糖尿病视网膜病变的生化机制与药物治疗.pdf

论坛 FORUM 50中国处方药 2 0 0 4.4.N O.2 5径，而很少进入多元醇途径。在那些并不需要胰岛素来进行细胞内葡萄糖转运的组织中，比如神经、晶状体、视网膜和肾脏，醛糖还原酶在高血糖的情况下，随着山梨醇在组织中的积聚，其活性会增高。这可能产生的不利影响包括由山梨醇产生渗透性应激、N a+-K+-A T P 酶活性的降低、胞浆内 N A D H/N A D+的增加、N A D P H 的减少、P K C 活性的降低、谷光甘肽的减少和其他抗氧化物质的耗竭等。这些代谢的异常积聚到一定程度时将会造成组织的损伤，引起视网膜血管系统的结构改变。需要指出的是，在高血糖的情况下，葡萄糖进入多元醇途径的量差异很大，可以从兔子晶状体中的 3 3%到人红细胞糖尿病视网膜病变是导致不可逆性视力丧失的首要原因。由于糖尿病发病率正随着人们生活方式的改变而上升，加之人类寿命的延长，视网膜病变正成为新世纪所面临的严峻挑战。对于视网膜病变目前还没有有效的药物。良好的血糖控制可以在很大程度上阻止糖尿病视网膜病变的进展。激光治疗仍是现在最可令人接受的一种治疗方法。高血糖可以产生多种生化缺陷，影响许多细胞信号的表达，包括对视网膜病变相关的生长因子的刺激作用。因此，将来有可能会出现一种新的治疗方法来治疗视网膜病变。目前可以特异性改善视网膜病变生化缺陷的治疗药物均未上市，正在研究之中的如蛋白激酶C 抑制剂、血管内皮生长因子抑制剂、色素上皮源性因子及许多其它的因子也许会被证实可作为新的治疗手段，有效地对视网膜病变不同阶段进行治疗。本文对视网膜病变复杂的生化机制及与之相关的药物作一介绍。多元醇途径的增加多元醇途径包括两步，在醛糖还原酶和 N A D P H 作用下将葡萄糖还原成山梨醇，紧接着就是在山梨醇脱氢酶和N A D+的作用下将山梨醇氧化成果糖。在正常情况下，由于己糖激酶对葡萄糖的高亲和力(低 K m)和对醛糖还原酶的低亲和力(高 K m)，葡萄糖总是在己糖激酶的作用下，优先进入糖酵解途糖尿病视网膜病变的生化机制与药物治疗B i o c h e m i c a l m e c h a n i s m s a n d r e l a t e dp h a r m a c o t h e r a p y o f d i a b e t i cr e t i n o p a t h y首都医科大学附属北京同仁医院内分泌科 杨金奎教授 陆惠糖尿病专题TOPIC 51中国处方药 2 0 0 4.4.N O.2 5中的1 1%。因此，多元醇途径在糖尿病并发症中所起的作用有可能极大程度上取决于其物种、部位和具体组织。虽然动物实验数据极有力地证实了醛糖还原酶在视网膜病变发病早期就发挥了作用，但是体内的多元醇途径抑制实验却得到了不一致的结果。长期应用 醛 糖 还 原 酶 抑 制 剂 索 比 尼 尔(S o r b i n i l)试验显示，索比尼尔除了稍能减缓微动脉瘤进展外，并不能阻止疾病的恶化。然而，醛糖还原酶抑制剂折那司他(Z e n a r e s t a t)对糖尿病神经病变的治疗作用给其在视网膜病变治疗中的可行性点燃了希望，其有效性还需在今后的研究中加以试验证实。A G E 生成增加高级糖基化终末化产物(A G E)生成增加与血糖控制不良有关，这些化合物在D N A、脂肪和蛋白质中的含量反映了一种病理生理的调节，这种调节导致机体在细胞和分子水平上的功能障碍。葡萄糖源性的A G E 已经可以被认为是糖尿病所致的肾、神经、视网膜和血管并发症的原因。以上提及的这些组织相对其他组织而言其糖代谢均属非胰岛素依赖性的，但富含长寿蛋白，如胶原、弹性蛋白和髓磷脂。最初以为 A G E 是从细胞外蛋白质和葡萄糖发生的非酶促反应产生的。但是，葡萄糖生成 A G E 的速度要比细胞内葡萄糖源性的双羰基前体生成的 A G E 慢几个数量级。现在认为细胞内的高血糖是细胞内外 A G E 生成的主要启动因素。A G E 可以产生于:细胞内葡萄糖自动氧化为乙二醛过程；A m a d o r i 产物(葡萄糖源性 1-氨基-1-脱氧果糖赖氨酸化合物)分解为3-脱氧葡萄糖醛酮;3-磷酸甘油醛裂解和二羟丙酮转化为甲基乙二醛。这些胞内活性双羰基(乙二醛，甲基乙二醛和3-脱氧葡萄糖醛酮)和细胞内外的蛋白质的氨基反应生成A G E。在临床糖尿病患者中，慢性并发症(包括视网膜病变)的发生率理论上与经醛酮变位酶系统进行的甲基乙二醛的代谢相关。