罗 凯，张 腾，2，陈 瑜，2
从代谢异常机制综述中医药防治糖尿病心肌病研究进展
罗 凯1，张 腾1，2，陈 瑜1，2
糖尿病心肌病变是糖尿病的主要并发症之一，与糖尿病病人心力衰竭密切相关。多种因素在糖尿病心肌病变发生、发展过程中发挥重要作用，其早期阶段主要表现为心肌细胞代谢异常。主要从代谢方面阐述近年来糖尿病心肌病发病机制及中医药治疗的研究进展，以供参考。
糖尿病；心肌病；代谢；发病机制；中医药
糖尿病不仅是医学界急需解决的重大课题，其发病人数持续上升已成为极受关注的社会问题，据统计截至2016年全球已有糖尿病病人约4.1亿人，预测2025年将达到5.5亿[1]。作为并发症之一的糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)发病人数不断上升。DCM最早在1974年由Hamby等[2]作为一个明确概念首次提出，是指排除高血压、冠心病、心瓣膜病及其他可能引起心肌病变原因之外的糖尿病病人心肌结构和功能发生的特异性改变。糖尿病心肌病在中医领域属于“消渴”“胸痹”等范畴，中医对本病认识较早，《内经》中论述甚详，经过后世医家不断总结发展，逐渐形成系统理论。本文主要从代谢方面阐述近年来糖尿病心肌病发病机制及中医药治疗的研究进展。
1 糖尿病心肌病分期及病理改变
DCM发展分为早、中、晚三个阶段[3-4]。早期阶段以无症状心脏肥厚伴舒张功能障碍为主，心室重量增加，室壁增厚，心脏舒张期顺应性降低，心脏射血分数正常，无明显临床症状。由于代谢紊乱，早期阶段主要表现为细胞、分子水平和微结构改变，包括心肌细胞肥大，细胞间质炎细胞浸润，线粒体结构功能异常，心肌能量代谢紊乱，游离脂肪酸水平上升，钙离子稳态失调等。中期阶段心室重量、室壁厚度继续增加，心室舒张功能障碍伴轻微收缩功能下降，此时射血分数lt;50%，心肌细胞凋亡和坏死增加，出现心肌间质纤维化和心脏自主神经病变。晚期阶段突出表现为心力衰竭，心室舒张功能和收缩功能均明显降低，心脏射血分数减少，并出现微循环障碍；心肌间质大量炎细胞浸润，小动脉壁增厚，发生玻璃样变性，造成管腔狭窄，心肌细胞凋亡、坏死明显增多，心肌呈现弥漫性纤维化。由此可见，DCM早期阶段心脏主要处于对代谢改变的生理性适应状态，大多局限于细胞分子水平的损伤，心肌主要结构和功能未见显着改变，随着损伤进一步加重，中、晚期阶段则发生心肌结构和功能不可逆转的变化[5]。
2 糖尿病心肌病中医病机及辨证
中医认为消渴病病机主要在肺胃肾阴津亏损，燥热偏胜，导致气血亏虚，阴虚燥热，病久入络，炼液为痰，血脉瘀滞，而心主血脉，气血不畅发生胸痹[6]。消渴病合并胸痹的病机特点为本虚标实、虚实夹杂，证型以气阴两虚、阴阳俱虚为主，多挟气滞、血瘀、湿热、痰凝为病。当代中医家提出糖尿病“三型辨证”理论，将糖尿病辨证分为阴虚热盛、气阴两虚、阴阳两虚三型，反映糖尿病发展的不同进程[7]，对糖尿病心肌病的病机认识及辨证具有一定的借鉴意义。
3 糖代谢异常
3.1 多元醇通路活化 多元醇通路是葡萄糖经醛糖还原酶作用还原为山梨醇，再经山梨醇脱氢酶氧化生成果糖的过程，此途径需要还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸磷酸(nicotinamide adenine nucleoside phosphate，NADPH)为辅酶供氢，是组织细胞葡萄糖代谢的途径之一[1]。糖尿病由于胰岛素分泌不足，糖酵解代谢速率降低，血糖浓度增高，多元醇通路活性加强，糖流通量增多，葡萄糖转化成山梨醇需要消耗大量NADPH，由于NADPH是还原型谷胱甘肽(glutathione，GSH)再生必需的辅助因子，导致GSH生成不足，GSH对体内活性氧(reactive oxygen species，ROS)的清除减少，发生氧化应激反应，造成心肌和血管内皮细胞损伤[8]。