛋白质磷酸化的影响

蛋白质磷酸化是细胞信号传递过程中重要的一环，也是细胞信号传导调节的重要的一种方式。ROS通过影响多种蛋白激酶或磷酸酶活性，影响蛋白质磷酸化过程，从而调节细胞信号传递。其中研究最多的是酪氨酸蛋白激酶／磷酸酶和丝、苏氨酸蛋白激酶／磷酸酶。

1.3.3ROS对转录因子的作用

特异的DNA结合蛋白—─转录因子是氧化还原敏感信号通路调节基因表达的最终靶点。理论上，氧化还原作用通过两条途径调节转录因子活性：一是细胞内活性氧直接氧化修饰转录因子；二是通过磷酸化法磷酸化修饰的级联反应调节转录因子活性。活性蛋白(activation kB,NF-kB(nuclear factor-kprotein-1,AP-1)和核因子-file:///C:\DOCUME~1\ADMINI~1\LOCALS~1\Temp\msohtmlclip1\01\clip_image002.gif是受细胞氧化还原状态影响的主要转录因子。ROS介导的细胞信号传导，最终效应通过转录因子的激活而进入核内，结合在特定DNA序列，从而调节RNA聚合酶II、调控DNA的表达，参与细胞的炎症反应、组织损伤和生长控制。

AP-1是由c-fos、c-jun原癌基因家族的同源二聚体和异源二聚体构成的转录因子，ROS通过Ca2+信号传导、蛋白质磷酸化等激活AP-1，使原癌基因c-fos、c-jun表达，如在内皮细胞H2O2对AP-1诱导。硫氧还蛋白(thioredoxin，TRX)和Ref-1对AP-1活性的调节代表了一种细胞氧化还原状态活化转录因子的模式。TRX是一种多向性的细胞因子，其巯基参与氧化还原反应，可通过使AP-1分子中的半胱氨酸残基还原增强其与DNA之间的相互作用。该效应需要氧化还原因子Ref-1的介导。此外，Ref-1也能刺激其他真核转录因子与DNA的结合。

B的表达。kB诱使内皮表达细胞间粘附分子-l(ICAM-1)，ICAM-1表达增加，使中性粒细胞（PMN）粘附功能加强，粘附于内皮细胞（EC）的PMN激活产生氧自由基及血管活性物质如白三烯、血小板激活因子(PAF)等，加重EC损伤，导致管腔狭窄和血管收缩，促成高血压发生、发展。目前认为，大量的促炎性或促氧化物直接刺激血管细胞产生ROS，同时改变细胞内的氧化还原状态，细胞内氧化还原状态的改变能够促进AP-1和NF-kB并使蛋白质糖基化的作用。氧自由基可通过激活NF-kB，即通过rac-依赖途径。已证实高血糖诱导牛主动脉内皮细胞产生的ROS具有激活蛋白激酶C（PKC）和NF-kB。还有研究显示ROS通过小GTP酶rac1而激活NF-kB的活化为氧化还原反应，提示ATlR可能通过诱导产生ROS来激活NF-kB的活化机制是复杂的。Pueyo等最近证实ATlR诱导NF-kB与超氧化物、羟自由基或NO源性复合物共同孵育时并不能被活化，提示NF-kB的快速活化。然而，当NF-kB的活化。在某些细胞中，H2O2及含过氧化物的分子可导致NF-kB的活化过程，抗氧化剂既可阻断活性氧的产生，也可抑制NF-kB的活性而引起基因表达的改变。活性氧介导NF-kB，使P50、P60复合物通过核膜进入细胞核与DNA结合，发挥重要的调节作用。细胞内氧化还原作用失衡通过影响NF-kB磷酸化而激活NF-kB，并诱导基因表达；GSH／GSSG亦可以通过对Ⅰ-k亚单位与P50、P60亚单位分离而激活NF-aBkB的Ⅰ-kB因子的激活，H2O2及脂质过氧化产物可使NF-kB两种亚基构成的异源二聚体，是第一个被证实能直接对氧化应激起反应的转录因子。对于NF-kB是一种由P50/P60和Ⅰ-kNF-

此外，ROS是否作用于JAK-STAT反式作用因子家族报道尚少，从理论上是十分可能的，因STAT家族同样受酪氨酸蛋白激酶系统的调控。但ROS的上述作用是通过直接作用方式抑或间接激活了转录因子的相关激酶而发挥作用，还有待进一步研究。

2. 抗氧化治疗

目前应用于动物实验和临床研究的抗氧化药物包括抗氧化酶、抗氧化维生素、雌激素、谷胱甘肽等与内源性抗氧化剂化学结构和性质相同或相似的药物，部分中药及其具抗氧化活性的成分等。其作用机制为：①抑制氧自由基的过量生成；②直接清除自由基；③提高内源性抗氧化物质的水平；④阻断脂质过氧化链式反应。

OxLDL提示缓激肽诱导的血管扩张

研究者说，血浆中的氧化修饰型低密度脂蛋白(oxLDL)，与缓激肽(BK)诱导的依赖内皮的血管扩张有着重要的相关性。所以，oxLDL可用来预测内皮的功能障碍，以及心血管疾病的发展过程。

Tetsuya Matsumoto及其同事们说："尽管众所周知，在冠状动脉疾病的患者中，oxLDL水平升高，但oxLDL对冠状动脉内皮功能的重要性却很少有研究。"

因此，Matsumoto及其研究小组选择94名冠状动脉正常的志愿者，对BK和oxLDL之间的相关性进行了研究。BK可以调节静止状态的冠状动脉，以及血流通过时的血管扩张。

研究者发现，糖尿病受试者(21.6 IU/ml)的oxLDL比非糖尿病受试者(12.9 IU/ml)的高。他们说，这可能由于抗氧化剂的缺乏，使活性氧的产生增加，以及糖尿病患者的蛋白糖基化所致。

在Journal of the American Collegeof Cardiology杂志上，研究者进一步报道说，正如原来所料，冠状动脉内的BK导致剂量依赖的冠脉直径和冠脉血流的增加。

