姜格格綜述，李 偉審校

0 引 言

糖尿病是一種以高血糖為主要特征的慢性代謝性疾病。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，2019年我國糖尿病患病人數(shù)為1.16億人，2040年可能增加到1.51億人[1]。根據(jù)WHO(1999年)的糖尿病病因?qū)W分型體系，糖尿病可分為4種類型，即1型糖尿病(Type 1 diabetic mellitus,T1DM)、2型糖尿病(Type 2 diabetic mellitus,T2DM)、特殊類型糖尿病和妊娠期糖尿病。T1DM、T2DM和妊娠期糖尿病是臨床常見類型，其中T2DM更易引起血管并發(fā)癥。在被確診為糖尿病時，半數(shù)以上的患者伴有血管并發(fā)癥[2]，成為糖尿病患者致死和致殘的主要病因，給個人和社會帶來沉重負(fù)擔(dān)。研究發(fā)現(xiàn)，血管平滑肌細(xì)胞(vascular smooth muscle cell, VSMC)的表型轉(zhuǎn)化在糖尿病血管并發(fā)癥中起著關(guān)鍵作用[3]，其發(fā)生機(jī)制十分復(fù)雜，涉及代謝、氧化應(yīng)激和遺傳等多個領(lǐng)域。因此，闡明糖尿病血管平滑肌表型轉(zhuǎn)化的發(fā)生機(jī)制具有十分重要的臨床意義，將有助于早期防治糖尿病血管并發(fā)癥。

1 血管平滑肌細(xì)胞及表型轉(zhuǎn)化

動脈具有內(nèi)膜、中膜和外膜成熟的血管壁結(jié)構(gòu)，其中中膜主要由血管平滑肌細(xì)胞構(gòu)成，負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)血管直徑及張力，以維持全身血流分布及血壓。VSMC在正常生理狀態(tài)下主要表現(xiàn)為收縮表型，呈紡錘樣均勻排列，表達(dá)大量分化標(biāo)記物如：平滑肌肌動蛋白α、鈣蛋白、平滑肌肌球蛋白重鏈等，含有豐富的肌纖維，而細(xì)胞合成活性、增殖活性和遷移能力較低。在血管受損或疾病狀態(tài)下，VSMC可由收縮型變?yōu)楹铣尚停Q為“表型轉(zhuǎn)化”。合成表型的VSMC分化標(biāo)記物表達(dá)明顯下降，呈菱形雜亂排列，肌纖維驟縮，增殖和遷移能力顯著增強(qiáng)并合成和分泌大量細(xì)胞外基質(zhì)，導(dǎo)致血管收縮和管腔狹窄。VSMC異常增殖和遷移造成的表型轉(zhuǎn)化在心腦血管疾病中起著關(guān)鍵作用[4]，是動脈粥樣硬化、高血壓、心衰、腦梗死和血管動脈瘤等疾病的重要病理過程之一。糖尿病患者的VSMC增殖、黏附和遷移能力顯著提高，高血糖狀態(tài)激活VSMC的致動脈粥樣硬化活性，加速動脈粥樣硬化過程和動脈成型術(shù)后再狹窄，使其在斑塊進(jìn)展和不穩(wěn)定性中扮演重要角色。

2 糖尿病中血管平滑肌細(xì)胞表型轉(zhuǎn)化機(jī)制

2.1 高血糖正常血糖狀態(tài)下VSMC處于穩(wěn)定狀態(tài)，合成型和收縮型呈動態(tài)平衡。然而在高血糖狀態(tài)下，VSMC的表型由收縮型轉(zhuǎn)變?yōu)楹铣尚停唧w表現(xiàn)為增殖、遷移能力增強(qiáng)、細(xì)胞外基質(zhì)分泌增多[5]。研究顯示，T2DM患者對心血管疾病的易感性增加，表明VSMC可能存在病理性“糖尿病表型”。盡管隨后對血糖進(jìn)行控制，但一些患者的血管并發(fā)癥仍會繼續(xù)進(jìn)展,這一現(xiàn)象稱為“代謝記憶”[6]。糖尿病患者的外周循環(huán)中炎癥標(biāo)記物水平升高，炎癥因子刺激VSMC去分化、增殖和遷移并誘導(dǎo)其進(jìn)一步分泌促炎介質(zhì)，導(dǎo)致各種促炎細(xì)胞因子表達(dá)增加，通過核因子-κB(nuclear factor-κB ,NF-κB)途徑促進(jìn)高糖狀態(tài)下VSMC發(fā)生表型轉(zhuǎn)化[7]。此外，在高糖狀態(tài)下干擾素調(diào)節(jié)因子-1(interferon regulatory factor-1,IRF-1,)上調(diào)細(xì)胞周期蛋白E/CDK2，激活ROS/ERK1/2通路，促進(jìn)VSMC增殖[8]。

