陳振宇綜述，湯禮軍審校

糖尿病慢性并發(fā)癥（diabetic chronic complication，DCC）如糖尿病眼病、糖尿病腎病、糖尿病神經(jīng)病等嚴(yán)重影響著糖尿病患者的健康和生命，是糖尿病患者致死、致殘的主要原因。DCC發(fā)病機(jī)制錯綜復(fù)雜，存在著多種學(xué)說，主要包括多元醇通路（polyol pathway,PP）、氧化應(yīng)激（oxidative stress，OS）、蛋白激酶C、蛋白質(zhì)非酶糖基化等學(xué)說。各種學(xué)說之間相互聯(lián)系，相互促進(jìn)，共同參與DCC的發(fā)生發(fā)展。近年來的研究熱點(diǎn)又轉(zhuǎn)移到了醛糖還原酶（aldose reductase，AR）活性增強(qiáng)所致PP 的激活與氧化應(yīng)激的關(guān)系上。本文主要對在DCC 中PP 與氧化應(yīng)激之間的關(guān)系做一綜述。

1 氧化應(yīng)激與多元醇通路

氧化應(yīng)激是指機(jī)體活性氧基團(tuán)（reactive oxygen species，ROS）產(chǎn)生增多和/或清除減少,同時機(jī)體抗氧化能力下降，打破了機(jī)體氧化和抗氧化之間的動態(tài)平衡，從而造成對機(jī)體的氧化損傷，導(dǎo)致正常生命活動紊亂而形成的一種應(yīng)激狀態(tài)［1］。ROS是指羥自由基、過氧化氫、超氧陰離子等活性含氧化合物的總稱。正常狀態(tài)下,機(jī)體自由基的產(chǎn)生和清除保持平衡，而糖尿病高糖環(huán)境時，通過線粒體中糖氧化及葡萄糖自身氧化的增加，己糖胺途徑、多元醇通路的激活，蛋白激酶C 的活化等機(jī)制,導(dǎo)致機(jī)體產(chǎn)生大量自由基，同時機(jī)體抗氧化能力下降,谷胱甘肽過氧化酶、超氧化物歧化酶、過氧化氫酶等抗氧化酶活性降低,維生素C、谷胱甘肽（GSH）等抗氧化劑水平也有不同程度的下降［2］。故高糖狀態(tài)時，機(jī)體通過以上變化，打破了機(jī)體氧化和抗氧化之間的動態(tài)平衡，造成對細(xì)胞和組織的氧化損傷,最終導(dǎo)致DCC 如糖尿病眼病、糖尿病腎病、糖尿病神經(jīng)病等相關(guān)疾病的發(fā)生發(fā)展。

PP 是機(jī)體葡萄糖代謝途徑之一，其中醛糖還原酶（aldose reductase，AR）、山梨醇脫氫酶（sorbitol dehydrogenase，SDH）共同參與了該通路的代謝過程，在此代謝過程中，葡萄糖不再被己糖激酶催化成6-磷酸葡萄糖，而是在AR和還原型輔酶Ⅱ（NADPH）的作用下，將其還原為山梨醇，然后在SDH 和氧化型輔酶I（NAD+）的作用下，山梨醇被氧化為果糖［3］。以上是PP 的一個完整代謝過程，而AR 是該過程的關(guān)鍵酶。機(jī)體血糖正常時，AR 活性較低，此時只有不到3%的葡萄糖進(jìn)入該通路，而在高糖環(huán)境下，AR的活性則顯著增強(qiáng)，此時PP被激活，大約有30%的葡萄糖進(jìn)入了該通路，生成大量的山梨醇，而SDH活性并沒有相應(yīng)增強(qiáng)，就造成了山梨醇在細(xì)胞內(nèi)大量堆積［4］。山梨醇是強(qiáng)極性化合物，具有很強(qiáng)的滲透性,其在細(xì)胞內(nèi)積聚一方面可以使細(xì)胞發(fā)生滲透性腫脹及滲透性損傷,另一方面還會造成肌醇、K+丟失，Na+-K+-ATP酶活性降低，從而導(dǎo)致細(xì)胞結(jié)構(gòu)的完整性和功能受到影響，最終引發(fā)機(jī)體一系列病變［5］。