多元醇通路消耗大量NADPH，打破细胞原有的氧化还原平衡，造成氧化应激增强，心肌细胞损伤[9-10]。杨靖宇等[11]利用黄芪多糖干预糖尿病大鼠发现，大鼠心肌细胞中NADPH氧化酶活性明显受到抑制，GSH含量升高，ROS水平降低，说明黄芪多糖可能通过抑制多元醇通路活化，减轻糖尿病心肌细胞氧化应激反应，达到保护心肌细胞的作用。
3.2 糖基化(glycosylation，AGE)作用增强 糖基化是在糖基转移酶作用下将糖类转移至蛋白质和脂质的过程，对蛋白质和脂质具有重要的修饰、调节作用。糖尿病状态下，主要通过葡萄糖醛氧化，糖酵解中间产物丙酮醛代谢异常，葡萄糖胺产物发生降解这三个途径使糖基化终末产物(advanced glycosylation end products，AGEs)生成增多[12]。一方面，AGEs与蛋白质游离的氨基形成共价键，形成AGES交联结构，使蛋白质发生糖基化变性，影响正常生理功能；另一方面，AGEs可通过与血管内皮、巨噬细胞等糖基化终产物受体(receptor for advanced glycation end products，RAGE)发生反应形成AGE-RAGE，激活腺苷酸活化蛋白激酶(amp-activated protein kinase，AMPK)和p21ras信号通路，同时可诱导NADPH氧化酶大量生成，共同导致ROS增多，氧化应激反应增强，直接参与心肌细胞损伤发生。
糖基化导致核调节因子-κB(nuclear regulatory factor-kappa B，NF -κB)活化，肿瘤坏死因子-α(tumor necrosis factor-α，TNF-α)、白介素-1(interleukin-1，IL-1)、白介素(IL-6)、血管内皮生长因子(vascular endothelial growth factor，VEGF)、血管黏附分子-1(vascular cell adhesion molecule-1，VCAM-1)等表达增强，产生炎症反应，进一步损伤心肌细胞[13]。AGE-RAGE还可破坏细胞及基质间的连接，影响血管壁和基底膜的完整性，使血管渗透性增加，影响器官组织的结构和功能[12]。
现代研究发现，多种中药成分可以抑制AGEs生成，减轻糖尿病血管内皮损伤，如葛根中黄酮-7-O-吡喃葡萄糖苷可逆转AGEs诱导的NF-κB磷酸化，抑制氧化应激和凋亡因子表达[14]；葡萄籽花青素可通过抑制AGEs生成，下调VCAM-1表达，减轻炎症反应[15]。乔进等[16]发现灵芝多糖联合二甲双胍可有效抑制2型糖尿病大鼠的心肌纤维化进程，可能的机制是减少心肌AGEs生成量，抑制氧化应激反应。
3.3 己糖胺通路活化 己糖胺通路是葡萄糖代谢途径之一，不仅介导高血糖的毒性作用，且可引起胰岛素抵抗和β细胞功能损伤。葡萄糖进入细胞首先生成6-磷酸葡萄糖(glucose 6-phosphate，G6P)，继而转变为6-磷酸果糖(fructose-6-phosphate，F6P)，在6-磷酸果糖酰基转移酶(6- phosphate acyltransferase，GFAT)作用下生成6-磷酸葡萄糖胺，经过一系列代谢，最终转换为二磷酸脲嘧啶N-乙酰氨基葡萄糖(two urea phosphate N-acetyl glucosamine，UDP-GLcNAc)，这一系列反应构成己糖胺通路[17]。