2.2氧化應(yīng)激在心血管系統(tǒng)中，誘導(dǎo)型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)主要在VSMC中表達(dá)。已有研究表明，T2DM心血管功能受損部分歸因于心血管組織中iNOS的異常過表達(dá)，iNOS中一氧化氮的釋放增加是糖尿病血管并發(fā)癥發(fā)生的原因之一[9]。高血糖通過激活蛋白激酶C、STAT3/Pim-1信號通路[10],促使p38 MAPK /JNK/ERK磷酸化，提高超氧化物歧化酶和丙二醛水平，促使活性氧(reactive oxygen species,ROS)大量產(chǎn)生，引起VSMC過度增殖和遷移[11],導(dǎo)致VSMC表型轉(zhuǎn)化，加速血管鈣化、衰老。除此之外，還可通過促使多功能蛋白聚糖大量產(chǎn)生，調(diào)節(jié)線粒體膜電位或線粒體功能，顯著增加乳酸脫氫酶活性以及丙二醛含量，刺激VSMC 氧化應(yīng)激[12]，激 活 通 路 如Ras/Raf/MEK/MAPK、還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶途徑，介導(dǎo)ROS的產(chǎn)生。此外，在VSMC中，蛋白激酶C調(diào)節(jié)血管收縮、信號轉(zhuǎn)導(dǎo)、生長速率和DNA合成或細(xì)胞周期進(jìn)程。持續(xù)高血糖刺激通過提高甘油二脂的含量活化蛋白激酶C,抑制VSMC中一氧化氮的產(chǎn)生，增加纖溶酶原激活物抑制劑-Ⅰ的表達(dá)和NF-κB的活性，進(jìn)而提高還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸氧化酶活性,促進(jìn)大鼠主動脈平滑肌細(xì)胞的增殖,導(dǎo)致VSMC發(fā)生表型轉(zhuǎn)化[13]。

2.3晚期糖基化終末產(chǎn)物(advanced glycation end products, AGEs)AGEs是通過蛋白質(zhì)、脂質(zhì)和核酸的非酶糖化和氧化產(chǎn)生的，可改變組織的結(jié)構(gòu)、功能和機(jī)械特性，從而使組織變硬，促進(jìn)VSMC異常增殖，加速糖尿病血管疾病的發(fā)生。AGEs主要通過其受體(receptor for advanced glycation end, RAGE)發(fā)揮相關(guān)生物學(xué)作用。在糖尿病動物模型的VSMC中發(fā)現(xiàn)RAGE的水平升高，炎癥標(biāo)記物表達(dá)增加，VSMC遷移率增加，抗RAGE抗體可減輕這些病理變化。AGEs還可通過刺激NF-κB激活MAPK、ERK1/2信號通路促進(jìn)VSMC發(fā)生表型轉(zhuǎn)化[14]。此外，血清AGEs水平已被證明是T2DM患者冠狀動脈粥樣硬化嚴(yán)重程度的生物標(biāo)志物[15]。