在一个多元变量分析中发现，作为独立的变量，那些传统的冠脉危险因素的增加与血浆oxLDL呈负相关。

然而，BK诱导的心外膜冠脉扩张与血浆胆固醇、LDL、高密度脂蛋白或甘油三酯没有相关性。

研究者总结到："内皮功能损伤后，才能导致心血管疾病的发生，因此，监测血浆中的oxLDL，可以为预测心血管事件的发生提供有用的信息。"

OxLDL提示缓激肽诱导的血管扩张

研究者说，血浆中的氧化修饰型低密度脂蛋白(oxLDL)，与缓激肽(BK)诱导的依赖内皮的血管扩张有着重要的相关性。所以，oxLDL可用来预测内皮的功能障碍，以及心血管疾病的发展过程。

Tetsuya Matsumoto及其同事们说："尽管众所周知，在冠状动脉疾病的患者中，oxLDL水平升高，但oxLDL对冠状动脉内皮功能的重要性却很少有研究。"

因此，Matsumoto及其研究小组选择94名冠状动脉正常的志愿者，对BK和oxLDL之间的相关性进行了研究。BK可以调节静止状态的冠状动脉，以及血流通过时的血管扩张。

研究者发现，糖尿病受试者(21.6 IU/ml)的oxLDL比非糖尿病受试者(12.9 IU/ml)的高。他们说，这可能由于抗氧化剂的缺乏，使活性氧的产生增加，以及糖尿病患者的蛋白糖基化所致。

在Journal of the American Collegeof Cardiology杂志上，研究者进一步报道说，正如原来所料，冠状动脉内的BK导致剂量依赖的冠脉直径和冠脉血流的增加。

在一个多元变量分析中发现，作为独立的变量，那些传统的冠脉危险因素的增加与血浆oxLDL呈负相关。

然而，BK诱导的心外膜冠脉扩张与血浆胆固醇、LDL、高密度脂蛋白或甘油三酯没有相关性。

研究者总结到："内皮功能损伤后，才能导致心血管疾病的发生，因此，监测血浆中的oxLDL，可以为预测心血管事件的发生提供有用的信息。"

黑豆 · 发表于 2015-11-9 18:52:17

应对氧化应激改善糖尿病治疗

文章来源：中国医药报发布时间：2006-6-16 14:44:55

　　已有的研究已经阐明，糖尿病是体内胰岛素绝对不足或相对不足及靶细胞对胰岛素敏感性降低，或患者产生的胰岛素本身存在结构上的缺陷而引起糖、脂肪和蛋白质代谢紊乱的慢性疾病。近年来的研究进一步提示，胰腺的β细胞受损而导致的胰岛素状态异常，以及肝功能异常导致的肝糖原合成速度减慢或肝糖原分解加快是发生糖尿病的两大主因，其中，胰腺β细胞受损的主要原因是氧化应激(OS)所造成的。澳大利亚研究人员CooperME等在今年3月《高血压杂志》公布的一项研究显示，对高血压伴糖尿病患者而言，降低患者体内的氧化应激可明显改善其胰腺的β细胞结构和功能。

　　■氧化应激可造成胰岛素阻抗

　　氧化应激就是由于某种或多种原因而破坏了机体内强氧化剂和抗氧化剂的平衡导致的潜在伤害。现在，氧化应激被认为是造成糖尿病及其并发症、肺纤维化、癫痫、高血压、动脉粥样硬化、癌症、肾病变和帕金森症等疾病的重要原因。

　　氧化应激导致糖尿病的发病机制，大致是先使患者产生胰岛素阻抗，然后造成胰腺的β细胞损伤（这可能和胰腺内抗氧化的酶浓度过低有关），进而引起明显的血糖升高，直至出现糖尿病临床症状。美国怀俄明州(Wyoming)大学的DongF、FangCX等在今年4月德国《糖尿病杂志》（Diabetologia）上发表的一项研究表明，氧化应激可造成胰岛素阻抗，而胰岛素阻抗反过来明显的升高体内的氧化应激。现在，陆续公布的研究表明：血液中的丙二醛(MDA)、非对称性二甲基精氨酸（ADMA）和尿液中的8-异前列腺素，是糖尿病性心脑血管病的氧化应激标示物；血液中的硫氧还蛋白、癸烯醌（氧化态的辅酶Q10）、硝基酪氨酸和γ-谷氨酰转肽酶(GGT)是血糖升高的氧化应激标示物；尿液中的8-羟基脱氧鸟苷（8-OhdG）是糖尿病性肾病变和视网膜病变的氧化应激标示物；血液中的胆固醇氧化物是1型和2型糖尿病的氧化应激标示物。这些氧化应激标示物含量一般均可以通过高效液相色谱仪来测定。

　　■现有降糖药多不改善氧化应激

　　尽管目前学术界对于糖尿病的确切病因及发病机制还不明确，但现有的研究已经表明，降低机体的氧化应激可能是目前预防和治疗糖尿病及其并发症的有效方法。虽然血糖控制不够是造成糖尿病患者体内氧化应激升高的主要原因之一，但患者血糖水平被控制很好并不代表其氧化应激已得到调整。

　　现在全球用于治疗糖尿病的四大类化学药，即非促进胰岛素分泌的药物（葡萄糖苷酶抑制剂、双胍类制剂）,胰岛素及其替代物,胰岛素增敏药物和促进胰岛素分泌的药物（磺脲类、非磺脲类或苯甲酸类），均是通过降糖来治疗糖尿病，也存在一定的不良反应。使用这些药物进行强化治疗，患者产生糖尿病并发症的各种疾病发病率可减少39%~76%,但患者胰腺的β细胞受损和肝功能异常却极少得到改善,多数情况下还受到进一步损伤。另外的研究结果显示，变动的血糖水平对患者机体的损害，比恒定的高血糖水平造成的损害大。因此，合理而妥善治疗糖尿病的方法应是在降低患者血糖水平的同时，控制糖尿病患者体内的氧化应激水平使之处于正常状态，并对糖尿病患者的胰腺进行适当修复。

　　当前临床上使用的降糖药基本没有报道显示其有降低氧化应激的功能。仅有去年美国礼来公司和Amylin公司合作开发出的胰高血糖素样肽-1(GLP-1)激动剂衍生物Exenatide(商品名Byetta),可以模拟人体内自然分泌的激素来调节血糖水平，并且还有助于患者恢复对β细胞的第一时相分泌（第一时相分泌是由摄取食物而引发的胰岛素分泌，2型糖尿病患者通常在患病初期就已经丧失了这种能力），它显示出了一定的类似维生素修复胰腺的功能。