2 在轉(zhuǎn)基因糖尿病小鼠中多元醇通路與氧化應(yīng)激之間的關(guān)系

正常情況下，小鼠晶狀體中PP關(guān)鍵酶AR表達(dá)水平較低，并且小鼠自身具有抵抗發(fā)展為糖尿病白內(nèi)障的能力。為了證明PP在糖尿病白內(nèi)障發(fā)病機(jī)制中的作用及PP與氧化應(yīng)激之間的關(guān)系，Lee等［6］研發(fā)了在晶狀體中高表達(dá)ARCDNA的轉(zhuǎn)基因小鼠。血糖正常時，沒有發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因小鼠晶狀體有形態(tài)學(xué)的異常，意味著高表達(dá)AR 對晶狀體沒有產(chǎn)生有害的作用。但是對轉(zhuǎn)基因小鼠腹腔注射鏈脲佐菌素，使其發(fā)展為糖尿病鼠后，轉(zhuǎn)基因小鼠白內(nèi)障的發(fā)病率與其晶狀體內(nèi)AR 的表達(dá)成正相關(guān)，這就表明AR 是糖尿病白內(nèi)障發(fā)病機(jī)制的關(guān)鍵酶。用這些轉(zhuǎn)基因糖尿病小鼠和普通糖尿病小鼠進(jìn)行對比，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因糖尿病小鼠晶狀體中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽過氧化酶等抗氧化酶活性均明顯低于普通糖尿病小鼠，而脂質(zhì)過氧化產(chǎn)物丙二醛卻明顯高于普通糖尿病小鼠。當(dāng)把SDH缺陷突變基因引進(jìn)轉(zhuǎn)基因糖尿病小鼠時，其晶狀體中谷胱甘肽過氧化酶和丙二醛水平在一定程度上得到了改善。此結(jié)果表明，PP 在糖尿病白內(nèi)障的發(fā)病機(jī)制中起到了重要作用，同時PP 對晶狀體氧化應(yīng)激也起到了一定的作用。

Chung 等［7］利用AR 基因敲除鼠，通過檢測神經(jīng)傳導(dǎo)速率和神經(jīng)組織的病理改變，證明了PP 在糖尿病神經(jīng)病發(fā)病機(jī)制中的作用及PP與氧化應(yīng)激之間的關(guān)系。當(dāng)這些AR基因敲除鼠被誘導(dǎo)成糖尿病鼠后，其神經(jīng)傳導(dǎo)速率并沒有降低，神經(jīng)組織也沒有出現(xiàn)明顯病理改變；而當(dāng)普通小鼠被誘導(dǎo)成糖尿病鼠后，神經(jīng)傳導(dǎo)速率卻顯著降低，部分神經(jīng)組織出現(xiàn)神經(jīng)細(xì)胞水腫及纖維變性壞死，表明AR基因缺陷能夠阻止這些糖尿病小鼠發(fā)展為糖尿病神經(jīng)病。在普通糖尿病小鼠的神經(jīng)組織中抗氧化劑谷胱甘肽（GSH）水平明顯降低，而AR基因敲除糖尿病小鼠GSH水平?jīng)]有發(fā)生變化。此結(jié)果表明，PP 在糖尿病神經(jīng)病的發(fā)生發(fā)展中起到了重要作用，同時PP 對神經(jīng)組織氧化應(yīng)激也起到了一定的作用。

3 多元醇通路與氧化應(yīng)激之間聯(lián)系的可能機(jī)制

Lee、chung 等已經(jīng)證明糖尿病時，在晶狀體和神經(jīng)組織中，PP 對氧化應(yīng)激起到了重要的作用。這種作用可能通過以下三條途徑來實(shí)現(xiàn)：（1）AR的激活需要消耗還原型輔酶Ⅱ（NADPH），而谷胱甘肽還原酶將氧化型谷胱甘肽（GSSG）催化生成谷胱甘肽（GSH）時也需要消耗NADPH，AR與谷胱甘肽還原酶競爭性的利用NADPH，然而在高糖環(huán)境下大約有30%的葡萄糖進(jìn)入了PP，促使大量的NADPH被AR消耗，從而使GSH生成減少，導(dǎo)致了自由基清除減少［8］。（2）山梨醇通過SDH氧化成果糖時，也引起了機(jī)體氧化應(yīng)激，因?yàn)榇诉^程消耗NAD+，生成還原型輔酶I（NADH），而NADH 是生成活性氧（ROS）的重要底物［9］。（3）PP過程中產(chǎn)生的果糖可被磷酸化為3-磷酸果糖,3-磷酸果糖水解后形成3-脫氧葡萄糖醛酮（3-DG），再經(jīng)過重組、脫氫、交聯(lián)等一系列反應(yīng),最終形成不可逆的晚期糖基化終末產(chǎn)物（AGEs），而AGEs 可通過自氧化以及與其細(xì)胞膜上的受體結(jié)合，產(chǎn)生大量的羥基和超氧陰離子等活性自由基［10］。已證實(shí)體外應(yīng)用醛糖還原酶干擾RNA以及醛糖還原酶抑制劑均可抑制氧化應(yīng)激活性氧水平［11］。同時糖尿病高糖環(huán)境下，氧化應(yīng)激也可以促進(jìn)AR活性增強(qiáng)及ARmRNA 的表達(dá)增加［12］。國內(nèi)已有學(xué)者運(yùn)用抗氧化劑通過減輕高糖培養(yǎng)下系膜細(xì)胞的氧化應(yīng)激而降低了AR 的活性［13］。因此我們認(rèn)為，高糖導(dǎo)致AR 活性的異常升高和ARmRNA表達(dá)增加，從而引起PP的激活,PP的激活加劇氧化應(yīng)激,反過來氧化應(yīng)激又影響AR 的活性及ARmRNA表達(dá)，兩者相互聯(lián)系、相互促進(jìn)，形成惡性循環(huán)，共同參與DCC的發(fā)生發(fā)展。

