黃子芮，潘黎明，李俊明

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院，宜昌市第一人民醫(yī)院，湖北宜昌443000)

?

·綜述·

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激在糖尿病心血管并發(fā)癥發(fā)生中作用的研究進(jìn)展

黃子芮，潘黎明，李俊明

(三峽大學(xué)人民醫(yī)院，宜昌市第一人民醫(yī)院，湖北宜昌443000)

心血管并發(fā)癥是糖尿病患者的主要死亡原因之一。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)可導(dǎo)致心肌損傷、血管損傷及心肌傳導(dǎo)系統(tǒng)異常等。近年研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高血糖可導(dǎo)致ERS的發(fā)生，ERS在糖尿病患者的心臟損傷中具有重要作用。ERS可能通過導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡、心肌纖維化、心肌細(xì)胞肥大、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、心肌傳導(dǎo)功能異常等機制參與糖尿病心血管并發(fā)癥的發(fā)生。

糖尿??；內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激；心肌細(xì)胞；細(xì)胞凋亡；心血管疾病

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激(ERS)是指由高血糖、缺血缺氧、氧化應(yīng)激、鈣穩(wěn)態(tài)紊亂及病毒感染等使細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理功能發(fā)生紊亂的一種過程。持續(xù)的ERS可導(dǎo)致心肌損傷、血管損傷及心肌傳導(dǎo)系統(tǒng)異常等。近年研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高血糖可導(dǎo)致ERS的發(fā)生，ERS在糖尿病患者的心臟損傷中可能具有重要作用?，F(xiàn)對近年來有關(guān)ERS在糖尿病心血管并發(fā)癥中作用的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1　ERS與糖尿病心血管并發(fā)癥的關(guān)系

心血管并發(fā)癥是糖尿病患者的主要死亡原因，常見的糖尿病心血管并發(fā)癥包括冠狀動脈疾病、心肌病變、心力衰竭、高血壓等。糖尿病可以促進(jìn)動脈粥樣硬化進(jìn)展，增加發(fā)生心肌梗死與心力衰竭的風(fēng)險。糖尿病可導(dǎo)致多個器官如肝臟、心臟等細(xì)胞代謝紊亂，影響線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、肌纖維內(nèi)膜等細(xì)胞器的正常功能[1]。糖尿病也可通過影響心肌細(xì)胞和血管內(nèi)皮細(xì)胞，使心臟發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能改變，如心肌肥大、心肌纖維化等，最終導(dǎo)致心力衰竭、心律失常甚至心源性死亡的發(fā)生。糖尿病心血管并發(fā)癥的發(fā)病機制復(fù)雜，長期高血糖可導(dǎo)致心肌及血管內(nèi)皮損傷，ERS、氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)等均是關(guān)鍵因素[2]。

越來越多的研究證實，ERS是導(dǎo)致糖尿病心血管并發(fā)癥的重要因素[2,3]。多項研究表明，長期高血糖狀態(tài)可以誘發(fā)心肌細(xì)胞及心血管內(nèi)皮細(xì)胞發(fā)生ERS，從而激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)細(xì)胞凋亡途徑。適度的ERS可促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)對蓄積在內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)的錯誤折疊或未折疊蛋白質(zhì)(UPR)的處理，從而有利于維持細(xì)胞的正常功能降低其損傷；而持久、嚴(yán)重的 ERS 可以引起細(xì)胞凋亡[4]。ERS與心肌損傷及心血管損傷密切相關(guān)，可以誘導(dǎo)心肌細(xì)胞凋亡、心肌肥大、心肌纖維化，促進(jìn)心室重構(gòu)，加重冠狀動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展，誘導(dǎo)心律失常。實驗研究表明，ERS激活是導(dǎo)致心臟損傷的重要因素，在長期的慢性或急性ERS發(fā)生情況下，當(dāng)UPR不能阻止該應(yīng)激發(fā)生時，細(xì)胞將會進(jìn)入凋亡途徑。需肌醇蛋白1(IRE1)和RNA 依賴的蛋白激酶樣內(nèi)質(zhì)網(wǎng)激酶(PERK)在UPR信號通路既可以誘導(dǎo)適應(yīng)性反應(yīng)的發(fā)生，也可以誘導(dǎo)凋亡反應(yīng)的產(chǎn)生[5]。研究發(fā)現(xiàn)，厄貝沙坦可以改善2型糖尿病大鼠心臟重構(gòu)和功能障礙，這些作用與抑制PKD的活化能力和ERS密切相關(guān)[6]。

