林余標 郭潤民 梁偉鈞

【摘要】 糖尿病（diabetes mellitus，DM）是胰島素分泌絕對或相對不足，以高血糖、高血脂為特征的代謝紊亂綜合征。近年來，糖尿病的發(fā)病率逐年增高，心血管并發(fā)癥已成為糖尿病患者死亡的主要原因。流行病學研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者70%以上死于心血管系統(tǒng)疾病，是非糖尿病人群心血管系統(tǒng)疾病病死率的2～3倍。糖尿病性心臟?。╠iabetic cardiopathy，DC）是指糖尿病患者在糖、脂肪等代謝紊亂基礎上所繼發(fā)的心血管疾病，包括微血管病變、心肌病和心臟自主神經(jīng)功能紊亂所引起的心律失常及心功能異常。由于越來越多的證據(jù)表明慢性內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（endoplasmic reticulum stress，ER stress）與糖尿病性心臟病有關(guān)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激在糖尿病心臟代謝異常中發(fā)揮了重要作用。

【關(guān)鍵詞】 糖尿病心臟代謝; 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激

【Abstract】 Diabetes mellitus（DM）is a metabolic disorder syndrome characterized by absolute or relatively insufficient insulin secretion and characterized by high blood glucose and hyperlipidemia.In recent years，the incidence of diabetes is increasing year by year，and cardiovascular complications have become the main cause of death of diabetes patients.Epidemiological studies have found that more than 70% of diabetic patients die from cardiovascular diseases，and the mortality rate of cardiovascular diseases in non-diabetic people is 2-3 times. diabetic cardiopathy（DC）refers to the diabetic patients in sugar，fat and other metabolic disorders based on the secondary cardioascular disease，including microvascular disease，cardiomyopathy，and cardiac arrhythmia caused by autonomic nerve dysfunction and abnormal cardiac function.Due to a growing body of evidence indicates that chronic endoplasmic reticulum stress（ER stress）related to diabetic heart disease，endoplasmic reticulum stress plays an important role in diabetic heart metabolic abnormalities.

【Key words】 Diabetic heart metabolism; Endoplasmic reticulum stress

First-authors address：Guangdong Medical University，Guangzhou 524001，China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2019.05.042

近年來，糖尿病患病群體隨人們生活水平和生活質(zhì)量的提高而明顯變大。據(jù)流行病學統(tǒng)計，死于糖尿病心血管并發(fā)癥的人數(shù)占多數(shù)，心臟重構(gòu)是其常見心血管并發(fā)癥之一。心臟是機體血液循環(huán)的動力泵，對能量需求和消耗都比較大，能夠通過多種途徑獲取ATP以完成其機械功能。在心臟所消耗的能量當中，由脂肪酸β氧化途徑獲取的能量占大部分，同時也可以利用葡萄糖和酮體等進行氧化供能。糖尿病時，心臟重構(gòu)和心功能下降與心肌細胞能量代謝障礙緊密關(guān)聯(lián)。研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病環(huán)境下，在心臟重構(gòu)發(fā)生前，心肌細胞較早表現(xiàn)為脂肪酸代謝異常，由其所引起的脂質(zhì)蓄積、慢性炎癥和有害代謝副產(chǎn)物活性氧類（reactive oxygen species，ROS）增加等可能通過引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激等促進機體心臟重構(gòu)的發(fā)生，因此，為逆轉(zhuǎn)心臟重構(gòu)的發(fā)生，可考慮通過糾正脂肪酸的異常代謝。

1 糖尿病心臟脂肪酸代謝異常

在生理情況下，通過脂肪酸的β氧化獲得的能量占心肌細胞總能量的絕大部分[1]，葡萄糖的有氧氧化供能僅占少部分。當機體內(nèi)環(huán)境發(fā)生改變時，如代謝底物的濃度、相關(guān)激素的水平、氧供應等，心肌細胞可進行一定程度自我調(diào)節(jié)，如通過提高各種能量物質(zhì)的代謝率以減少對心肌細胞能量需要的影響，若心肌細胞能量代謝譜發(fā)生持久的改變，將進一步加劇心功能的惡化和導致心臟重構(gòu)的發(fā)生。