　　■多种天然物质具抗氧化特性

　　尽管到目前为止的研究结果均提示，治疗糖尿病应当是多靶向用药，但多数情况下，科研人员一直试图通过设计单一的药物达到多靶向治疗功效。相对于固执地寻找全能的单一有效成分的研发方向，利用我国传统中药的复方理论和方法，反而更容易使多靶向治疗糖尿病的目标成为可能。现有的小分子药物临床试验中，科研人员已在降低糖尿病患者血糖水平的同时,可维持和修复他们的胰腺和胰岛，并改善他们的氧化应激状态。

　　国内外的研究结果还显示，对于糖尿病患者来说，其体内用来对抗氧化应激的主要物质既有小分子的化合物如维生素E，维生素C和硫辛酸等；也有微量元素如锌，钒和硒等；还包括大分子蛋白质，如谷胱甘肽过氧化物酶（GP）、过氧化氢酶、超氧化物歧化酶（SOD）和谷胱苷肽还原酶(GR)等。但与健康人相比，糖尿病患者体内这些物质含量明显偏低。

　　新西兰的科研人员在2004年9月发表的临床试验结果表明维生素E通过降低氧化应激，能够提高胰岛素的活性和增强肝脏的功能。此前的研究还阐明了维生素E是肝细胞生长的重要保护因子之一；硒对血糖的调节作用与胰岛素相似，其作用方式包括糖解作用、磷酸五碳糖代谢途径和脂肪酸的合成过程。

　　2001年的美国医学协会期刊上发表的研究结果显示叶酸和维生素B12能有效地预防和治疗糖尿病心脑血管病变。美国哈佛医学院2003年公布的研究表明，在一个包括8.5万名女性,历时16年的临床试验中发现,每日使用400毫克或以上维生素C剂量的糖尿病患者,其发生致命和非致命性冠心病的几率大大降低，从而产生预防和治疗糖尿病肾病变和心脑血管病变效果。

　　硫辛酸是目前人类所知的天然抗氧化剂中效果最强的一种。研究证明它可刺激患者血液中维生素C、总谷胱甘肽、总硫化物浓度增加，改善T4/T8淋巴细胞比例，从而降低氧化应激，有助于防止心脏病、卒中的发生，并可提高血液中胰岛素的作用及降低血糖，还可预防糖尿病性白内障的发生。另外的研究表明，口服L-精氨酸能改善2型糖尿病患者的内皮细胞扩张功能。其他一些物质（如维生素H、B族维生素、叶黄素等）的抗氧化功效也都有科研数据的支持。

　　■多向调节促进抗氧化效果

　　基于大量临床试验的结果，即这些小分子化合物和微量元素具有各自不同的疗效，美国学者利用中药复方理论，采用多靶向治疗原理，对上述多种抗氧化物质进行组合而开发出的复方制剂已经获得美国和我国的相关专利。其动物和体外实验已经显示出积极的抗氧化和修复胰腺β细胞的效果，并发现其有效成分在这个复方制剂中的协同作用能力，远远高于各自单独使用的效果；初步的临床试验结果也显示，复方制剂与现有的降糖药物之间没有交叉作用。这种综合多种天然抗氧化物质的新药研究方式也提示，在单一的有效成分作用范围和强度相对有限的情况下，需要调整研究思路，开发出既有降低糖尿病患者血糖的功效，也能调整氧化应激达到正常水平，同时又具有维护和修复胰腺胰岛功能的治疗糖尿病新型药物。利用天然抗氧化物质开发新型药物，其不良反应少,在应用时，还可以和其他降糖药一起使用治疗糖尿病及其并发症，全面改善糖尿病患者的治疗状况；还可为糖尿病患者和有糖尿病家族遗传史的高危人群提供预防选择。(朱作霖)

黑豆 · 发表于 2015-11-9 18:52:55

氧化应激与2型糖尿病

王方孟雁

（中国医学科学院中国协和医科大学基础医学研究所北京 100005）

摘要：胰岛素抵抗、胰岛β细胞功能受损是2型糖尿病的主要病因。高血糖、高血脂导致在代谢过程中，线粒体产生大量活性氧，其可损坏线粒体功能，引起氧化应激反应。氧化应激可以激活细胞内的一系列应激信号通路，如JNK/SAPK、p38 MAPK、IKKβ/NF-κB和氨基己醣通路等。这些应激通路的激活可以产生以下结果：（1）阻断胰岛素作用通路，导致胰岛素抵抗；（2）降低胰岛素基因表达水平；（3）抑制胰岛素分泌；（4）促进β细胞凋亡等。本文主要针对活性氧的产生、氧化应激诱导胰岛素抵抗和胰岛β细胞功能受损等机制加以综述，以便进一步阐明2型糖尿病的发病机理。

关键字：氧化应激；2型糖尿病；胰岛素抵抗；β细胞功能受损

2型糖尿病是一种复杂的多基因遗传性疾病，其发病与许多环境因素，包括老龄、高热量摄入、运动量减少和肥胖等有关[1]。有证据表明体内代谢底物水平的升高会导致2型糖尿病的发生。持久慢性的高血糖、高血脂除了可以引起糖尿病的某些并发症外，还可以诱发胰岛素抵抗和β细胞功能损坏，这些效应与氧化应激密切相关[2]。

氧化应激是体内大量活性分子的产生和抗氧化防御能力不平衡的一种状态，其会导致组织受损[3]。活性氧（ROS）和活性氮（RNS）是氧化应激的主要来源。活性氧主要包括超氧阴离子、羟自由基、过氧化氢等[3]。研究显示持久慢性的高血糖、高血脂可以直接引起活性氧的形成[4]。

由于活性氧可以直接氧化和损伤DNA、蛋白质和脂质，故在糖尿病后期并发症的发生中扮演了关键角色[3]。活性氧作为一种信号分子，能够激活很多细胞内应激通路，导致胰岛素抵抗、β细胞损伤和β细胞分泌缺陷[5-8]。本文主要从胰岛素信号通路、活性氧的产生过程、活性氧如何诱导胰岛素抵抗和β细胞功能受损几方面进行综述，以便进一步阐明2型糖尿病的发病机制。