高血糖和胰岛素抵抗诱导的脂肪酸氧化，使葡萄糖进入己糖胺通路增加，生成的F6P增多，且GFAT活性增强，生成UDP-GlcNAc增多，UDP-GlcNAc使转录因子Sp1活化，诱导转化生长因子-β1(transforming growth factor-β1，TGF-β1)和纤溶酶原激活物抑制因子-1 (plasminogen activator inhibitor-1，PAI-1)表达。TGF-β1通路激活上调细胞外基质(extracellular matrix，ECM)的表达，抑制ECM降解，刺激胶原合成，并增加血管紧张素Ⅱ(angiotensinⅡ，AngⅡ)的促纤维化作用；PAI-1表达增加，促进血管平滑肌细胞有丝分裂，在动脉粥样硬化形成中起重要作用[12]；UDP-GlcNAc为脂质和蛋白质糖基化提供前体物质，促进糖基化反应，可导致心肌细胞糖代谢异常[9]。
田金英等[18]利用景丹胰敏剂干预高胆固醇血症、糖耐量降低、胰岛素抵抗等代谢综征，干扰素调节因子(IRF)小鼠实验中发现，大黄具有强抑制GFAT酶活性的功效，配伍红景天和蛹虫草后可有效改善糖代谢异常、延缓糖尿病并发症发生，其作用机制可能是景丹胰敏剂通过抑制GFAT活性，调节己糖胺通路糖流量，减弱糖代谢异常带来的危害，从糖代谢角度为中医药防治糖尿病心肌病开辟新思路。
4 脂质代谢异常
糖尿病状态下葡萄糖氧化导致心脏供能减少，脂肪酸合成、摄取超过氧化速度，体内脂肪酸和三酰甘油水平增加，脂肪酸升高通过各种机制诱导胰岛素抵抗。由于胰岛素介导脂肪酸进入心肌细胞，由胰岛素抵抗引起高胰岛素血症使脂肪酸进入心肌细胞增多，导致脂类在心肌内堆积，当心肌细胞过多的脂肪酸水平超过线粒体氧化能力，细胞发生“脂毒性”现象[4]。过多的脂肪酸摄取和代谢，不仅引起脂肪酸中间代谢物集聚，使需氧量增加和线粒体解偶联，而且造成ROS产生增多，三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)合成减少，线粒体功能障碍，细胞凋亡增加，共同导致心肌细胞收缩力降低和舒张期充盈速度延缓，参与糖尿病心肌病的形成。
王超等[19]从临床和实验两方面总结近10年中医治疗糖尿病高脂血症的相关报道，发现糖尿病合并高脂血症属于中医“消渴病”兼证“痰证”“瘀证”范畴，认为其基本病机为脾肾不足，痰瘀互阻，本虚标实，并适时提出健脾补肾、益气养阴、祛痰活血等治疗方案，从中医角度系统论述糖尿病脂质代谢紊乱的机制和中医药防治原则。张淑芳等[20]通过实验发现复荣通脉胶囊可纠正糖尿病大鼠脂代谢紊乱，减轻主动脉内皮细胞损伤及大血管病变，为中医药调节糖尿病脂质代谢异常，延缓并发症进展提供理论依据。
5 能量代谢异常
正常心脏活动所需能量2/3来自脂肪酸氧化，其余来自葡萄糖和乳酸代谢[4]。生理状态下，氧化磷酸化将电子转移至线粒体内膜呼吸链，电子传递氧化过程释放能量，通过内膜上一系列嵌入的复合体驱动H+由线粒体内膜基质侧转移到膜间隙形成跨内膜H+梯度，利用膜间隙和线粒体基质间的电化学梯度，存储电子传递释放的能量，当质子顺浓度梯度回流基质时驱动ADP生成ATP。高血糖状态下，电子链传递电子与血糖直接相关，高血糖导致电子链饱和将电子转移至氧分子形成过氧离子，最终通过过氧化物歧化酶生成H2O2，H2O2可分解生成具有高度破坏性的OH+自由基，并进一步破坏电子链，形成线粒体通透性转换孔，糖尿病氧化应激状态下线粒体内膜通透性转换孔打开，使H+进入线粒体基质增多，破坏电子传递过程中的跨内膜电化学梯度，存储的能量以热能形式释放，ATP生成减少[21]。