脂肪酸轉(zhuǎn)位酶（fatty acid translocase，F(xiàn)AT），又名CD36，是體內(nèi)脂肪酸分解代謝中比較重要的酶。生理情況下，CD36分布于細胞質(zhì)與細胞膜上，脂肪酸由細胞外向細胞內(nèi)進行跨膜轉(zhuǎn)運主要依賴于胞膜上的CD36[2]。肉毒堿脂酰轉(zhuǎn)移酶1b（carnitine palmitoyltransferase-1b，CPT-1b）是脂肪酸分解代謝中另一個關(guān)鍵酶，線粒體外膜是其關(guān)鍵位點，脂肪酸由胞質(zhì)向線粒體的轉(zhuǎn)運主要依賴該酶，是脂肪酸β氧化過程中重要的限速酶[3]。糖尿病患者由于存在葡萄糖利用障礙，胞質(zhì)內(nèi)的CD36可轉(zhuǎn)移到細胞膜上，胞膜上的CD36明顯升高，相應的進入胞內(nèi)的脂肪酸會明顯增多[4-5];有研究發(fā)現(xiàn)，當上調(diào)CPT-1b的表達水平，能夠促使更多的脂肪酸進入線粒體，參與胞內(nèi)的脂肪酸β氧化[3，6];此外，脂肪酸的氧化率會隨著細胞對脂肪酸攝取增加而提高[7]。進而，脂肪酸的β氧化將逐漸成為心肌細胞的主要獲能方式。但是，在這一過程中，脂肪酸的攝取遠超過細胞對脂肪酸的利用，進而導致過多的脂質(zhì)在心肌細胞內(nèi)堆積，引起心肌細胞脂毒性[8]。心肌細胞能量代謝的改變與心臟重構(gòu)緊密關(guān)聯(lián)，因此，通過調(diào)節(jié)心肌細胞的能量代謝，有可能會逆轉(zhuǎn)心臟重構(gòu)和改善心功能。

Yang等[9]研究發(fā)現(xiàn)，下調(diào)肌球蛋白重鏈-過氧化物酶體增殖物激活受體α（peroxisome proliferators-activated receptorα，PPARα）小鼠（一種PPARα在心臟過度表達的轉(zhuǎn)基因老鼠，已發(fā)生心臟重構(gòu)）的CD36表達，糖尿病所引起的心臟重構(gòu)會隨著脂肪酸的攝取減少而受到抑制。

2 糖尿病心臟脂肪酸代謝異常與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激

2.1 糖尿病心臟脂肪酸代謝異常對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的影響 內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是胞內(nèi)重要細胞器之一，生理條件下，是機體蛋白質(zhì)合成、加工以及許多脂質(zhì)合成的場所，對胞內(nèi)Ca2+水平及內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)等具有調(diào)控作用[10]。在某些病理條件下（如缺血、氧化應激等有害因素）可導致內(nèi)質(zhì)網(wǎng)出現(xiàn)功能紊亂，使蛋白質(zhì)合成以及加工發(fā)生異常，進而堆積于內(nèi)質(zhì)網(wǎng)腔內(nèi)，同時伴有Ca2+平衡紊亂，把此過程稱為內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激。當有害刺激超過細胞所承受的范圍，細胞將通過C/EBP同源蛋白、胱天蛋白酶12蛋白和C-Jun氨基末端激酶這三條途徑去啟動自身胞凋亡程序[11]。

近期研究發(fā)現(xiàn)，分子監(jiān)控蛋白及富含Ca2+的胞內(nèi)環(huán)境等多種因素參與對內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能的調(diào)節(jié)[12]。機體會在某些病理情況下啟動內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激以緩解自身功能的紊亂，如缺氧、氧化應激或Ca2+平衡紊亂等，把該過程稱作未折疊蛋白反應（unfolded protein response，UPR）[13]。