1. 胰岛素作用的细胞信号转导通路

生理状态下，胰岛素结合到胰岛素受体的α亚单位，引起β亚单位酪氨酸残基自身磷酸化，这种自身磷酸化促使胰岛素受体底物蛋白家族成员，包括IRS-1和IRS-2，与之结合。IRS C-末端酪氨酸残基自身磷酸化被激活后，导致多种包含SH-2结构域的信号分子的高特异性结合位点产生[9]。这些信号分子包括磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）、Nck和Grb2。PI3K是一种介导胰岛素效应的重要信号分子。PI3K包括一个催化结构域P110和一个调节结构域P85，P85与激活的IRS的PH结构域结合，导致P110催化活性增强[5]。PI3K可以激活广泛的下游靶分子，主要是丝/苏氨酸激酶，如磷酸肌醇依赖的蛋白激酶（PDK1）、蛋白激酶B（PKB）、蛋白激酶C（PKC）γ和?、p70S6激酶和糖原合成酶3（GSK3），产生胞内糖利用、蛋白合成和糖原合成等生物学效应[5]。如，激活的PKB、PKCγ或促使下游Glut4囊泡从胞浆转运到胞膜，促进葡萄糖的利用，激活的p70S6激酶促进蛋白质和糖原合成，激活的GSK3促进胞内糖原合成，IRS1/2通过与Grb2结合激活了Ras/Raf/MEK/ERK通路，促进胞内蛋白质合成[5]。（图1）

研究表明，TNF-α、慢性胰岛素刺激、氨基己醣通路激活、血糖和血脂升高等许多因素可以抑制胰岛素作用通路[5]。有报导显示，升高的葡萄糖、脂肪酸和氨基己醣通路的激活可以引起线粒体活性氧的产生，引起细胞内氧化应激反应[4]。同时，近来研究表明，氧化应激也是诱发胰岛素抵抗、β细胞功能受损的一个重要因素[10]。

图1 胰岛素作用的细胞信号机制

2. 高糖、高脂诱发氧化应激的可能分子机制

关于细胞内活性氧产生和氧化应激的机制，已有一些报道。一致的观点认为，活性氧是线粒体电子传递过程中不可避免的产物[6]，

因此线粒体在活性氧的产生中扮演了关键角色。葡萄糖进入细胞后，在胞浆内通过糖酵解反应产生丙酮酸，丙酮酸进入线粒体后通过三羧酸循环，生成一些还原性的代谢物。这些代谢物脱下2个H，电子沿线粒体内膜上的电子传递链传递，H+被泵至线粒体膜间隙。在这个过程中，两个电子最终传递给氧，与H+一起生成水。其中一小部分（0.4-4%）发生单电子转移，传递给氧，生成超氧阴离子（O2－）。O2－通过特异的酶促反应进一步被转化成其它形式的活性氧或活性氮，如羟自由基（OH.）、过氧化氢（H2O2）等[6]。O2－、H2O2和OH.等活性氧分子，可以直接对细胞内DNA、蛋白质和脂质分子进行氧化损伤[3]。当细胞内存在过量的糖或脂肪酸时，大量的丙酮酸和乙酰CoA等还原性的代谢产物进入线粒体进行氧化，线粒体内还原性产物大量增加，导致电子传递链活性增强，单电子转移增多，ROS产生增加[5,6]。另外，细胞内存在一些还原性的酶，如超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶、过氧化氢酶，可以将H2O2还原为H2O。当细胞内一些抗氧化能力削弱时也可导致细胞氧化和抗氧化状态的不平衡，导致胞内ROS生成增加[7,8]（图2）。

2型糖尿病中，氧化应激是一个双相的过程，一方面高糖、高脂肪酸诱导脂质过氧化产物、晚期糖基化终末产物（AGEs）等产生增加，NAD（P）H氧化酶活性增加，导致ROS产生增加；另一方面，血浆或组织中抗氧化物，如维生素E、C、硫辛酸、谷胱甘肽等水平降低，可使SOD活性降低。氧化和抗氧化的这种不平衡导致细胞内产生大量的ROS，这些ROS可以和细胞内的各种成分如脂质、蛋白质、DNA发生相互作用，引起一些膜和酶的功能改变，导致细胞损伤[3,7,8]。

图2 线粒体内活性氧产生机制

3. 氧化应激诱导胰岛素抵抗的可能分子机制

骨骼肌和脂肪细胞是胰岛素作用的主要靶组织，也是糖尿病病人产生胰岛素抵抗的主要组织[2]。研究表明，糖尿病病人骨骼肌和脂肪细胞中一些应激激酶活性增加，如有丝分裂原激活的蛋白激酶家族成员（MAPKs）中的c-Jun氮末端激酶（JNK）、应激激活蛋白激酶（SAPK）、p38MAPK；应激敏感的激酶Iκβ激酶B（IKKβ）；另外，蛋白激酶C（PKC）、盐诱导激酶（SIK2）和氨基己醣等应激敏感激酶的活性也增加[2]。

这些应激激酶都属于丝/苏氨酸蛋白激酶，可以磷酸化胰岛素作用通路上的蛋白分子，包括胰岛素受体（IR）和IRS[8]。其中JNK/SAPK可以使IRS-1的Ser307位点发生磷酸化，引起胰岛素抵抗[11]。抑制IKKβ的活性或敲除该基因，可降低IRS丝氨酸的磷酸化，改善胰岛素抵抗[8]。暴露3T3-L1脂肪细胞于H2O2中2小时，可导致IRS-1水平降低，丝氨酸磷酸化增强[12]。对于IRS-1和IRS-2，丝氨酸的磷酸化降低了其酪氨酸的磷酸化水平，导致其与上游IR和下游的SH结构域蛋白，特别是PI3K的结合能力降低，此外，丝氨酸磷酸化的IRS易被蛋白酶降解，导致胰岛素作用通路信号传导受阻，PKB激活和糖利用下降，引起胰岛素抵抗[12]（图3）。