胰岛素抵抗导致葡萄糖利用受限，使心肌供能依赖脂肪酸氧化，脂肪酸氧化相对于葡萄糖氧化需要更多的氧，消耗等量的氧较糖代谢产生的ATP少，导致心脏的能量代谢效率降低[22]。由糖、脂代谢异常引起的能量代谢障碍，导致心肌细胞功能和结构改变，影响心肌收缩和舒张功能。正常情况下，体内物质和能量代谢处于动态平衡，冯卫生等[23]在匡海学提出的热、温性中药促进能量代谢，而寒、凉性中药抑制能量代谢理论基础之上，通过研究发现桑白皮药性寒凉可提高糖尿病小鼠细胞色素C氧化酶活性，使呼吸链过程得以顺利进行，增加ATP生成量，改善糖尿病能量代谢紊乱，从中药性味学方面为防治糖尿病心肌病能量代谢异常提供研究方向。于胜男等[24]研究发现黄芪多糖可明显提高糖尿病大鼠心肌组织ATP/AMP比值，调节心肌细胞能量代谢异常，抑制细胞凋亡，在糖尿病状态下发挥保护心肌细胞功能，进一步论证中药在改善糖尿病心肌病能量代谢方面的机制与作用。
6 钙稳态的破坏
心肌细胞钙稳态在心肌收缩和舒张中发挥重要作用。钙稳态主要依靠Ca2+跨膜转运及细胞内Ca2+泵的调节，主要机制包括以下3个方面[25-26]：持续高血糖使心肌细胞内ROS、长链酰基肉毒碱等毒性分子增多，影响钙调蛋白的敏感性，Ca2+通道蛋白磷酸酶活性降低，通道磷酸化时间延长，钙离子内流增加，导致心肌细胞内钙超载，心肌舒张期延长；高糖环境下心肌细胞，Na+-K+-ATP酶活性明显降低，导致Na+-Ca2+交换体所需的ATP生成不足，活性下降，从而加剧细胞内Ca2+蓄积，造成心肌细胞损伤；肌浆网钙泵的表达水平活性降低，肌浆网Ca2+泵不能将胞浆内Ca2+逆浓度回摄到到肌浆网内，影响心肌收缩功能。
综合中医药领域关于糖尿病心肌病发生后钙离子通路研究发现，中药对钙稳态的维持大多与改善能量代谢和钙泵功能有关。吴铿等[27]利用柚皮苷干预糖尿病心肌病大鼠，发现柚皮苷可通过调控心肌PPARγ表达，降低心室壁张力，其可能机制是柚皮苷通过调节糖尿病心肌能量代谢，维持钙稳态，改善心肌兴奋-收缩及复极-舒张脱偶联功能。随着对丹参酮、芍药苷、银杏酮酯、稳心颗粒等中药单体、复方的深入研究[28]，中药对心肌细胞钙通道和信号转导的作用机制认识日趋成熟，为中医药防治糖尿病心肌病，钙离子代谢紊乱，维持钙平衡发挥重要作用。
7 ROS生成增多和氧化应激增强
心肌细胞ROS主要来源于NADPH氧化酶、线粒体解偶联。糖尿病时线粒体电子链传递障碍、解偶联都可使细胞ROS生成增多，形成氧化应激。持续高血糖状态下糖基化作用增强、蛋白激酶C激活、己糖胺和多元醇通路活化可使NADPH氧化酶表达升高，抑制GSH生成，ROS清除障碍，发生氧化应激反应，损害线粒体膜电位和电子链，造成过氧化物和OH+自由基生成进一步增多，氧化应激造成细胞色素C大量释放，激活含半胱氨酸的天冬氨酸蛋白水解酶3/9，启动细胞凋亡程序，诱导细胞凋亡[21]。糖尿病状态下心肌细胞内ROS生成增多与氧化应激反应密切相关。
利用现代科学技术方法，对中药抗氧化作用研究取得突破性的进展。胡哲夫等[29]通过实验证明橙皮素可减少糖尿病心肌组织ROS产生，抑制TGF-β1引起的氧化应激反应，减轻糖尿病心肌纤维化。结合近些年报道发现，无论是单药还是复方，中药在抑制ROS生成和抗氧化应激方面都取得一定的疗效。
糖尿病心肌病是一种独立的心肌疾病，其发病机制复杂，利用现代生命科学及技术对其发病机制进行深入研究，结合中医理论对复杂性疾病整体观和辨证观的认识体系与中医药悠久的临床积累，发挥传统中医药的特点，在糖尿病心肌病的防治方面必将会取得更大突破性进展。
[1] Aslan HE，Beydemir S.Phenolic compounds：the inhibition effect on polyol pathway enzymes[J].Chemico-Biological Interactions，2017，266：47-55.