4 相關(guān)藥物治療

4.1 抗氧化劑 在大量的動物實(shí)驗(yàn)和臨床研究中均已明確證實(shí)，抗氧化劑可通過直接清除機(jī)體已經(jīng)產(chǎn)生的自由基或抑制機(jī)體自由基的產(chǎn)生，提高機(jī)體抗氧化能力，從而達(dá)到減輕糖尿病時機(jī)體氧化應(yīng)激的目的［14］。有研究顯示，臨床常用藥物如他汀類、噻唑烷二酮類、鈣通道阻滯劑、AngⅡ受體拮抗劑、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑等具有較強(qiáng)的抗氧化作用，他汀類可減少超氧化物的產(chǎn)生并增加NO的生物學(xué)效應(yīng)；噻唑烷二酮類可清除機(jī)體過多的自由基；鈣通道阻滯劑可減少AGEs受體基因的表達(dá)，從而減少ROS的產(chǎn)生；AngⅡ受體拮抗劑、血管緊張素轉(zhuǎn)換酶抑制劑則可通過阻斷NADPH 氧化酶通路來減輕機(jī)體氧化應(yīng)激［15］。另外，維生素E、維生素C、α-硫辛酸、GSH 也是臨床應(yīng)用得比較多的抗氧化劑。雖然抗氧化劑已經(jīng)被證實(shí)可以較好的防治DCC，但是其種類繁多，為了盡可能的為病人提供更準(zhǔn)確、更高效的治療，減輕病人不必要的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，如何根據(jù)不同的糖尿病病人及發(fā)病的不同時期，選擇最合適的藥物，達(dá)到最理想的治療效果，還有待進(jìn)一步研究。

4.2 醛糖還原酶抑制劑 大量動物實(shí)驗(yàn)已證實(shí)，醛糖還原酶抑制劑（ARI）對于糖尿病許多并發(fā)癥都有防治作用。它可以通過抑制PP 的異常激活，改善神經(jīng)營養(yǎng)因子的缺乏,以恢復(fù)受損神經(jīng)纖維的再生能力；改善微血管血流動力學(xué)異常，以減輕腎小球小動脈擴(kuò)張，使腎小球?yàn)V過率恢復(fù)正常；改善視網(wǎng)膜中微血管的通透性，以防止視網(wǎng)膜中蛋白的異常滲透。

ARI 可分為海因類和羧酸類。屬海因類的有索比尼爾和咪瑞司它等，屬羧酸類的有依帕司它、托瑞司它和阿司它丁等。雖然ARI 在大量的動物實(shí)驗(yàn)中取得了很好的療效，然而在臨床試驗(yàn)中卻并不理想［16］。目前通過臨床試驗(yàn)的只有依帕司它，已在日本和歐洲上市。其他的幾種ARI因療效不確切、缺乏治療的專一性或是副作用太大,而被停用或淘汰。近年來隨著對AR的空間結(jié)構(gòu)、催化機(jī)制以及活性部位的前沿性研究不斷深入，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和重組技術(shù)的日益成熟,研發(fā)出低毒、專一、高效的ARI 已逐漸成為可能，而且微生物及中草藥來源的天然ARI 在臨床治療中也取得了不錯的效果［17］。相信隨著對ARI 研究的不斷深入，更多更好的ARI 的會在不久的將來問世,在防治糖尿病慢性并發(fā)癥方面發(fā)揮重要的作用。