糖尿病患者A G E 的高水平暗示着活性羰基通过醛酮变位酶转化存在缺陷。但现在关于视网膜的此主题的研究还很少。A G E 在糖尿病并发症中的潜在重要性已在动物模型中得以体现，此实验证实用结构上完全不相关的两种 AGE抑制剂(氨基胍和O P B 9 1 9 5)可以部分阻断糖尿病视网膜、肾和神经微血管病变的结构和功能上改变的产生。维生素B6，一种A G E 抑制剂，在实验性糖尿病中可以成功地抵御视网膜血管损伤而起到保护作用。动物模型和初步的临床试验研究同样也证实了 A G E 抑制剂匹马吉定(p i m a g e d i n e)和交联阻断剂 A L T 7 1 1 可以降低高级糖基化的病理影响程度。目前可以用于抑制糖尿病患者A G E 生成或限制其病理影响的药物越来越多。氨基己糖途径最近的体内外试验表明，通过氨基己糖途径转化的葡萄糖量的增加可能会产生胰岛素抵抗、诱发糖尿病的血管并发症以及诱导生长因子的合成。在正常生理条件下，约只有3%的葡萄糖通过氨基己糖途径进行转化。此途径的限速酶是谷氨酰胺:6-磷酸-果糖酰胺转移酶(G F A T)，G F A T 可以将6-磷酸果糖转化为6-磷酸葡萄糖胺。6-磷酸葡萄糖胺可以很快地代谢为 U D P-N-乙酰-葡萄糖胺，也可以和其他的氨基己糖类物质一起作为必要的底物来合成糖蛋白、蛋白聚糖、神经节苷酯和糖脂。在高糖血症条件下，通过氨基己糖途径的葡萄糖量增加，将使葡萄糖胺水平升高，这可能会造成骨骼肌和脂肪细胞的胰岛素抵抗。在糖尿病患者中，2型糖尿病人G F A T 活性的增加与 H b A1 c水平密切相关，并且在糖尿病肾病患者中可以发现其G F A T 达到了一个更高的水平以及G F A T 表达异常调节。虽然有资料显示G F A T 在大多数组织中均有表达，甚至与糖尿病晚期并发症发展有关，但还没有证据证明在眼组织中有G F A T 的表达。然而，最近有研究显示，过多的葡萄糖通过氨基己糖途径转化可能会导致视网膜神经细胞通过两种方式发生凋亡，即破坏A k t 介导的胰岛素的神经保护作用和通过蛋白糖基化来诱导凋亡。这项报告强调了氨基己糖途径可论坛 FORUM 52中国处方药 2 0 0 4.4.N O.2 5能参与了糖尿病视网膜神经退行性变。P K C 活性的增加蛋白激酶 C家族是一组结构相关的庞大的酶家族，其功能需要磷脂酰丝氨酸/二酰基甘油(D A G)/游离脂肪酸和(或)钙离子与镁离子的参与而激活。由于它们均参与复杂的细胞功能，所以他们也被称为细胞信号结构的“微型芯片”。目前已分离出的十二种P K C 同工酶中，有九种可被脂类第二信使D A G 激活，这表明改变后的D A G-P K C途径也许在糖尿病并发症中起了很重要的作用。P K C-同工酶已被证实与视网膜并发症有特异性相关。在改变了的糖酵解途径中新生的 D A G 合成增加了，其中，3-磷酸甘油醛脱氢酶被抑制，磷酸二氢丙酮向3-磷酸甘油醛还原加速。增加了的3-磷酸甘油醛更易于作为(可激活 P K C 的)D A G 的前体。据报道,增加了新生D A G 的合成可以在培养的血管细胞与糖尿病动物的视网膜和肾小球中激活 P K C，通过结合A G E受体和增加多元醇途径的活性，高血糖也可以间接激活P K C 同工酶。在实验性糖尿病模型中P K C-同工酶的激活已被证实可导致视网膜和肾血流异常。这就导致了P K C-同工酶特异性抑制剂的开 发。一种 P K C 抑 制 剂r u b o x i s t a u r i n (L Y 3 3 3 5 3 1)已经进行期临床试验治疗严重的增殖期视网膜病变及糖尿病黄斑水肿，在实验性糖尿病模型中，这些抑制剂可预防视网膜血流缓慢、减少了由激光介导的主干静脉闭塞引起的视网膜新生血管形成，并抑制V E G F 介导的血管渗漏。虽然视网膜病变病程的进展及需要局部光凝治疗的终点事件在统计学上并未显示出明显的益处。但其却显示出了对于中度视力丧失有效的趋势。氧化应激视网膜富含多不饱和脂肪酸，有最高的葡萄糖氧化过程，是氧摄取量最高的组织，因此，视网膜在氧化应激中最容易受损伤。氧化应激的增加可以改变循环中血细胞与视网膜毛细血管内皮细胞的相互作用，从而破坏了复杂的视网膜微血管的组织结构。抗氧化的保护性酶如超氧化物歧化酶(S O D)的活性受损在糖尿病中可能也是一种氧化应激的原因。