[2] Hamby RI，Zoneraich S，Sherman L.Diabetic cardiom yopathy[J].JAMA，1974，229(13)：1749-1754.
[3] Koncsos G，Varga ZV，Baranyai T，et al.Diastolic dysfunction in prediabetic male rats：Role of mitochondrial oxidative stress[J].American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology，2016，311(4)：H927-H943.
[4] Brahma MK，Pepin ME，Wende AR.My sweetheart is broken：role of glucose in diabetic cardiomyopathy[J].Diabetes Metab 2017，41：1-9.
[5] Chavali V，Tyagi SC，Mishra PK.Predictors and prevention of diabetic cardiomyopathy[J].Diabetes Metab Syndr Obes，2013，6(9)：151-160.
[6] 倪青.糖尿病心肌病心室重塑与细胞凋亡的关系及中医药干预前景[J].医学研究杂志，2016，45(11)：1-3.
[7] 田佳星，赵林华，连凤梅，等.中医药防治糖尿病研究进展述评[J].中医杂志，2015，56(24)：2093-2097.
[8] Duan J，Wei G，Cui J，et al.Aralia taibiensis protects cardiac myocytes against high glucose induced oxidative stress and apoptosis[J].Am J Chin Med，2015，43(6)：1159-1175．
[9] Kayama Y，Raaz U，Jagger A，et al.Diabetic cardiovascular disease induced by oxidative stress[J].International Journal of Molecular Sciences，2015，16(10)：25234-25263.
[10] Pappachan JM，Varughese G，Sriraman R，et al.Diabetic cardiomyopathy：Pathophysiology，diagnostic evaluation and management[J].World Diabetes，2013，4(5)：177-189.
[11] 杨靖宇，刘寅，孙根义，等.黄芪多糖影响糖尿病大鼠心肌氧化应激损伤的分子机制[J].临床心血管病杂志，2013，29(8)：584-587.
[12] Edwards JL，Vicent A，Cheng T，et al.Diabetic neuropathy：mechanisms to management [J].Pharmacol Ther，2014，120(1)：1-34.
[13] Christ SE，Moffitt AJ，Peck D，et al.The effects of tetrahydrobiopterin(BH4) treatment on brain function in individuals with phenylketonuria[J].Neurologic Clinics，2013，3：539-547.
[14] Xu Y，Feng L，Wang S，et al.Phytoestrogen calycosin-7-O-beta-D-glucopyranoside advanced glycation end products-induced HUVEC damage[J].J Cell Biochem，2011，112(10)：2953-2965.
[15] Ma L，Gao HQ，Li BY，et al.Grape seed proanthocyanidin extracts inhibit vascular cell adhesion molecule expression induced by advanced glycation end products through activation of proliferactors activated receptor gamma[J].J Cardiovasc Pharmacol，2007，49(5)：293-298.
[16] 乔进，窦志华，吴锋，等.灵芝多糖联合二甲双胍对2型糖尿病大鼠心肌AGEs及CTGF的影响及其机制[J].中国药理学通报，2014，30(4)：536-541.
