糖尿病周圍神經病病變中施萬細胞凋亡信號傳導通路的研究進展

糖尿病周圍神經病病變中施萬細胞凋亡信號傳導通路的研究進展

2017-01-22 來源：中國微侵襲神經外科雜誌

作者：北京大學醫學部中日友好臨床學院（張保建），中日友好醫院神經外科（於炎冰、梁劍峰、楊文強、張黎）

 

1.糖尿病周圍神經病概述

 

糖尿病周圍神經病（diabetic peripheral neuropathy，DPN）是最常見的糖尿病性神經病變，病史大於20年的糖尿病病人，超過50%病人會發生DPN。DPN主要病理學特點是進展性周圍神經纖維缺失帶來的症狀和體徵，主要表現為肢體疼痛、麻木和感覺缺失，其中又以雙側肢體末端對稱性、多發感覺運動神經病變（distal symmetric sensorimotor polyneuropathy，DSSP）最多見，表現為雙側肢體末端對稱性疼痛、麻木、痛溫覺減退甚至缺失，以及皮膚汗少、乾燥、增厚、肌無力、肌萎縮等，包括典型的「手套、襪子樣」感覺障礙，一般下肢重於上肢。神經電生理檢查可發現相應周圍神經感覺和（或）運動傳導速度減慢，神經動作電位波幅降低甚至消失。

 

DPN具體發病機制目前仍不明確，可能為繼發於糖尿病的代謝、血管異常、生物機械卡壓等多因素共同作用的結果。目前DPN內科治療以控制血糖、對症治療、營養神經等為主，但均缺乏特異性，療效欠佳。基於DPN發病機制中周圍神經在肢體生理狹窄處受壓的周圍神經減壓術由Dellon於1988年率先提出，並在動物試驗得到證實，並於1992年報導首批採用周圍神經減壓術治療的四肢DPN病例，效果優良，為DPN治療提供一種新途徑。DPN治療目標不僅是減輕症狀，更重要是延緩或阻止神經病變進程，預防潰瘍、截肢等嚴重後果。對DPN發生、發展的內在細胞、分子機制深入研究，將有助於進一步深刻理解疾病本質，並實施有效治療策略。

 

2.施萬細胞凋亡是DPN發生發展的重要環節

 

施萬細胞（schwann cell，SC）是周圍神經系統的膠質細胞，能夠分泌表達多種神經營養因子，防止神經元胞體死亡，促進軸突髓鞘化。在體內生理情況下，施萬細胞作為軸索包裹細胞，對軸索有絕緣保護、營養支持和損傷修復等作用，並對代謝異常引起的周圍神經損傷起到重要修復作用。因此，施萬細胞在維持周圍神經系統功能和周圍神經病變發病機制中具有重要作用。Delaney等觀察並描述糖尿病小鼠施萬細胞凋亡的超微結構特點，定義細胞凋亡「金標準」的特徵性改變：核凝集、核固縮及明顯空泡形成。目前越來越多證據表明：施萬細胞功能紊亂與凋亡，參與DPN病變過程，且在糖尿病病人的周圍神經系統中已經證實施萬細胞凋亡。

 

施萬細胞凋亡後神經生長因子分泌減少，對軸突營養作用減弱，進而導致軸突萎縮、死亡。由此可見，施萬細胞凋亡是DPN病變發生、發展的重要環節。

 

3.調節施萬細胞凋亡的信號轉導通路

 

3.1促進施萬細胞凋亡的信號轉導通路

 

高血糖是DPN細胞凋亡的始作俑者。糖尿病時，雖然體內所有細胞均受高糖環境影響，但絕大多數細胞能夠通過自我調節而減少糖攝入，保持細胞內糖的相對穩定。然而施萬細胞攝入血糖是通過胰島素非依賴型葡萄糖轉運體實現，細胞內糖濃度隨細胞外濃度變化而變化。

 

當細胞內高糖環境形成後，通過三羧酸循環進行糖代謝時，產生給電子體增多，較多給電子體進入線粒體氧化呼吸鏈，使線粒體膜電壓梯度增加，達到一定程度後，線粒體電子傳遞將會停滯，導致線粒體正常氧化呼吸過程中斷而產生超氧化物，超氧化物通過一系列酶的作用變為活性氧自由基（reactive oxygen radicals，ROS）。半胱天冬酶（caspases）又稱細胞凋亡蛋白酶，是細胞凋亡的主要執行者，其激活是多種細胞凋亡必不可少的步驟，減弱這些酶的活性、酶基因的突變或應用酶的藥物抑制劑，可減慢甚至阻止細胞凋亡。

 

Bcl-2蛋白家族是細胞凋亡的調節蛋白，根據其結構和功能特徵可分為3類：Bcl-Ⅰ、Bcl-Ⅱ、Bcl-Ⅲ，其中Bcl-Ⅰ成員具有抗凋亡活性，Bcl-Ⅱ、Bcl-Ⅲ成員促進細胞凋亡。超氧化物、ROS產生和線粒體功能障礙可通過以下途徑引起施萬細胞凋亡：①高水平ROS和線粒體功能障礙能直接下調抗凋亡因子表達，上調凋亡因子表達，如Bax/Bcl-2，進而觸發線粒體中細胞色素C釋放，釋放入細胞質的細胞色素C能增強上遊caspase-9活性，進而共同激活下遊caspase-3，導致施萬細胞凋亡。Amaral等觀察在高糖環境中培養6h後，施萬細胞中caspase-3活性明顯增強。