氧化应激抑制了PI3K的P85亚单位向质膜的转运激活，阻止了Glut4囊泡向质膜的转运，同时也使Glut4表达下调，抑制了葡萄糖摄取，引起胰岛素抵抗[13]。此外，高血糖、氧化应激、高渗应激、热休克、紫外照射和炎症因子等反应通常可以诱导这些激酶通路，导致细胞凋亡、炎症反应等[14]。综上所述，2型糖尿病病人体内高糖、高脂肪酸诱导了氧化应激，ROS和氧化应激能激活这些应激激酶通路，这些应激激酶通路的激活诱导了胰岛素抵抗的发生[2]。

4. 氧化应激诱导β细胞功能受损的可能分子机制

许多有胰岛素抵抗的肥胖个体，并没有发展为明显的糖尿病。这是因为这些个体的胰岛β细胞已经适应了机体对胰岛素增长的需要。这些适应包括β细胞体积的增加和对糖的正常反应。但是在2型糖尿病的肥胖个体中，β细胞不能分泌足够的胰岛素以补偿机体对胰岛素需求的增加，这主要是因为胰岛细胞体积没有相应增加和对糖反应敏感性降低[15]。β细胞体积主要与β细胞大小、再生、分化、凋亡和死亡有关。2型糖尿病病人胰岛β细胞体积降低，其中β细胞凋亡的增加扮演了重要的角色[15,16]。将胰岛暴露在16.7nM的高糖溶液中，与正常糖浓度组相比，胰岛β细胞的凋亡明显增多，同时抗凋亡基因Bcl-XL表达下调，促凋亡Bad、Bid、Bik表达上调[17]。大量研究表明，2型糖尿病病人β细胞对糖反应不敏感，因此不能释放足够的胰岛素[16]。β细胞的糖敏感性需要线粒体氧化代谢产生的ATP，β细胞中ATP/ADP比值的增加，起始了下面的连锁反应：关闭β细胞ATP/ADP调节的K通道（KATP），使细胞膜去极化，膜电位调控的Ca2+通道打开，Ca2+内流，引起胰岛素分泌[16]。β细胞对活性氧和活性氮敏感，因为它们的自由基淬灭的抗氧化酶包括过氧化氢酶、谷胱甘肽过氧化物酶和超氧化物歧化酶水平比较低，从而对抗氧化的能力较弱[7]。实验表明，暴露β细胞于H2O2中，可增加P21（一种细胞周期依赖激酶的抑制剂）的表达，降低胰岛素mRNA的水平、细胞内ATP水平、胞浆和线粒体内Ca2＋浓度，抑制胰岛素分泌，并引起细胞凋亡[18]。胰岛素表达受两个关键蛋白的调控，一个是PDX-1，一个是RIPE-3P1激活子MafA，它们能与胰岛素mRNA的启动子结合，调控胰岛素基因表达[19]。氧化应激下调了胰岛PDX-1的表达，上调了抑制胰岛素启动子活性的转录因子C/EBPβ水平，从而抑制胰岛素基因的表达，降低胰岛素水平[7]。

胰岛素分泌还受其它通路调节，线粒体氧化代谢是糖刺激胰岛素分泌的一个重要机制。糖进入细胞后，经过糖酵解生成丙酮酸，丙酮酸进入线粒体进行三羧酸循环，这个过程中电子转移给NADH和FADH2，通过四个电子传递链复合物进行传递，电子最终传递给氧，生成水。这个过程中质子被泵至线粒体膜间隙，形成内外膜的电化学梯度，质子顺电化学梯度内流与ATP酶偶联，产生的能量供ATP合成。UCP2是线粒体内膜上的一种跨膜蛋白，质子可以从中渗漏到线粒体基质中，使内外膜的电化学梯度降低，ATP的生成减少，从而抑制胰岛素分泌[20]。除此之外，β细胞中过量表达的UCP2，也可降低糖刺激的胰岛素的分泌，而灭活UCP2可产生相反的效应[21]。同时，在2型糖尿病病人和动物模型中，糖毒性和脂毒性使UCP2表达增加[21，22]。超氧阴离子能够激活UCP2，抑制胰岛素分泌[22]。因此，氧化应激-UCP2质子渗漏通路可能是β细胞功能受损的一个重要通路，对2型糖尿病的发生起着重要的作用（图3）。

图3 氧化应激诱导胰岛素抵抗和β细胞功能损伤机制

代表被激活或表达水平升高，代表被抑制或表达水平降低。

5. 结论和展望

糖毒性、脂毒性的一个潜在机制就是过量ROS的产生，以线粒体或非线粒体的机制发生[5,6,23]，胰岛由于其自身低的抗氧化能力，易受到活性氧的损伤。慢性过量的糖和ROS通过：（1）激活JNK/SAPK、p38 MAPK、IKKβ/NF-κB和氨基己醣通路等应激通路引起胰岛素抵抗[2,8,12]；（2）下调转录因子PDX-1和MafA，降低胰岛素基因的表达[7,19]；（3）激活UCP2，抑制胰岛素分泌[21,22]；（4）下调抗凋亡基因Bcl-XL表达，上调促凋亡基因Bad、Bid、Bik表达，从而促进β细胞凋亡[17]。因此，氧化应激与2型糖尿病发生发展关系的深入研究，将有助于进一步阐明2型糖尿病发病的分子机制。

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黑豆 · 发表于 2015-11-9 18:53:58

氧化应激:糖尿病走不出的怪圈?（中国医学论坛报）

大量研究已显示,人体在高血糖和高游离脂肪酸(FFA)的刺激下,自由基大量生成,进而启动氧化应激。氧化应激信号通路的激活会导致胰岛素抵抗(IR)、胰岛素分泌受损和糖尿病血管病变。由此可见,氧化应激不仅参与了2型糖尿病的发病过程,也构成糖尿病晚期并发症的发病机制。氧化应激与糖尿病相互促进,形成一个难以打破的怪圈。

   氧化应激诱发IR

   　　高血糖和高FFA共同导致活性氧簇(ROS)大量生成。ROS 作为类似第二信使的信号分子激活氧化还原敏感性信号通路,进而阻碍胰岛素信号转导通路,导致IR。临床上表现为外周葡萄糖利用受抑制,胰岛素敏感指数下降,糖代谢紊乱,糖尿病持续进展与恶化。