在糖尿病患者體內(nèi)，有害代謝副產(chǎn)物ROS會隨著脂肪酸β氧化的增加而增加，進而介導氧化應激反應，引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激甚至細胞發(fā)生凋亡。Frustaci等[14]研究發(fā)現(xiàn)，ROS含量在糖尿病心肌病患者的心肌細胞中是明顯增加的。ATP的合成受到ROS引起的氧化應激影響，從而對心肌造成毒性。動物實驗表明，上述改變可通過加用ROS抑制劑進行逆轉(zhuǎn)[15]。對糖尿病患者來說，心臟重構(gòu)的發(fā)生與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激及細胞凋亡密不可分。

2.2 糖尿病心臟脂肪酸代謝異常對胞內(nèi)Ca2+調(diào)控的影響 生理條件下，Ca2+水平高低與心肌細胞的收縮及舒張緊密相關(guān)。心肌細胞在收縮時，胞內(nèi)Ca2+水平是升高的，在舒張時，胞內(nèi)Ca2+水平是降低的。Ca2+濃度的調(diào)控需要離子通道及離子泵協(xié)助，如胞內(nèi)的Ryanodine受體2型通道、Na+-Ca2+交換體、Ca2+泵等。研究發(fā)現(xiàn)，這些離子通道和離子泵在Ca2+的濃度調(diào)節(jié)中發(fā)揮了重要作用[16]。在心肌收縮與舒張過程中，Ca2+濃度的改變起到至關(guān)重要的作用，若其出現(xiàn)問題，可引起心臟重構(gòu)和心功能的惡化[17-18]。此外，心肌的點興奮性也受到Ca2+的控制[19]。心肌舒張功能障礙是糖尿病心臟重構(gòu)的早期表現(xiàn)，可能與心肌細胞脂肪酸代謝增加有關(guān)，心肌細胞出現(xiàn)能量代謝障礙，這些離子通道和離子泵可利用的ATP減少，功能受損，胞內(nèi)存儲過多Ca2+，舒張功能受到影響。再者，胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)過多的脂肪酸堆積，胞膜上Ca2+通道被激活，過多Ca2+由胞外進入細胞內(nèi)，出現(xiàn)Ca2+超載，加重Ca2+泵的工作負荷，嚴重影響心臟的機械功能。有研究發(fā)現(xiàn)，在心力衰竭家兔的心室肌細胞中有大量的脂質(zhì)堆積，胞內(nèi)Ca2+泵表達水平、活性受到影響，進一步導致心臟舒縮功能障礙[20]，提示心臟的舒縮功能與脂肪酸代謝異常引起的Ca2+水平是緊密相關(guān)的。

2.3 糖尿病心臟脂肪酸代謝異常引起內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激 與其他組織不同的是，成年心臟中的心肌細胞優(yōu)先使用脂肪酸來滿足它們的高能量需求，這表明了心臟中脂質(zhì)代謝的重要性。另一方面，心肌TG的積累往往與心功能受損有關(guān)。在有壓力的心臟中觀察到細胞內(nèi)TG的積累，這被認為是導致心力衰竭的心臟脂毒性的一個標志。值得注意的是，特定的心臟狀況，如壓力過載或缺血，會引起ER應激，可能導致應激介導的脂質(zhì)積累導致心肌細胞功能障礙。最近的研究支持了這一假設，缺氧/缺血誘導的HL-1心肌細胞和小鼠心臟脂質(zhì)積累依賴于VLDLR的表達[21]。在VLDLR/小鼠和用抗VLDLR抗體處理的小鼠發(fā)現(xiàn)缺血誘導的ER應激和隨后的小鼠心臟凋亡減少[21]。這些結(jié)果表明，VLDLR誘導的缺血性心臟脂質(zhì)積累通過激活內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激導致細胞死亡。在另一篇報告中，豬模型中的心肌缺血增加了細胞內(nèi)膽固醇酯水平，進而激活了UPR（unfolded protein response，UPR）和ER應激，伴有心肌功能障礙。