2.4高胰島素血癥在中國糖尿病人群中，T2DM患者占比約90%。T2DM的病因由前期的β細(xì)胞功能障礙逐漸變?yōu)楹笃诘囊葝u素抵抗。研究表明，胰島素抵抗可能是當(dāng)前中國人群中糖尿病流行的主要原因[16]。由于體內(nèi)胰島素平衡遭到破壞，胰島素抵抗最終會發(fā)展為高胰島素血癥。胰島素對VSMC的生物學(xué)效應(yīng)主要由胰島素樣生長因子-1(insulin-like growth factors-1,IGF-1)介導(dǎo)，IGF-1與其受體高親和力結(jié)合，進(jìn)而激活增殖信號，通過MAPK信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路增加VSMC的趨化性，誘導(dǎo)其發(fā)生表型轉(zhuǎn)化[17]。胰島素也通過激活NF-κB信號通路操縱其發(fā)生表型轉(zhuǎn)化。還有研究發(fā)現(xiàn)在胰島素存在的情況下，糖尿病來源細(xì)胞的遷移能力始終高于非糖尿病來源的細(xì)胞，在注射外源性胰島素的患者中，其血管并發(fā)癥的易感性可能高于其他患者。因此調(diào)控IGF-1受體活性是改善胰島素敏感性的靶點(diǎn)，可能在防治血管并發(fā)癥中發(fā)揮重要作用。

2.5表觀遺傳表觀遺傳是指在DNA序列沒有發(fā)生改變的情況下，基因功能發(fā)生了可遺傳的變化，并最終導(dǎo)致了表型變化，通常是通過DNA甲基化、翻譯后組蛋白修飾和基于核糖核酸的機(jī)制(包括微小核糖核酸)發(fā)生的。近年來越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，VSMC表型轉(zhuǎn)化的過程與表觀遺傳密切相關(guān)。在糖尿病動物和細(xì)胞模型中都發(fā)現(xiàn)了表觀遺傳的證據(jù)，并可通過高糖誘發(fā)。

2.5.1DNA甲基化和組蛋白修飾DNA甲基化通常發(fā)生在CG二核苷酸重復(fù)序列(CpG島)，其在糖尿病中的重要性已經(jīng)通過研究全基因組和特定基因組甲基化模式得到證實(shí)，在糖尿病患者脂肪組織中存在整體DNA甲基化差異[18]。有研究表明VSMC僅僅幾次復(fù)制就可以引起顯著的基因組低甲基化[19]，血管細(xì)胞外基質(zhì)的損傷也能引起VSMC分化基因的局部甲基化促進(jìn)去分化表型改變。在體內(nèi)，組蛋白可進(jìn)行多種動態(tài)修飾，包括乙酰化、甲基化、磷酸化、SUMO化和泛素化。這些修飾可被一系列蛋白質(zhì)家族調(diào)節(jié)，如組蛋白乙酰化酶和去乙?；傅?。有證據(jù)表明糖尿病風(fēng)險和組蛋白去乙?；?之間存在遺傳關(guān)聯(lián)[20]。此外，糖尿病小鼠VSMC炎癥因子啟動子處組蛋白H3賴氨酸9(histone H3 lysine 9,H3K9)三甲基化的表達(dá)下調(diào)，可能是造成糖尿病“代謝記憶”和血管平滑肌細(xì)胞炎癥因子表達(dá)增多的機(jī)制之一[21]。

2.5.2微小核糖核酸(microRNAs)microRNAs是一類包含17～25個核苷酸的非編碼單鏈RNA分子, 它們的功能主要是通過不完全的核苷酸互補(bǔ)性與靶的3′-UTR結(jié)合，對靶信使核糖核酸的翻譯發(fā)揮負(fù)調(diào)節(jié)作用。miR-145在VSMC表型轉(zhuǎn)化中發(fā)揮了關(guān)鍵作用，降低miR-145會增加其靶基因Krüppel樣因子4(kruppel-like factor 4,Klf4)的表達(dá)。Klf4的增加，會減少心肌素含量，誘導(dǎo)VSMC增殖和遷移[22]；miR-21是VSMC增殖和分化的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子,它在動脈平滑肌細(xì)胞中的過度表達(dá)促進(jìn)了VSMC標(biāo)志基因的表達(dá)和紡錘形細(xì)胞的形成。研究發(fā)現(xiàn)miR-21可以通過下調(diào)磷酸酶及張力蛋白同源物和上調(diào)Bcl-2的表達(dá)而抑制VSMC凋亡。重要的是，在T2DM患者中，miR-21的血漿水平低于非糖尿病患者。已經(jīng)有實(shí)驗開始探究miR-21作為糖尿病大血管并發(fā)癥生物標(biāo)志物的效用；miR-133a在VSMC中調(diào)節(jié)IGF-1受體的表達(dá)，當(dāng)糖尿病患者IGF-1受體的表達(dá)受損時，VSMC容易凋亡，這可能是動脈粥樣硬化主動脈VSMC中miR-133a水平低的結(jié)果[23]；miR-24作為VSMC病理的調(diào)控因子，靶向參與高糖誘導(dǎo)細(xì)胞增殖和遷移的基因。miR-24在高糖培養(yǎng)的VSMC中表達(dá)缺失，將miR-24轉(zhuǎn)染到VSMC中可顯著上調(diào)miR-24的表達(dá)，抑制NF-κB p65易位和NF-κB DNA結(jié)合活性進(jìn)而抑制高糖誘導(dǎo)的NF-κB激活并抑制高糖誘導(dǎo)的VSMC的增殖和遷移[24]。