   氧化应激损伤胰岛β细胞

   　　β细胞也是氧化应激的重要靶点。β细胞内抗氧化酶水平较低,故对ROS较为敏感。ROS 可直接损伤胰岛β细胞,促进β细胞凋亡,还可通过影响胰岛素信号转导通路间接抑制β细胞功能。β细胞受损,胰岛素分泌水平降低、分泌高峰延迟,血糖波动加剧,因而难以控制餐后血糖的迅速上升,对细胞造成更为显著的损害。

   氧化应激是糖尿病血管损伤的共同途径

   　　Brownlee提出的统一机制学说认为,发生糖尿病并发症的经典途径——多元醇途径、糖基化终末产物(AGE)途径、蛋白激酶C(PKC)途径和氨基己糖途径,均是在高糖环境下,由线粒体呼吸链中氧自由基生成过多导致的结果。而这些途径也能促进自由基生成,形成恶性循环。

   　　氧化应激导致广泛的氧化损伤,促进脂质过氧化、降低一氧化氮(NO)生物活性,还可影响多种信号的转导,导致糖尿病血管组织多细胞功能异常,包括舒缩反应、通透性、基膜更新、内皮细胞生长与增殖、新生血管形成、血液流变学和凝血机制等功能异常,以上各种功能的异常是糖尿病肾病、视网膜病变、神经病变等糖尿病血管并发症的重要基础和生化机制。

   　　糖尿病加强氧化应激,氧化应激又促进糖尿病及其血管并发症的发生、发展,由此形成恶性循环。如何打破这一桎梏,走出怪圈,是广大医学工作者肩负的重任。研究应用安全可靠的抗氧化药物,已成为糖尿病治疗的新方向。

图1 共同土壤学说

　　2004年Ceriello教授提出共同土壤学说,即氧化应激是IR、糖尿病和心血管疾病的共同发病基础。

黑豆 · 发表于 2015-11-9 18:54:39

氧化应激与糖尿病视网膜病变

作者:作者：凌静，栾洁作者单位：中国江苏省南京市，东南大学附属中大医院眼科来源：医学期刊 / 五官科学

【摘要】 糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy,DR)是糖尿病最常见和最严重的微血管并发症之一，目前发病机制尚未明确。氧化应激与多种代谢异常、细胞因子活化以及细胞凋亡等关系密切并相互作用，在DR的发生、发展过程中可能发挥了关键性作用。抗氧化剂阻滞DR的作用在动物实验中得以证实，但临床试验结果却不确定。目前有大量关于氧化应激与DR的研究，并且也有众多学者致力于抗氧化剂在DR治疗作用方面的研究，本文就相关研究进展做一综述。

【关键词】 氧化应激；糖尿病视网膜病变；抗氧化剂

Oxidative stress and diabeticretinopathy

Jing Ling, Jie Luan

Department ofOphthalmology, the Affiliated Zhongda Hospital of South
EastUniversity, Nanjing 210009, Jiangsu Province, China

Abstract Diabetic retinopathy is one of the mostfrequent and severe microangium complications of diabetes mellitus, and theexact mechanism of its development remains elusive. Diabetes induced metabolicabnor malities, activation of severe cytokinesand cell apoptosis, which are implicated in the development of diabeticretinopathy, appear to be influenced by elevated oxidative stress, which playsa key role in the pathogenesis of diabetic retinopathy. There is accumulatingevidence from animal studies that antioxidants have beneficial effects on thedevelopment of diabetic retinopathy, but the results from clinical trials areambiguous. We focused on the relationship between oxidative stress and diabeticretinopathy and the potential ofantioxidants.

KEYWORDS

xidative stress;diabeticretinopathy;antioxidants

Ling J, Luan J.Oxidative stress and diabetic retinopathy. Int J

Ophthalmol(GuojiYanke Zazhi) 2008;8(11):2312 2315

0引言

糖尿病患者因糖代谢障碍导致全身各组织器官的微血管发生病变，其中糖尿病视网膜病变（diabetic retinopathy，DR）是其最严重的微血管并发症之一[1]，也是目前发达国家成人致盲的主要原因[2]。目前DR的发生机制尚未明确，Brownlee[3]提出的糖尿病慢性并发症的统一机制学说认为：引起糖尿病各并发症的四条经典通路，即多元醇通路激活、晚期糖基化终末产物（AGEs）增加、蛋白激酶C(PKC)激活、氨基己糖途径，实质上都是高糖诱导过氧化物过表达的结果，氧化应激是糖尿病并发症发生、发展的重要因素[4]。

1氧化应激

在生理状况下，呼吸链电子传递过程中可以产生超氧离子（O2-）（占耗O2的1%～4%），体内其他物质（如黄嘌呤）氧化时也可产生O2-。O2-可进一步生成H2O2和羟自由基（·OH）等，统称为活性氧（reactive oxygen species，ROS）。细胞在维持其正常功能的过程中均在不停地制造ROS，而正常的氧化代谢中产生的ROS都能被体内有效的清除系统清除。若ROS产生和清除之间的失衡，就会导致ROS水平升高，引起组织损伤，即发生氧化应激。ROS化学性质活泼，很快就会与周围物质反应，故难以直接检测。而DNA、蛋白质和脂类受到氧化损伤后生成的氧化产物可以作为反映氧化应激的标志物。8羟基脱氧鸟苷酸(8OHdG)，在体内较为稳定、易于检测，被视为DNA氧化损伤的生物标志物。蛋白质氧化损伤的一个重要标志物是硝基酪氨酸(NT)。脂质的过氧化产物大部分源于不饱和脂肪酸，易于分解为一些化合物，其中包括异前列腺素类分子、正构醛、丙二醛、丙烯醛等。