2　ERS導(dǎo)致糖尿病心血管并發(fā)癥的機制

2.1導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡ERS可以通過凋亡途徑促進(jìn)心肌細(xì)胞凋亡的發(fā)生。糖尿病導(dǎo)致的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)鈣穩(wěn)態(tài)失衡與一些鈣結(jié)合相關(guān)蛋白如肌質(zhì)網(wǎng)/內(nèi)質(zhì)網(wǎng)Ca2+-ATP酶2a(SERCA2a)、肌鈣集蛋白(CASQ2)等的表達(dá)失衡相關(guān)[7]。Shi等[8]研究顯示，糖尿病大鼠心肌內(nèi)質(zhì)網(wǎng)標(biāo)志物免疫球蛋白重鏈結(jié)合蛋白(BIP)與PERK上調(diào)，凋亡因子Bax增加，抗凋亡因子Bcl-2減少，鈣結(jié)合相關(guān)蛋白FK506結(jié)合蛋白12.6(FKBP12.6)、SERCA2a和CASQ2減少，而用具有抗炎、抗氧化作用的大精酸或氨基胍干預(yù)后，ERS相關(guān)指標(biāo)Bax/Bcl-2減少，鈣結(jié)合相關(guān)蛋白趨于正常水平。研究表明，在糖尿病小鼠心肌中存在ERS，其典型指標(biāo)p-PERK、p-eIF2α和C/EBP環(huán)磷酸腺苷反應(yīng)元件結(jié)合轉(zhuǎn)錄因子同源蛋白(CHOP)增加，ERS抑制劑可以減少糖尿病小鼠心臟的Caspase-3的活性，提示ERS可使糖尿病小鼠發(fā)生心肌損傷[9]。在2型糖尿病大鼠模型中，心肌組織ERS被激活，可使葡萄糖調(diào)節(jié)蛋白(GRP78)、IRE-α、CHOP表達(dá)增加，利拉魯肽則通過抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)IRE-α信號通路、減少CHOP的表達(dá)從而抑制ERS，發(fā)揮對糖尿病心肌的保護(hù)作用[10]。近期實驗研究發(fā)現(xiàn)，在糖尿病大鼠心肌組織中，ERS導(dǎo)致的細(xì)胞凋亡是引起糖尿病心肌損傷的重要因素，姜黃素類似物C66可以通過抑制UPR中的IRE-JNK信號通路，減少CHOP凋亡因子的表達(dá)，從而抑制ERS激活的細(xì)胞凋亡，發(fā)揮對糖尿病心肌的保護(hù)作用[11]。由此可見，ERS與糖尿病心肌凋亡損傷密切相關(guān)。

2.2導(dǎo)致心肌纖維化 近年研究發(fā)現(xiàn)，ERS與心肌纖維化的發(fā)生密切相關(guān)，但具體機制尚不清楚，可能與ERS激活心肌細(xì)胞凋亡有關(guān)[12]。心肌細(xì)胞死亡后可通過炎癥因子活化、氧化應(yīng)激等促進(jìn)成纖維細(xì)胞活化為纖維細(xì)胞，合成膠原沉積在細(xì)胞間，最終導(dǎo)致心肌纖維化。研究表明，垂體中葉素(IMD1-53)可以顯著抑制同型半胱氨酸誘導(dǎo)的小鼠心肌ERS標(biāo)志分子如GRP78、PERK、激活轉(zhuǎn)錄因子6(ATF6)、IRE1等，從而抑制心肌纖維化的發(fā)生。王權(quán)等研究發(fā)現(xiàn)，三參維心膠囊可以通過降低ERS和自噬水平，減少心肌細(xì)胞凋亡、抑制其纖維化。ERS在小鼠心肌梗死所致的細(xì)胞凋亡與纖維化中也發(fā)揮重要作用，心肌梗死后易發(fā)生心肌破裂與重構(gòu)，而ERS抑制劑4-PBA可以減輕心肌梗死后的ERS標(biāo)志蛋白，減輕心臟破裂發(fā)生率和纖維化程度，從而發(fā)揮保護(hù)梗死后心肌的作用[13]。楊瓊等[14]研究發(fā)現(xiàn),糖尿病患者心肌纖維化過程與ERS有密切關(guān)系，ERS通過多條途徑與細(xì)胞凋亡建立聯(lián)系，如激活A(yù)TF6通路等，進(jìn)而促進(jìn)心肌的重構(gòu)與心肌纖維化形成?？梢?，ERS在致心肌纖維化方面發(fā)揮重要作用，針對ERS治療可能對抑制心肌纖維化、減輕心室重構(gòu)具有一定作用。