除了缺血性損傷外，SFAs還能在體外和體內(nèi)誘導心肌細胞的ER應激和凋亡。棕櫚酸鹽誘導人源心肌細胞AC16細胞的ER應激[22]。激動劑GW501516在AC16細胞中激活PPARβ/δ防止棕櫚酸誘導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激。此外，HFD喂養(yǎng)的PPARβ/δ敲除小鼠顯示ER應激，提示PPARβ/δ在ER應激介導的脂毒性中起保護作用[22]。有趣的是，HFD或PPARβ/δ抑制降低了自噬，但PPARβ/δ激動劑增加了小鼠心臟自噬，提示PPARβ/δ誘導的自噬有利于SFA所介導的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激和脂毒性。棕櫚酸還通過抑制脂肪酸作為脂質(zhì)體中TG的一種較有害的形式而誘導心肌細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激所介導的脂毒性[23]。當PPARγ或?；o酶A合成酶誘導人心肌細胞中性脂質(zhì)貯存時，棕櫚酸處理后ER應激標記基因的表達水平顯著降低。所有這些結(jié)果表明，ER應激是造成心臟脂毒性的潛在因素之一。

3 脂肪酸代謝異常引起糖尿病心臟內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的分子機制

3.1 DsbA-L通路 在小鼠體內(nèi)，DsbA-L一種廣泛表達的蛋白質(zhì)，在脂肪組織中含量最高，反而在肥胖的小鼠和人類的脂肪組織上含量下降，其與脂連素密切相關(guān)。DsbA-L可增強內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能，影響脂連素的分泌。當DsbA-L過度表達時，為減輕內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，以免脂連素水平下降，脂連素則會發(fā)生多聚化。研究發(fā)現(xiàn)，DsbA-L和脂連素的表達水平下降時，CHOP的表達水平反而上調(diào)，這提示體內(nèi)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激系統(tǒng)被激活。有研究發(fā)現(xiàn)，當脂連素表達水平下降，特別是肥胖患者體內(nèi)，則更容易發(fā)生內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激[24]。同時，在肥胖誘導的脂連素水平下調(diào)過程中，發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激也起到了重要作用，為抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激所帶來的不利影響，可通過提高DsbA-L的表達水平來促進脂連素的多聚化。

3.2 KDEL通路 KDEL受體是一種可從內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶當中提取出來的物質(zhì)，在結(jié)構(gòu)上，其擁有Lys-Asp-Glu-Leu羧基末端系列，參與機體細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的逆向轉(zhuǎn)運。近期研究發(fā)現(xiàn)，在表達KDEL受體的突變株中，CHOP的表達水平上調(diào)，轉(zhuǎn)基因小鼠心功能惡化的程度加快，并且在這些突變株中發(fā)現(xiàn)，擴張型心肌病的發(fā)生與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激緊密相關(guān)[25-26]。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)功能出現(xiàn)障礙與KDEL受體相關(guān)，會引起體內(nèi)未折疊蛋白的蓄積，進而介導機體內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激發(fā)生，增加擴張型心肌病的發(fā)生率。

糖尿病心臟病是一種涉及多種發(fā)病機制的疾病，病理生理過程復雜，眾多因素如代謝紊亂、線粒體功能障礙等都參與了這一過程。近年來，隨著對糖尿病心臟代謝紊亂機制的認識不斷加深，并且越來越多的研究表明，ERS是糖尿病心臟代謝紊亂過程中的重要環(huán)節(jié)，因此，研究與開發(fā)抑制內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激的藥物將成為治療糖尿病心臟病的一個新方向。

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（收稿日期：2018-11-12） （本文編輯：張爽）