2糖尿病中的氧化应激

目前已经有很多研究都证实了糖尿病时，O2和上述氧化应激间接标志物的表达都是增加的。动物研究表明糖尿病新西兰家兔血浆中的O2-和F2异前列腺素（一种异前列腺素类分子）水平较对照组升高[3]。Nishikawa等[6]研究发现，高糖可以作为一个独立因素而引起2型糖尿病患者血浆和尿中的8OHdG水平增高。针对1型糖尿病患者的研究发现，血浆NT水平升高[7]，尿中的F2异前列腺素水平明显升高，使用胰岛素控制血糖后F2异前列腺素明显下降，但仍高于正常对照组[8]。这些都直接或间接证实了糖尿病时氧化应激的存在。糖尿病的氧化应激可能源自于葡萄糖自氧化作用、氧化还原反应平衡的偏移、组织中抗氧化剂[例如还原型谷胱甘肽(GSH)，维生素E]的减少以及抗氧化防御系统相关酶[例如超氧化物歧化酶(SOD)、过氧化氢酶（CAT）]的活性下降[9]。

3氧化应激与糖尿病视网膜病变

视网膜有大量的多不饱和脂肪酸，而且摄氧量和葡萄糖氧化作用均高于其他组织，这使得视网膜对于氧化应激更加敏感。Du等[10]研究发现，在糖尿病大鼠视网膜和高糖培养的传代视网膜Müller细胞、牛视网膜内皮细胞中，O2的水平都是升高的。Kowluru等[11]研究表明即使糖尿病大鼠血糖控制良好，视网膜中增多的氧化应激标志物仍不会明显下降，这说明氧化应激不仅参与了DR的发病过程，还与代谢记忆现象（血糖控制良好后DR仍不可逆）相关。糖尿病时，视网膜中的抗氧化防御酶（包括SOD、CAT、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽过氧化物酶）均减少[9]。另外，在高糖诱发的氧化应激中，非酶类的抗氧化剂(例如维生素C、维生素E、胡萝卜素等)在人体血液中的浓度也明显下降[12]。所以目前认为氧化应激是DR发病机制中的一个关键环节。

3.1氧化应激与多条代谢通路的关系氧化应激除了损伤生物大分子外，还和与DR密切相关的代谢通路有着错综复杂的关系，这其中包括多元醇途径、晚期糖基化终产物（AGEs）途径、蛋白激酶C（PKC）途径、氨基己糖途径等。

3.1.1多元醇途径多元醇途径是葡萄糖代谢途径之一，涉及葡萄糖向山梨醇的转变过程，此反应中醛糖还原酶是限速酶。糖尿病中增加的多元醇途径之所以会增强氧化应激，是因为醛糖还原酶需要NADPH，而多元醇途径活性增强通过和谷胱甘肽还原酶竞争NADPH而导致NADPH相对不足，这样胞内的抗氧化剂GSH的再生受到限制[13]。而醛糖还原酶抑制剂可以对抗糖尿病患者视网膜中蛋白质和DNA的氧化损伤[14]。

3.1.2 AGEs途径 AGEs是葡萄糖及其自身氧化后的酮糖和蛋白质副链通过非酶促反应形成的，并随着葡萄糖的增加而增加。在视网膜病变的晚期，AGEs不可逆转地存在并且在视网膜毛细血管细胞内堆积，AGEs途径被认为是通过激活核转录因子NF κB继而导致进一步的细胞损伤来产生过量的ROS[15]。AGEs增加视网膜血管细胞的蛋白质氧化损伤并促发一系列通过激活NF κB和caspase 3而导致视网膜毛细血管细胞凋亡的事件[16]。

3.1.3 PKC途径高糖增加ROS的产生以及甘油二酯的合成，进而增强PKC的活性。激活的PKC会引起一系列DR特征性的改变，包括血管渗出增多，血流量增加，激素水平和生长因子受体再循环的改变，刺激新生血管形成，内皮细胞增殖和凋亡，以及一系列因子例如血管内皮生长因子（VEGF）、胰岛素样生长因子 1（IGF 1）和转化生长因子（TGF β）活动的调节。Wu等[17]研究发现PKCβ特异性抑制剂（LY333531）可以通过抑制PKC活性来预防糖尿病引发的氧化应激。此外，动物研究表明缺乏PKCβ类似物的大鼠不出现糖尿病引发的氧化应激[18]。这些资料都表明PKC与氧化应激确有联系，支持PKC在ROS介导的糖尿病并发症中发挥作用。

3.1.4氨基己糖途径 ROS抑制3 磷酸甘油醛脱氢酶(GAP DH)，导致所有糖酵解的产物转向氨基己糖途径，产生二磷酸尿嘌呤 N 乙酰葡萄糖胺（UDP GlcNAc），而UDP GlcNAc是包括转录因子在内的细胞内因子转录后修饰的底物。激活的氨基己糖途径产生的氨基葡萄糖可增加H202水平，而抗氧化治疗可以阻滞氨基己糖途径所致的糖基化作用和其他有害作用[19]。但是目前关于氨基己糖途径在DR发生发展过程中发挥的作用的研究仍然较少。

3.2氧化应激与细胞因子的关系 DR的发生发展受到多种细胞因子的影响，而氧化应激与这些细胞因子之间也有着密切的关系。

3.2.1血管内皮生长因子血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor,VEGF）是一种血管生成诱导剂，对于视网膜色素上皮细胞有促有丝分裂作用，还可以增加血管通透性[20]。不论是非增殖性DR还是增殖性DR，它都在其中发挥着介质和起始因子的作用，临床及动物实验均已证实DR个体眼内特别是视网膜局部存在高水平的VEGF[21]。在糖尿病微血管并发症中，氧化应激在高糖引发的VEGF病理学作用过程中发挥了一定的作用。ROS可以导致大鼠视网膜神经节细胞层、内核层以及色素上皮细胞（RPE）层以及体外的人的RPE、牛血管平滑肌细胞中VEGFmRNA和蛋白的表达上调，而使用抗氧化剂可以抑制这种上调[22]。

3.2.2色素上皮衍生因子色素上皮衍生因子（pigment epithelium derived factor,PEDF）被认为是最有效的天然的血管抑制因子，也被证明与主要的血管刺激因子VEGF之间存在一种互逆的调节[23]。近年来的研究一致认为在DR中PEDF是一个保护性因子，且很多研究认为它的保护作用是通过抗氧化的特性来实现的[21]。Amano等[24]进行的细胞培养研究表明，PEDF可以保护周细胞免受AGEs的损伤；AGEs或ROS可抑制视网膜周细胞内PEDFmRNA的表达，造成PEDF水平下降，而PEDF水平的下降又可以进一步加剧氧化应激诱导的周细胞凋亡及功能障碍，继而促进DR的发展[25]。