最近的证据表明在由包括V E G F 在内的一些生长因子肽类激活酪氨酸激酶受体导致的有丝分裂级联反应与活性氧簇密切相关。另外，高级糖化终产物通过可能在糖尿病视网膜病变发展中发挥重要作用的缺氧诱导因子-1(H I F-1)的激活而调节 V E G F 的表达。在“E U R O D I A B 并发症研究”中发现，胰岛素抵抗的标记物之一，三酰甘油的水平升高在糖尿病视网膜病变中是一个危险因子。研究表明，软脂酸(一种血浆中主要的饱和游离脂肪酸)通过细胞内活性氧簇的产生，在体外培养中可诱导微血管内皮细胞和外膜细胞的凋亡。高血糖记忆随着糖尿病控制与并发症研究(D C C T)、K u m o m o t o 研究和英国糖尿病前瞻性研究(U K P D S)的发表，通过控制血糖来阻止微血管并发症的效果最终得以确定。可是，这些研究依旧未阐明一些矛盾现象，还需要对糖尿病并发症的病理生理作进一步的研究。其中一个矛盾现象被称为“高血糖记忆”，这就是血糖恢复正常后仍然存在高血糖导致的微血管改变的持续进展。这一惊人的现象发生在糖尿病犬高血糖后的正常血糖期的眼睛。当狗处于维持性的高血糖2.5年后，其眼睛在组织学上是正常的。此后2.5 年使其血糖正常，却出现了严重的视网膜病变。另据报道，由链脲霉素介导的糖尿病鼠，即使将其恢复于正常血糖环境中，视网膜病变仍然进展，表明单纯控制好血糖并不能阻止晚期视网膜微血管病变进展。糖尿病控制与并发症研究(D C C T)的发表进一步确定了通过控制血糖来阻止微血管并发症的效果糖尿病专题TOPIC 53中国处方药 2 0 0 4.4.N O.2 5高血糖记忆在人类也存在。在D C C T 研究结束后，原常规治疗组与原强化治疗组对视网膜病变和肾病的发生与严重程度的影响的后续效应可达4 年，尽管这4 年两组几乎已经是同样的糖化血红蛋白值。有趣的是企图运用胰腺移植来达到血糖正常化的方法也未能有效阻止视网膜病变病人的病程。其他研究表明，病前的血糖(H b A1 C)和第一次就诊时血糖也影响视网膜病变的发展。这些研究提示在糖尿病开始阶段达到最佳血糖水平是至关重要的，因为H b A1 C水平在糖尿病第一年就与以后背景型视网膜病变的发展密切相关了。因此，长期糖尿病控制并不应仅指血糖的控制，更重要的是如何通过全面措施最低限度的降低微血管和大血管并发症的危险。正如B r o w n l e e 等人建议的，高血糖介导的线粒体超氧化(氧化应激)也许是对高血糖后的正常血糖期并发症进展的一个很好的解释。使用一般的抗氧化剂抵消因氧化应激产生的生化紊乱可能很难实现，因为这些是以化学方法来清除活性氧簇。在这种情况下，应该寄希望于新的低分子量的复合物如 S O D 一样或模仿过氧化氢酶来持续清除活性氧簇，就像具有与天然酶效率相近的催化剂。在预防糖尿病并发症进展过程中期待能有类似的药物提供这种新的治疗方法。糖尿病视网膜病变是糖尿病眼部并发症中最严重的病变。虽然过去 4 0多年的糖尿病视网膜病变治疗进展使这种病变致盲的危险性大大降低，但是糖尿病仍然是最常见的疾病之一（大约 6%的美国人患病），所以视网膜病变依然是一个很严峻的问题。目前预防和治疗的方法目前预防和治疗糖尿病视网膜病变的方法如表1 中所示。临床随机病例对照研究显示1 型糖尿病和2 型糖尿病患者有效控制血糖接近正常水平可以阻止视网膜病变的发生和进展。另外，2型糖尿病患者控制血压可以延缓视网膜病变的进展。美国一项大型研究糖尿病控制和并发症研究(D C C T)报道了1 型糖尿病的两个意外发现。首先，严格血糖控制组和标准控制组之间进展上的差异，只到并发症发生后的两年半才表现出来。其次，在以前有视网膜病变的患者中，1 0%的患者在严格血糖控制后视网膜病变有暂时的恶化，常表现为棉絮样的物质增加和点状出血。但是这种早期的恶化很少发展为视网膜肿瘤血管的形成。早期恶化的原因未明，但研究表明胰岛素样生长因子 1的系统水平增高或外源性胰岛素水平增高可以上调丝裂原细胞因子的水平，说明生长因子可能与其有关。氩离子激光视网膜光凝固疗法在2 0 世纪6 0 年代发展起来，对治疗增生性糖尿病视网膜病变和糖尿病黄斑水肿有重要影响。糖尿病视网膜病变协会和糖尿病视网膜病变早期治疗协会的两个大型随机病例对照研究证明给予氩离子激光治疗后,严重的视觉损害下降了 5 0%。糖尿病视网膜病变试验采用全视糖尿病视网膜病变R o b e r t N.F r a n k 博士D i a b e t i c r e t i n o p a t h y