2.3導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大多個研究證實，高血糖、血管緊張素Ⅱ、壓力負(fù)荷、精氨酸加壓素等作為致心肌肥大的因素，也誘導(dǎo)了心肌細(xì)胞ERS的發(fā)生及維持。楊競霄等研究證實，高血壓可導(dǎo)致大鼠心肌細(xì)胞發(fā)生ERS、左心室肥厚，而馬來酸依那普利可通過降低ERS相關(guān)因子GRP78 及 CHOP表達(dá)，從而降低大鼠血壓水平，逆轉(zhuǎn)心肌損傷。Lu等[15]研究發(fā)現(xiàn)，在腹主動脈縮窄術(shù)導(dǎo)致的高血壓心肌肥厚模型中，IMD及其受體蛋白、ERS標(biāo)志蛋白均增加，而外源性分別給予IMD1-53及AMPK信號通路阻斷劑后，IMD1-53可通過激活A(yù)MPK信號通路來抑制ERS所致的細(xì)胞凋亡，從而顯著抑制心肌肥厚。Luo等[16]研究發(fā)現(xiàn)，在主動脈縮窄術(shù)所致的心肌肥大、心室壁增厚過程中，心肌組織中ERS標(biāo)志蛋白GRP78、CHOP和pPERK表達(dá)增加，而ERS抑制劑4-PBA可以通過減弱ERS減輕心肌肥厚與間質(zhì)纖維化。近期實驗證實，糖尿病小鼠心肌膠原沉積和心肌細(xì)胞橫截面積明顯升高，并伴有纖維化的基因與肥厚的基因表達(dá)升高；Ras相關(guān)的C3肉毒素底物1(Rac1)和夾竹桃麻素表達(dá)降低可以減少心肌纖維化和肥大的缺陷，從而改善心肌功能；而這些因素均與糖尿病心臟ERS標(biāo)志物的表達(dá)和炎癥反應(yīng)的正常化有關(guān)[17]。因此，ERS在糖尿病心肌細(xì)胞肥大、心肌重構(gòu)中發(fā)揮了重要作用。

2.4導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷 糖尿病患者心血管系統(tǒng)存在血管重構(gòu)和缺血性損傷。促血管新生途徑包括血管內(nèi)皮生長因子、磷酸肌醇3激酶、AKT、內(nèi)皮一氧化氮合酶與抗血管新生途徑，包括晚期糖基化終末產(chǎn)物、活性氧過剩、ERS，以上途徑的激活均是導(dǎo)致心血管并發(fā)癥發(fā)生的重要因素[18]。

UPR異常是致心血管疾病內(nèi)皮細(xì)胞凋亡損傷的機制之一，其中Ca2+大量內(nèi)流進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞可以加重ERS。Ampem等[19]研究發(fā)現(xiàn)，在人冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞中，非選擇性陽離子通道瞬時受體電位通道3(TRPC3)調(diào)控Ca2+的流入，與鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ(CAMKⅡ)偶聯(lián)發(fā)揮作用，而TRPC3和CAMKⅡ參與了對人冠狀動脈內(nèi)皮細(xì)胞的炎癥反應(yīng)和ERS促凋亡作用，從而激活細(xì)胞凋亡加重血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷。