3.2.3胰岛素样生长因子 1 胰岛素样生长因子 1（insulin like growth factor 1,IGF 1）是一种具有胰岛素样作用的多肽类因子，对于内皮细胞有直接促有丝分裂作用，包括促进细胞增殖、分化以及新生血管形成，还可以通过激活PKC刺激葡萄糖转运至视网膜微血管内皮细胞内，并可以调节VEGF活性的表达[26]。尽管IGF 1在DR发病机制中的确切作用尚不明朗，但是氧化应激可能通过PKC途径调控IGF 1。

3.3氧化应激和细胞凋亡在疾病的特征性组织病理学改变出现之前，细胞往往就已经出现凋亡加快，DR也是如此。暴露在高糖环境的周细胞和内皮细胞或者糖尿病动物都发现氧化应激增加，caspase 3活性增加以及其他转录因子表达增加，这些都会导致毛细血管细胞死亡[27,28]。在糖尿病小鼠视网膜微血管中观察到dUDP切口末端转移酶标记物（TUNEL）阳性细胞[29]。一些生物化学研究也证明了糖尿病视网膜中Bax（一种促凋亡蛋白）表达的增加，这是凋亡在组织学上的证据[30]。

尽管DR的确切信号步骤还不明确，但是已发现视网膜细胞凋亡与氧化应激活化caspase家族和NF κB是相关的，糖尿病时抑制过氧化物的堆积可以阻滞视网膜毛细血管细胞的凋亡[31]。氧化应激导致凋亡增加的机制很复杂，可能与膜脂质过氧化作用、细胞生存所需大分子的损伤、信号转导和基因表达的改变相关。ROS可以通过改变细胞氧化还原电位、消耗GSH和降低ATP水平来导致细胞凋亡。ROS的释放增加视网膜细胞线粒体的通透性，触发细胞色素C从线粒体中释放，Bax移位至线粒体，继而通过激活caspase家族而导致细胞凋亡，在糖尿病视网膜以及视网膜毛细血管细胞中均发现胞质中细胞色素C和线粒体中Bax的表达增加[32]。

Caspase家族是一组介导细胞凋亡必需的半胱氨酸蛋白酶，目前认为它们对于氧化应激非常敏感。ROS导致的线粒体功能障碍，使得细胞色素C由线粒体释放至细胞质，激活caspase 9，进而引发一系列激活caspase 3的级联效应，而caspase 3发挥的是裂解DNA的作用。糖尿病大鼠视网膜中caspase3是被激活的，而给予抗氧化剂的治疗也抑制了caspase 3的活性[28]，这表明氧化应激增强可以通过caspase3途径促进视网膜细胞凋亡。

另一种细胞凋亡介导物是对于氧化还原反应敏感的NF κB。尽管NF κB是发挥阻滞还是促进凋亡的作用取决于细胞类型和疾病状态，多数研究认为糖尿病导致的视网膜以及视网膜毛细血管细胞中NF κB激活是促进细胞凋亡的。有研究[27]发现，在细胞凋亡或者发现组织病理学改变之前，高糖培养的视网膜毛细血管内皮细胞和周细胞或者糖尿病动物视网膜中NF κB即已被激活，在病理组织学进展的同时NFκB的激活一直在持续，而给予抗氧化剂治疗可以在不改善血糖的情况下抑制NF κB的激活，表明NF κB的激活是DR的一项早期征象，抗氧化剂的治疗潜能也可能包含了抑制NFκB以及其下游路径的激活。

4抗氧化剂治疗糖尿病视网膜病变

大量研究都提示，氧化应激是DR发生发展过程中的重要因素，而抗氧化剂可以抑制ROS的生成、清除自由基、增强抗氧化防御系统的功能，所以恰当地使用抗氧化剂在治疗DR方面具有很大的潜能。

α硫辛酸是一种对于巯基二硫键转换起作用的抗氧化剂。它可以清除ROS，还原谷胱甘肽来维持一个健康的细胞氧化还原状态。它分布到线粒体内，充当线粒体酶复合体中一个关键的辅助因子，而且可以通过糖酵解途径再生。对于糖尿病大鼠的研究提示，α硫辛酸可以抑制大鼠视网膜毛细血管细胞凋亡，减少无细胞性毛细血管的数量，抑制DNA氧化修饰，降低8OHdG水平，降低VEGF和氧化修饰蛋白水平，并完全阻滞糖尿病诱导的NT增高和NFκB的激活。表明长期给予α硫辛酸可以抑制视网膜病变的发展[33]。

除了能减少微血管损害以外，复合抗氧化剂(包括维生素C、α维生素E、Trolox、N乙酰半胱氨酸、β胡萝卜素和硒)还可以消除糖尿病诱发的视网膜PKC和NO的增加[9]，抑制NFκB[27]和caspase3[28]的表达。

基因研究表明在小鼠中增加线粒体SOD的表达可以填补糖尿病诱导视网膜氧化应激中减少的部分，并且可以防止线粒体功能障碍[25]，这项研究在药理学方面提升了MnSOD类似物用于阻滞DR的可能性。

目前研究的还有绿茶多酚、锌、尼卡那汀等，大量动物实验证明了抗氧化剂有阻滞视网膜病变进展的积极作用，但是临床试验的结果却不确定，可能同抗氧化剂的起效滞后于临床前期视网膜病变的发生以及抗氧化剂的浓度不适宜有关。抗氧化剂在用于治疗DR仍然需要更多、更进一步的临床试验，以确定恰当的剂量以及确认这种治疗是否能够延缓疾病的进展、改善患者的预后等。

5总结

DR的确切机制目前仍不明了，但是氧化应激是其中的一项重要环节，抗氧化治疗可以减轻氧化应激，在治疗DR中有很大的潜能，但是仍有待进一步的研究。深入对于氧化应激的认识和研究，对于探索DR的发病机制以及治疗和预防这种严重危害人类视力的疾病都具有重要的意义。

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