 

凋亡刺激導致促凋亡Bcl蛋白和Bax蛋白構象改變和再分布，並趨向線粒體，在線粒體膜形成膜通道，導致細胞色素C釋放。IGF-Ⅰ通過抑制Bax蛋白表達或抑制其在線粒體再分布，可抑制細胞凋亡。高水平ROS和線粒體功能障礙能促進凋亡誘導因子（apoptosis inducing factor，AIF）核移位，通過半胱天冬-非依賴途徑導致施萬細胞凋亡。即高血糖誘導線粒體氧化應激導致施萬細胞凋亡，通過caspase依賴途徑和AIF介導的caspase非依賴途徑，ROS抑制劑能阻止ROS誘導的上述細胞凋亡過程。

 

線粒體產生的過量ROS激活聚腺苷二磷酸-核糖聚合酶（PARP），PARP使磷酸甘油醛脫氫酶（GAPDH）活性降低。GAPDH活性降低，激活高血糖損害的4條主要通路：多元醇（polyol）通路、氨基己糖（hexosamine）通路、高級糖基化末端產物（AGE）通路、蛋白激酶C（PKC）通路。其中AGE通路對施萬細胞凋亡影響的研究最多。

 

AGE能導致細胞過度氧化應激、激活蛋白激酶C-絲裂原激活蛋白激酶（PKC-MAPK）及核因子KappaB（NF-κB）。NF-κB是調節細胞氧化應激損害的關鍵分子，其調控編碼炎症反應介質的基因轉錄，AGE可激活NF-κB，並導致過多炎性細胞因子TNF-α和IL-β產生。由AGE引起施萬細胞活性降低能被強力抗氧化劑α-硫辛酸阻止。特異性p38MARK抑制劑（SB202190）也能抑制AGE對施萬細胞活性的影響。這些結果表明氧化應激參與AGE通路誘導的細胞凋亡（圖1）。

 

3.2抑制施萬細胞凋亡的信號轉導通路

 

磷脂醯肌醇3-激酶（PI3-K）是由85kD調節亞基與110kD催化亞基組成的二聚體蛋白，其作用是使脂類及蛋白的絲氨酸-蘇氨酸磷酸化。Akt為PI3-K信號轉導通路下遊的一個效應分子，PI3-K可使Akt磷酸化進而阻止細胞凋亡而維持其存活。文獻研究結果證實IGF-I通過和Ⅰ型IGF受體結合使胰島素受體磷酸化，進而磷酸化PI3-K，激活Akt而促進細胞存活，即IGF-Ⅰ通過PI3K-Akt通路阻止施萬細胞凋亡。

 

4.針對施萬細胞凋亡信號轉導通路治療DPN

 

施萬細胞在周圍神經功能和再生中扮演關鍵角色。抑制施萬細胞凋亡與促進施萬細胞生長在DPN治療中尤為關鍵。施萬細胞可能成為DPN治療的一個重要靶點，但目前臨床針對施萬細胞凋亡尚缺乏特異性有效藥物。西藥研究主要集中於凋亡途徑的各個關鍵分子，多種關鍵酶抑制劑及分子類似物已應用於臨床治療。PARP抑制劑通過阻止高血糖所致PKC、NF-κB激活，來抑制AGE生成，進而阻斷施萬細胞凋亡途徑。實驗證實IGF-I可通過PI3K途徑阻止caspase激活，進而抑制施萬細胞凋亡。Bcl-xL過表達通過中止線粒體中凋亡的級聯放大反應，而阻止細胞形態學改變和凋亡。

 

近年研究表明：中藥在治療DPN及施萬細胞凋亡方面具有較大應用前景，目前多種藥用植物和植物提取物包括黃酮類、生物鹼類、酚類化合物、皂苷類和植物甾醇類的典型化學成分已被發現在治療DPN中具有顯著療效，其通過抑制施萬細胞凋亡和（或）促進增殖，並促進多種神經營養因子表達而發揮作用。如季聚良等報導應用中藥降糖舒絡方可調整胰島素和糖化血紅蛋白水平，抑制施萬細胞凋亡，可能機制為抑制凋亡因子caspase-3和Bax表達，促進Bcl-2家族中抗凋亡因子Bcl-Ⅰ表達。劉笑迎等報導中藥黃芪、丹參、山藥對施萬細胞有抗凋亡作用，主要通過提高Bcl-Ⅰ表達、抑制caspase-3表達發揮作用，且這三種藥物合用具有綜合作用。5展望目前，DPN中施萬細胞凋亡信號轉導通路尚未完全闡明，研究該領域將有助於尋找調控細胞凋亡的有效途徑，為開發治療DPN新型藥物提供思路。西藥應用雖在實驗研究具有顯著療效，但其臨床效果仍不能肯定。中藥具有很高的潛在應用價值，但其具體分子機制仍亟待探索。

 

來源：中國微侵襲神經外科雜誌2016年02月第21卷第2期

 

 

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