5 結(jié)語

DCC 的發(fā)病機(jī)制十分復(fù)雜,迄今為止的研究已證實(shí)，PP、氧化應(yīng)激是其中比較重要的機(jī)制，在DCC中所起的作用已被廣泛認(rèn)同，但其中許多機(jī)制仍不清楚。如高糖具體通過何種途徑激活A(yù)R，SDH 的抑制也能在一定程度上緩解機(jī)體氧化應(yīng)激，PP、氧化應(yīng)激與DCC發(fā)病機(jī)制的其它途徑如蛋白激酶C、晚期糖基化終末產(chǎn)物、己糖胺途徑之間錯綜復(fù)雜的關(guān)系等諸多問題仍待深入研究。相信隨著對DCC發(fā)病機(jī)制各種途徑之間關(guān)系的深入研究,DCC 發(fā)病機(jī)制的理論基礎(chǔ)將更加豐富，廣大研究人員對DCC 發(fā)病機(jī)制的認(rèn)識也將進(jìn)一步加深,有助于啟發(fā)研究人員新的研究思路，探尋藥物作用的新靶點(diǎn)及新的治療手段,對DCC的防治帶來新的希望，為廣大糖尿病患者帶來福音。

［1］Maritim AC,Sanders RA,Watkins JB.3rd Diabetes,oxidative stress,and antioxidants：A review［J］.Biochem Mol Tox-icol,2003,17（1）：24-38.

［2］Giacco F,Brownlee M.Oxidative stress and diabetic complications［J］.Circ Res,2010,107（9）：1058-1070.

［3］Dunlop M.Aldose reductase and the role of the polyol pathway indiabetic nephropathy［J］.kidney international,2006,77（58）：3-12.

［4］Satish K,Srivastava,Kota V,et al.Role of Aldose Reductase and Oxidative Damage in Diabetes and the Consequent Potential for Therapeutic Options［J］.Endocrine Reviews,2005,26（3）：380-392.

［5］Cohen MP,Klepser H,Cua E.Effect of diabetes and Sorbinil treatment on phosphol ipid metabolism in rat glomeruli［J］.Biochim Biophys Acta,1986,876（2）：226-232.

［6］Lee AY,Chung SS.Contributions of polyol pathway to oxidative stress in diabetic cataract［J］.FASEB,1999,13（1）：23-30.

［7］Ho HT,Chung SK,Law JW，et al.Aldose reductase-deficient mice develop nephrogenic diabetes insipidus［J］.Mol Cell Biol,2000,16（20）：5840-5846.

［8］Bravi M C,Pietrangeli P,Laurenti O,et al.Polyol pathway activation and glutathione redox status in non-insulin-dependent diabetic patients［J］.Metabolism,1997,46（10）：1194-1198.

［9］Morre DM,Lenaz G,Morre DJ.Surface oxidase and oxidative stress propagation in aging［J］.Exp Biol,2000,203（10）：1513-1521.

［10］Loske C,Neumann A,Cunningham A M,et al.Cytotoxicity of advanced glycation end products is mediated by oxidative stress［J］.J Neural Transm,1998,105（8-9）：1005-1015.

［11］Nambu H，Kubo E，Takamura Y，et al.Attenuation of aldose reductase gene suppresses high-glucose-induced apoptosis and oxidative stress in rat lens epithelial cells［J］.Diabetes Res Clin Pract，2008，82（1）：18-24.

［12］Nishinaka T,Yabe-Nishimura C.EGF receptor-ERK pathway is the major signaling pathway that mediates upregulation of aldose reductase expression under oxidative stress［J］.Free Rad icBiolMed,2001,31（2）：205-216.

［13］孫敏,孫晶,朱荃.抗氧化劑對系膜細(xì)胞醛糖還原酶活性的影響［J］.中國病理生理雜志，2006,22（8）：1644-1646.

［14］Evans J L,Goldfine I D,Maddux B A,et al.Oxidative stress and stress activated signaling pathways：a unifying hypothesis of type 2 diabetes［J］.Endocr Rev,2002,23（5）：599-622.

［15］Da Ros R,Assaloni R,Ceriel lo A.Antioxidant therapy in diabetic complications,what is new J?［J］.CurrVasc Pharmacol,2004,2（4）：335-341.

［16］Banditeltelli S,Boldrini E,Vilardop G,et al.A new approach against sugar cataract through aldose reductase inhibitors［J］.Exp Eye Res,1999,69（5）：533-538.

［17］Kawanishi K,Ueda H,Moriyasu M.Aldose reductase inhibitors from the nature［J］.Curr Med Chem,2003,10（15）：1353-1374.