[17] Harris RB，Apolzan JW.Hexosamine biosynthetic pathway activity in leptin resistant sucrose drinking rats Physiol Behav[J].Author Manuscript，2015，138：208-218.
[18] 田金英，周莹，陈玲，等.中药新配方景丹胰敏剂治疗代谢综合征的方剂研究[J].中国中药杂志，2016，41(2)：272-278.
[19] 王超，梁晓春.中医治疗糖尿病合并高脂血症的临床及实验研究进展[J].中国临床医生杂志，2015，43(3)：26-30.
[20] 张淑芳，吕树泉，王猛，等.复荣通脉胶囊对糖尿病大鼠脂代谢及内皮细胞iNOS表达的影响[J].中医临床研究，2017，9(2)：13-15.
[21] Faria A，Persaud SJ.Cardiac oxidative stress in diabetes：mechanisms and therapeutic potential[J].Pharmacology and Therapeutics，2016，11(13)：1-13.
[22] Srivastava A，Shinn AS，Lee PJ，et al.MKK3 mediates inflammatory response through modulation of mitochondrial function[J].Free Radic Biol Med，2015，83(15)：139-148．
[23] 冯卫生，袁培培，牛艳，等.桑白皮化学拆分组分对糖尿病小鼠模型物质代谢及能量代谢的影响[J].中医药现代化，2015，17(3)：464-470.
[24] 于胜男，曹琼丹，鲁美丽，等.黄芪多糖对糖尿病大鼠心肌细胞凋亡的影响[J].中药药理与临床，2015，31(4)：102-105.
[25] Sommese L，Valverde CA，Blanco P，et al.Ryanodine receptor phosphorylation by CaMKⅡ promotes spontaneous Ca2+release events in a rodent model of early stage diabetes：the arrhythmogenic substrate[J].Int J Cardiol，2016，202：394-406.
[26] Dhalla NS，Takeda N，Rodriguez LD，et al.Mechanisms of subcellular remodeling in heart failure due to diabetes[J].Heart Fail Rev，2014，19(1)：87-99．
[27] 吴铿，游琼，黄瑞娜，等.柚皮苷调控心肌PPARγ表达对实验性2型糖尿病心肌病大鼠模型心肌损伤的防治作用[J].中国药理学通报，2012，28(4)：526-530.
[28] 陈钰，刘晓秋，郭丽丽，等.中药在心肌细胞钙信号转导通路研究进展[J].中国实验方剂学杂志，2012，18(18)：319-322.
[29] 胡哲夫，唐其柱，刘源，等.橙皮素对转化生长因子-β1诱导心肌成纤维细胞增殖的影响[J].疑难病杂志，2015，14(4)：376-379.
2017-07-03)
(本文编辑 薛妮)
R542.2 R256.2
A
10.3969/j.issn.1672-1349.2017.20.011
1672-1349(2017)20-2552-05
上海市优秀学术带头人(No.1XD1403500)；上海市东方学者跟踪计划(No.GZ2015011)；上海市高校特聘教授(东方学者)人才计划，编号：沪教委人[2010]84号、沪教委人[2011]88号；上海市浦江计划(No.11PJ1409000，No.13PJ1407800)；上海市085一流学科建设科技创新支持计划(No.085ZY1212，No.085ZY1221)；上海市曙光计划(No.13SG42)；国家自然科学基金青年科学基金项目(No.81202810，No.81400313)；国家自然基金面上项目(No.81473732，No.81273960)；国家中医药管理局中西医结合临床重点学科建设项目，编号：国中医药发[2009]30号
1.上海中医药大学附属岳阳中西医结合医院(上海 200437)；2.上海市中医药研究院中西医结合临床研究所
张腾，E-mail：zhangteng501@hotmail.com；陈瑜，E-mail：chenyu6639@hatmail.com；
信息：罗凯，张腾，陈瑜.从代谢异常机制综述中医药防治糖尿病心肌病研究进展[J].中西医结合心脑血管病杂志，2017，15(20)：2552-2556.