一些數(shù)據(jù)顯示T2DM血管重塑性增強(qiáng),PI3K/AKT/mTOR下調(diào)，MEK/ERK通路上調(diào)，miR-126表達(dá)增加,VSMC遷移和增殖能力增加。在T2DM VSMC中，miR-126過表達(dá)通過下調(diào)PI3K/AKT軸使非T2DM VSMC具有“糖尿病”表型。miR-126還通過激活MEK/ERK通路在T2DM VSMC代謝記憶中發(fā)揮關(guān)鍵作用[25]。此外，有研究顯示血漿中miR-126的變化是在糖尿病患者癥狀出現(xiàn)之前觀察到的[26]，提示其作為糖尿病患者血管并發(fā)癥早期干預(yù)靶點(diǎn)的效力；在db/db小鼠的VSMC中，miR-125b水平上調(diào)，并可靶向下調(diào)Suv39h1(一種組蛋白甲基轉(zhuǎn)移酶，介導(dǎo)H3K9三甲基化)。前面已經(jīng)提到H3K9甲基化與糖尿病血管功能障礙的代謝記憶有關(guān),因此靶向miR-504可能使削弱代謝記憶新療法[27]。除上述分子外，還有一些microRNAs不斷被發(fā)現(xiàn)，例如在db/db小鼠中，miR-9通過靶向KLF5抑制VSMC的增殖和遷移[28]；上調(diào)miR-125a可通過靶向戊二酰輔酶，調(diào)控甲戊酸信號通路，阻斷高糖誘導(dǎo)的VSMC增殖和遷移[29]。 隨著體外和體內(nèi)miRNAs檢測技術(shù)如定量PCRs、微陣列和高通量深度測序的改進(jìn)，這些miRNAs中的大多數(shù)很容易在血漿和尿液中檢測到[30]。通過各種信號通路的交互作用，在VSMC中，這些技術(shù)可以為糖尿病血管并發(fā)癥和VSMC增殖等異常血管過程提供治療靶點(diǎn)，見圖1。因此理解特定的miRNAs如何影響糖尿病VSMC機(jī)制并定制細(xì)胞靶向給藥策略以實(shí)踐于臨床具有巨大現(xiàn)實(shí)意義。

圖 1 糖尿病誘導(dǎo)平滑肌表型轉(zhuǎn)化機(jī)制圖

3 靶向藥物

VSMC作為血管壁中膜的主要結(jié)構(gòu)，其表型轉(zhuǎn)化在糖尿病血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展中起著重要作用。將糖尿病中的VSMC作為修復(fù)表型的目標(biāo)，有望有效地“消除”代謝記憶，改善糖尿病患者血管并發(fā)癥?？偨Y(jié)以上對VSMC表型轉(zhuǎn)化機(jī)制的闡述，可以發(fā)現(xiàn)表觀遺傳機(jī)制的一個重要特點(diǎn)是：可逆，因此通過逆轉(zhuǎn)表觀遺傳標(biāo)記，“重置”異常VSMC表型成為可能[31]。