糖尿病可以增加缺血性心臟病的發(fā)病率和病死率。糖尿病大鼠較正常大鼠心臟損傷加重，左心室壓力增大，凋亡指數(shù)增加，Caspase-3、血漿肌酸激酶及乳酸脫氫酶的活性增加。血管鈉肽可以通過抑制GRP78及CHOP阻止ERS損傷，減輕糖尿病鼠以上指標(biāo)的損傷。研究表明，血管鈉肽是通過cGMP-PKG信號通路來抑制ERS，從而發(fā)揮其對糖尿病心肌缺血再灌的保護(hù)作用[20]。糖化低密度脂蛋白可以誘導(dǎo)人臍靜脈內(nèi)皮細(xì)胞及缺乏瘦素受體的糖尿病小鼠產(chǎn)生ERS，使GRP78、XBP-1和CHOP表達(dá)較正常增加，而薩斯卡通莓粉和矢車菊素聚糖則可以減輕ERS相關(guān)蛋白表達(dá)[21]。研究發(fā)現(xiàn)，二甲雙胍可通過抑制ERS、氧化應(yīng)激和激活A(yù)MPK/ PPARδ通路，維持肥胖糖尿病小鼠血管內(nèi)皮細(xì)胞的生物學(xué)功能[22]。

2.5導(dǎo)致心肌傳導(dǎo)功能異常心律失常多在有心臟基礎(chǔ)疾病上發(fā)生，如心肌肥厚、心電重構(gòu)等。近期研究表明，ERS可能在促心電異常的病理過程中發(fā)揮重要作用。Jiao等[23]研究發(fā)現(xiàn)，α晶狀體蛋白轉(zhuǎn)基因小鼠在28周出現(xiàn)心律失常、心臟驟停而猝死，其心肌組織中ERS相關(guān)指標(biāo)如IRE1、XBP1等出現(xiàn)過表達(dá)，認(rèn)為小鼠心律失常的發(fā)生與ERS有關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，長期高糖刺激可以導(dǎo)致心肌傳導(dǎo)功能失常，可能的機制是高糖刺激心肌細(xì)胞發(fā)生ERS，PERK被自我磷酸化激活后，其下游鈣磷酸酶活化，從而激活RyR2，促進(jìn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)大量Ca2+釋放入胞質(zhì)，產(chǎn)生心律失常[24]?？梢?，ERS與心律失常的發(fā)生密切相關(guān)，抑制ERS可能是治療心律失常的一個新的治療靶點。

綜上所述，糖尿病患者體內(nèi)持續(xù)的高血糖可導(dǎo)致ERS的發(fā)生，ERS可能通過導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡、心肌纖維化、心肌細(xì)胞肥大 、血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷、心肌傳導(dǎo)功能異常等機制參與糖尿病心血管并發(fā)癥的發(fā)生。

[1] Kim OK, Jun W, Lee J. Mechanism of ER stress and inflammation for hepatic insulin resistance in obesity[J]. Ann Nutr Metab, 2015,64(4):218-227.

[2] 梁鈺芩,李永輝,張寰,等.糖尿病心肌病分子機制的研究進(jìn)展[J].山東醫(yī)藥,2015,55(26):95-97.

[3] 顧晨,李俊明. 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激致2型糖尿病缺血心肌易損性增強的機制研究[J]．中國循環(huán)雜志, 2016, 31(1):91-95.

[4] Anelli T, Sitia R. Protein quality control in the early secretory pathway[J]. EMBO J, 2008,27(2):315-327.

[5] Chistiakov DA, Sobenin IA, Orekhov AN, et al. Role of endoplasmic reticulum stress in atherosclerosis and diabetic macrovascular complications [J]. Biomed Res Int, 2014,2014(3):610140.

[6] Liu X, Xu Q, Wang X, et al. Irbesartan ameliorates diabetic cardiomyopathy by regulating protein kinase D and ER stress activation in a type 2 diabetes rat model[J]. Pharmacol Res, 2015,93(3):43-51.

[7] Gan R, Hu G, Zhao Y, et al. Post-conditioning protecting rat cardiomyocytes from apoptosis via attenuating calcium-sensing receptor-induced endo(sarco)plasmic reticulum stress [J].Mol Cell Biochem, 2012, 361(1-2):123-134.

[8] Shi FH, Cheng YS, Dai DZ, et al. Depressed calcium-handling proteins due to endoplasmic reticulum stress and apoptosis in the diabetic heart are attenuated by argirein[J]. Naunyn Schmiedebergs Arch Pharmacol, 2013, 386(6):521-531.

[9] Guo W, Jiang T, Lian C, et al. QKI deficiency promotes FoxO1 mediated nitrosative stress and endoplasmic reticulum stress contributing to increased vulnerability to ischemic injury in diabetic heart[J]. J Mol Cell Cardiol, 2014,75(7):131-140.

