论糖尿病慢性并发症与细胞凋亡及相关基因关系

1、论糖尿病慢性并发症与细胞凋亡及相关基因关系    论文关键词：糖尿病；糖尿病肾病；糖尿病心脏病；糖尿视网膜病变；糖尿病神经病变 论文摘要：细胞凋亡是糖尿病慢性并发症发病机制之一。糖尿病肾病(DN)、糖尿病心肌病、糖尿病视网膜病变(DR)、糖尿病神经病变等多种DM慢性并发症的发生与细胞凋亡密切相关。其中凋亡相关基因BCL-2、Bax、Fas、BCL-XL、Pax-3及一些胞内信号转导分子等可能对组织细胞的凋亡进行调控。  糖尿病慢性并发症发病机制极为复杂，细胞凋亡是近年来关注的又一热点。由糖尿病引起的细胞凋亡有3种途径：一是有

2、线粒体介导的内源性细胞凋亡激活途径，二是由死亡配体和死亡受体结合的外源性细胞凋亡激活途径，三是由内质网介导的细胞凋亡激活途径。本文对糖尿病肾病(Diabetic nephropathy，DN)、糖尿病心肌病、糖尿病视网膜病变(Diabetic retinopatthy，DR)、糖尿病神经病变等多种糖尿病(DM)慢性并发症与细胞凋亡的关系进行阐述，以期为中医药措施的干预治疗提供参考。  1 细胞凋亡与糖尿病肾病 糖尿病肾病(DN)是DM的主要慢性并发症之一，超过了30%的终末期肾功能衰竭是由糖尿病肾病所致。肾小管上皮细胞在高血糖状态下，

3、抗凋亡基因BcL-2、BcL-x表达降低，而促凋亡基因Bax表达增加，从而使细胞凋亡数目增加，故认为DM高血糖状态下的代谢紊乱改变了凋亡调节基因的表达，使细胞凋亡增加是发生DN的原因之一。近来的研究证实肾小球内足细胞的缺失是早期DN的特点，此特点也就决定了DN是一个逐渐加重的过程。那么在DN早期是什么原因引起了肾小球内足细胞的缺失呢?在1型DM(Ins2Akita Akita mice)和2型DM (Leprdb/db db/db mice)大鼠在高血糖状态下足细胞的凋亡显著增加。由葡萄糖诱导的活性氧自由基(reactive oxyg

4、en species，ROS)产物在体内及体外均激发了足细胞的凋亡和衰竭。这一结果暗示足细胞的凋亡和衰竭代表了1型DM和2型DM大鼠糖尿病肾病的一个新的早期的病理机制。首次证明过氧化物酶体增生物激活受体PPARa是核受体家族配体基因的一个成员，其可使过氧化物酶体增殖，这种增殖可在肾脏显著的表达，并且在脂质代谢和血糖内环境的稳定起了很重要的作用。通过使用已敲除PPARa的大鼠及体外培养肾小球系膜细胞，证实PPARa在DN发病机制中的作用，发现PPARa的不足，加速了DN的进展，这是因为PPARa的不足引起了甘油三酯的浓度、循环游离脂肪酸、炎症反应及胞外基质形成增加、肾小球的凋亡所致。提

5、示促PPARa药物可以作为治疗1型糖尿病肾病的一个有效措施。研究发现还原型辅酶(NADPH)氧化酶的长期抑制阻止了肾小球足细胞的凋亡，改善了足细胞功能的衰竭、肾小球系膜间质的增厚及单侧丧失排泄能力(VAE)(in db/db mice)。另外足细胞的凋亡程度与尿蛋白漏出量相一致，并且足细胞的凋亡先于足细胞的丢失(in Akita 减少37%，db/db 减少27%)1-2。  2细胞凋亡与糖尿病心肌病 成年大鼠的心肌细胞对升高的血糖浓度和饱和的十六烷酸(软脂酸)是敏感的。十六烷酸通过重新形成神经酰胺的结构和激活线粒

6、体凋亡通路而诱发心肌细胞凋亡。高血糖和软脂酸促进了肌纤维组织和肌原纤维节的混乱，就象在心衰性心肌病中看到的那样。因此高糖和脂毒性在DM心肌细胞凋亡中起到了关键性作用。高血糖直接诱发了细胞凋亡，高血糖所引起的心肌细胞的凋亡至少部分是通过ROS(Reactive oxygen species)刺激了细胞色素C激活caspase-3通路而形成的3-4。  3细胞凋亡与糖尿病视网膜病变  DR的发生发展与视网膜毛细血管内皮细胞、周细胞、神经细胞的凋亡有着密切的联系。 凋亡相关基因BCL-2和Bax在早期DM大鼠视网膜血管和神经细胞的

7、表达随病程的进展逐渐增强，二者在糖尿病视网膜细胞凋亡中起到重要作用。AR(Alclse Recluctase)在早期DR发病机制中起着主要作用，引起了一系列视网膜损害，包括周细胞(pericytes，PCs)丢失，视网膜神经细胞凋亡，神经胶质再激活以及新血管形成等。周细胞的凋亡是DR的早期事件。PCs的凋亡被认为是持续高血糖的结果。研究发现在高糖状态下培养周细胞7天，发现细胞凋亡显著。为进一步检查软脂酸浓度的升高对DR细胞凋亡的影响，有人用0.4mmol/L软脂酸培养24h周细胞，观察视网膜细胞的氧化应激及细胞凋亡的情况，结果发现软脂酸诱导的PCs细胞凋亡与NAD(D)H氧化酶、NF