近年來越來越多的研究顯示表觀遺傳學(xué)與糖尿病的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，表觀遺傳學(xué)的研究將為糖尿病的防治和精準(zhǔn)治療提供一個新的思路。目前，各種表觀遺傳學(xué)藥物正在不同程度上開發(fā)和研制，如DNA甲基化抑制劑(如白藜蘆醇、四環(huán)素等)，miRNA(外泌體)及組蛋白調(diào)節(jié)劑(曲古菌素 A、伏立諾他、丙戊酸、阿托伐他汀等)。但目前還沒有任何研究表明是否表觀遺傳藥物可以逆轉(zhuǎn)VSMC病理表型。因此，在今后工作中我們可以著重從表觀遺傳學(xué)的DNA甲基化、組蛋白修飾以及miRNA等方面進(jìn)行干預(yù)，逆轉(zhuǎn)VSMC表型轉(zhuǎn)化，從基因?qū)用妗爸刂谩碑惓SMC表型。除表觀遺傳藥物外，目前還有一些在研的針對VSMC血管重塑的藥物也有很大的應(yīng)用前景。血管周圍脂肪組織包含脂肪細(xì)胞、脂肪前細(xì)胞、免疫細(xì)胞(T細(xì)胞、B細(xì)胞等和間質(zhì)血管碎片、內(nèi)皮細(xì)胞、巨噬細(xì)胞、成纖維細(xì)胞、單核細(xì)胞等)，可以通過釋放血管調(diào)節(jié)因子、細(xì)胞因子、脂肪因子來調(diào)控VSMC的生長，從而影響血管重塑[32]。他汀類藥物是3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶a還原酶的抑制劑，廣泛應(yīng)用于血脂異常，除在上述基因?qū)用嫱ㄟ^組蛋白修飾影響疾病的發(fā)展，還有研究顯示其在調(diào)節(jié)VSMC表型中的應(yīng)用潛力。研究發(fā)現(xiàn)給藥12周的辛伐他汀(1、5、10、20、50、100 μmol/L)可減弱年齡誘導(dǎo)的大鼠主動脈平滑肌細(xì)胞增殖[33]，并阻斷NF-κB和MAPK的激活。血小板上的P2Y12受體長期以來一直是抗血小板藥物的主要靶點(diǎn)，抑制VSMC的遷移和增殖。目前，P2Y12抑制劑(替格瑞洛，其次是氯吡格雷)是急性冠脈綜合征和經(jīng)皮冠狀動脈介入患者的首選藥物之一。P2Y12受體在VSMC上高度表達(dá)，特別是在人頸動脈斑塊中，其激活可增強(qiáng)動脈收縮。二磷酸腺苷與VSMC中的P2Y12受體結(jié)合，促進(jìn)VSMC的遷移，從而導(dǎo)致新內(nèi)膜增生[34]。但是很少有研究評估P2Y12在VSMC的發(fā)育、表型或可塑性中的作用，還需要大量體內(nèi)體外實(shí)驗證明其在糖尿病血管并發(fā)癥中的應(yīng)用潛力。

4 結(jié) 語

通過以上敘述不難發(fā)現(xiàn)細(xì)胞和非細(xì)胞成分之間的復(fù)雜相互作用可以通過多種分子機(jī)制影響糖尿病患者VSMC的表型和功能,導(dǎo)致血管并發(fā)癥的發(fā)生發(fā)展，嚴(yán)重影響患者的生活質(zhì)量和長期生存率，逆轉(zhuǎn)VSMC表型在糖尿病血管并發(fā)癥治療中顯現(xiàn)出巨大的臨床價值。目前許多靶向藥物已被證明可以調(diào)節(jié)心血管系統(tǒng)的疾病，但這些藥物是否可以調(diào)節(jié)VSMC的表型，去除表觀遺傳標(biāo)記從而治療糖尿病血管并發(fā)癥還不清楚，仍需要大量基礎(chǔ)、臨床實(shí)驗加以證實(shí)。以VSMC表型轉(zhuǎn)化為靶點(diǎn)治療糖尿病血管并發(fā)癥是一種新的挑戰(zhàn)，也是新的機(jī)遇。隨著研究的深入，相信其可以為糖尿病血管并發(fā)癥提供更好的防治策略。