[10] Ji Y, Zhao Z, Cai T, et al. Liraglutide alleviates diabetic cardiomyopathy by blocking CHOP-triggered apoptosis via the inhibition of the IRE-α pathway [J]. Mol Med Rep, 2014,9(4):1254-1258.

[11] Wang Y, Zhou S, Sun W, et al. Inhibition of JNK by novel curcumin analog C66 prevents diabetic cardiomyopathy with a preservation of cardiac metallothionein expression [J]. Am J Physiol Endocrinol Metab, 2014,306(11):1239-1247.

[12] Lenna S, Trojanowska M. The role of endoplasmic reticulum stress and the unfolded protein response in fibrosis[J]. Curr Opin Rheumatol, 2012, 24(6):663-668.

[13] Luo T, Kim JK, Chen B, et al. Attenuation of ER stress prevents post-infarction-induced cardiac rupture and remodeling by modulating both cardiac apoptosis and fibrosis[J]. Chem Biol Interact, 2015, 225(5):90-98.

[14] 楊 瓊，吳永全.內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與糖尿病心肌纖維化[J]．心 臟 雜 志, 2014, 26(1):91-93.

[15] Lu WW, Zhao L, Zhang JS, et al. Intermedin1-53 protects against cardiac hypertrophy by inhibiting endoplasmic reticulum stress via activating AMP-activated protein kinase[J]. J Hypertens, 2015, 33(8):1676-1687.

[16] Luo T, Chen B, Wang X. 4-PBA prevents pressure overload-induced myocardial hypertrophy and interstitial fibrosis by attenuating endoplasmic reticulum stress[J]. Chem Biol Interact, 2015, 242: 99-106.

[17]Li J, Zhu H, Shen E, et al. Deficiency of rac1 blocks NADPH oxidase activation, inhibits endoplasmic reticulum stress, and reduces myocardial remodeling in a mouse model of type 1 diabetes[J]. Diabetes, 2010,59(8):2033-2042.

[18] Howangyin KY, Silvestre JS. Diabetes mellitus and ischemic diseases: molecular mechanisms of vascular repair dysfunction[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2014,34(6):1126-1135.

[19] Ampem PT, Smedlund K, Vazquez G. Pharmacological evidence for a role of the transient receptor potential canonical 3 (TRPC3) channel in endoplasmic reticulum stress-induced apoptosis of human coronary artery endothelial cells[J]. Vascul Pharmacol, 2015,76:42-52.

[20] Shi Z, Fu F, Yu L, et al. Vasonatrin peptide attenuates myocardial ischemia-reperfusion injury in diabetic rats and underlying mechanisms [J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2015,308(4):281-290.

[21] Zhao R, Xie X, Le K, et al. Endoplasmic reticulum stress in diabetic mouse or glycated LDL-treated endothelial cells: protective effect of Saskatoon berry powder and cyanidin glycans[J]. J Nutr Biochem, 2015,26(11):1248-1253.

[22] Cheang WS, Tian XY, Wong WT, et al. Metformin protects endothelial function in diet-induced obese mice by inhibition of endoplasmic reticulum stress through 5′ adenosine monophosphate-activated protein kinase-peroxisome proliferator-activated receptor δ pathway[J]. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2014,34(4):830-836.

[23] Jiao Q, Sanbe A, Zhang X, et al. αB-Crystallin R120G variant causes cardiac arrhythmias and alterations in the expression of Ca2+-handling proteins and endoplasmic reticulum stress in mice[J]. Clin Exp Pharmacol Phvsiol, 2014,41(8):589-599.

[24] Liu Z, Cai H, Zhu H, et al. Protein kinase RNA-like endoplasmic reticulum kinase (PERK)/calcineurin signaling is a novel pathway regulating intracellular calcium accumulation which might be involved in ventricular arrhythmias in diabetic cardiomyopathy[J]. Cell Signal, 2014,26(12):2591-2600.

國家自然科學(xué)基金資助項目(81270280)。

李俊明(E-mail： lijunming@medmail.com)

10.3969/j.issn.1002-266X.2016.30.036

R587.2

A

1002-266X(2016)30-0102-03

2015-10-10)