8、-Kb激活及神经酰胺的增多有关，这些分子之间的更精确的关系有待进一步的研究。另外DR患者的结构性视网膜胰岛素受体(AKt)信号传导通路逐渐受到损伤，这种变化是通过AKt激酶的激活而引起，并暗示信号传导通路的丧失多发生在DR初期阶段5-8。  4 细胞凋亡与糖尿病神经病变  大约50%80%DM患者都伴有一定的神经性疾病，这主要是由于DM所引发的神经细胞凋亡所致，其中包括大脑中枢神经细胞和外周神经细胞的凋亡。 DM会促进大脑神经细胞的凋亡，凋亡主要发生在大脑局部缺血的阴影区(ischemic penumbral zo

9、ne，IPZ)以及大脑中线区域。糖尿病神经病变患者血清中的免疫球蛋白对成神经细胞瘤NIE-115细胞具有毒性作用，病变以细胞凋亡的形式发生，NIE-115细胞膜中包含Fas，糖尿病神经病变患者血中包含Fas调节的凋亡的激活因子，可能参与糖尿病神经病变的发病机制。 糖尿病患者背根神经节(DRG)中神经元细胞凋亡的数目显著增加，认为细胞凋亡同样发生于DM周围神经病变中。通过实验发现DM神经病变患者神经元细胞中BCL-2水平显著下降，而BCL-XL和Bax水平与正常人相比没有什么显著变化，同时伴随着神经元细胞色素C从线粒体向胞质的易位。所有这些变化都联系着线粒体的功能异常9-11。

10、0; 5其 他 糖尿病除了会引发上述组织细胞凋亡外，还会引发外周血细胞、性腺细胞、肝细胞和脾细胞等组织细胞的凋亡。把肝细胞和脾细胞分别培养在正常血糖物质的量浓度(5.5mmol/L)和高血糖物质的量浓度(25mmol/L)培养液中96h后进行检测，发现在高浓度葡萄糖培养液中的肝细胞和脾细胞凋亡显著增加，同时BCL-2基因及与其相关的BCL-x基因的表达明显下降，引发肝和脾组织的病变。细胞凋亡也是胚胎形成的一个重要调节机制，某些凋亡调节基因的表达发生变化可导致先天性畸形或其他病理状态12-13。 总之，细胞凋亡在糖尿病慢性并发症中发挥着重要的作用，但其机制

11、未完全阐明，凋亡相关基因BCL-2、Bax、Fas、BCL-XL、Pax-3及一些胞内信号转导分子等可能对组织细胞的凋亡进行调控。但其研究大多只限于动物实验阶段，其具体机制尚待进一步探讨。  参考文献 1 Katalin Susztak，Amanda C，Raff. Glucose-Induced Reactive Oxygen Species Cause Apoptosis of Podocytes and podocyte 

12、;Depletion at the onset of Diabtic NephropathyJ. Diabetes，2006，55：225-233. 2 Cheol Whee Park，Hyeong wook kim. Accelerate Diabetic Nephropathy in Mice Lacking the peroxisome proliferator-Acti

13、vated ReceptoraJ. Diabetes，2006，55：885-893. 3 Danida Dyntar，monika Eppenberger-Eberhardt. Glucose and Palmitic Acid induce Degeneration of Myofibrils and Modulate Apoptosis in Rat Adult cardiomyo

14、cytesJ. Diabetes，2001，50：2105-2113. 4 Lu cai，Wei Li. Hyperglycemia-Induced Apoptosis in Mouse MyocardiumJ. Diabetes，2002，51：1938-1948. 5 Liu X Z，Xiao H. Expression of apoptosis-related genes Bcl&

15、#160;2 and bax in the retinas of early diabetic ratsJ. Chiese Journal of Rehabilitation(Eng) ，2003，7：24-27. 6 Alvin K H Cheung，maggie K L Fung. Aldose Reductase Deficiency

16、0;prevents Diabetes-induced Blood-Retinal Barriar Breakdown，Apoptosis，and glial Reactivation in the Retina of db/db MiceJ.Diabetes，2005，54：3119-3125. 7 Jose M Cacicedo，Sunun Benjachareowong. Palmitate-Induced&#

17、160;Apoptosis in Cultured Bovine Retinal PericytesJ. Diabetes，2005，54：1838-1845. 8 Chad E N Reiter，Xiahua Wu. Diabetes Reduces Basal Retinal Insulin Receptor SignalingJ.Diabetes，2006，55：1148-1156. 9&#

18、160;WANG G X，LI G R.Characterization of neuronal cell death in normal and diabetic rats following experimental focal cerebral ischemiaJ.Life sciemles，2001，69：2801-2810. 10 Pittenge GL，Liu

19、60;D. The apoptotic death of neuroblastma cells caused by serum from patients with Insulin dependent diabetes and neuropathy may be Fas-mediatedJ. J Neuroimmunol，1997，76：153-160. 11 Shanthi Scriniva-san，Martin Stevens. Diabetic peripheral neuropathy Evidence for Apoptosis and Associated Mitochondrial DysfunctionJ.Diabetes，20