血管內皮細胞功能與糖尿病的關系研究進展

高雁鴻，劉建志，王仁山，張年萍

（1.大同市第五人民醫院內分泌科,山西大同 030009；2.山西大同大學附屬第一醫院，山西大同 037009；3.大同云城內分泌醫院,山西大同 037006；4.大同新建康醫院內科山西大同 037036；5.山西大同大學醫學院，山西大同 037009）

高度分化的單層內皮細胞覆蓋在微血管的內表面，是微循環的感受器，可以感知微血管的壓力、剪切力、激素和化學分子的變化，是維持機體組織、器官內環境穩定的決定因素。微循環是細胞生長、發育、賴以生存的環境，而這些都離不開內皮細胞的作用。

1 內皮細胞的功能

1.1 內皮細胞是內分泌組織

內皮細胞以內分泌、自分泌、旁邊分泌3 種形式分泌多種細胞因子調節血管張力和血流，維持微循環的穩態。血管舒張因子有一氧化氮（NO）、前列環素、內皮衍生超極化因子等；血管收縮因子主要指內皮素（ET-1），血管緊張I、II，血栓素等。其中NO 是最強的舒張因子，ET-1 是最強的收縮因子，二者在維持微血管舒縮功能中起重要作用。內皮細胞還有抗血凝、抗血栓形成作用，以維持微循環有足夠的血流量和流速。

1.2 窗孔式結構

內皮細胞是窗孔式結構，是微血管與組織間液物質交換的通道。不同組織由于其功能的差異，微循環的密度、內皮細胞窗孔的大小和數量的多少各不相同。窗孔的大小和多少受多種因素調控。這些因素使內皮細胞增加NO 分泌、減少ET-1 的分泌，增強血管的舒縮功能和維持窗孔的通透性。窗孔結構是保證營養物質和氧氣供應及代謝產物交換和排出的通道。

2 內皮細胞功能受損

多種內源性和外源性的因素均可使內皮功能受損。內源性的因素有肥胖、高血糖、脂代謝紊亂、高尿酸血癥、高血壓等，外源性的因素有吸煙、飲酒、感染、創傷、理化因素等。內皮細胞功能受損的表現是漸進性的，不同時期有不同的表現。

2.1 微血管自律運動減弱

微血管自律運動是微循環的重要動力，包括運動的節律和程度。文獻報道正常人餐后微血管自律運動的水平增加，而糖尿病患者微血管自律運動減弱[1]。這種減弱可以在骨骼肌、皮膚、周圍神經和胰腺等組織發生，使有效微血量收縮和舒張頻率及振幅下降[2]。

2.2 凝血系統異常

內皮細胞功能異常易引起血液的高凝狀態和血栓形成。①纖溶功能異常：內皮細胞功能受損使纖維蛋白溶解酶原激活劑（tPA）合成減少，纖溶酶原激活物抑制因子（PAI-1）合成增加。②增加黏附因子在內皮細胞的表達，如假性血友病因子（vWF）、P-選擇素、可溶性血管黏附分子，（sVCAM-1）、可溶性細胞間黏附分子-1（sCAM-1），使白細胞、血小板在內皮細胞黏附，引起血管壁的破壞和血栓形成，進而引起微循環血流異常。

2.3 內皮細胞結構的異常

內皮細胞結構異常主要表現為去窗孔化（窗孔變小、數量減少、甚至閉塞，直至凋亡）。再生會使微循環血管床減少，進而形成動-靜脈短路，物質交換受損。Fadinideng 發現與正常對照組相比糖尿病患者體內循環內皮祖細胞和內皮細胞分別降低了33%和40%，且內皮細胞數量與空腹血糖負相關[3]。

2.4 新生血管形成

在缺氧條件下內皮細胞增加血管內皮生長因子（VEGF）的分泌。VEGF具有促進內皮細胞增殖、分裂，誘導新生血管形成。VEGF 還增加細胞外基質的生成，使微血管基底膜增厚，通透性更差，進而促進轉化生長因子（TGF）β1 分泌，使組織纖維化。研究顯示內皮細胞功能受損時不同組織VEGF表達各不相同[4]：心肌、骨骼肌VEGF 表達下降，側支循環建立減少；神經、肝臟、視網膜、腎臟VEGF表達增加，使其組織纖維化。提示內皮細胞功能受損對不同組織影響不同，從而引起不同的并發癥。

3 內皮細胞受損的機理

研究顯示，從NGT-1GR-DM 血漿超氧化物岐化酶（SOD）依次降低，脂質過氧化物終末產物（MDA）和炎癥標志物C-RP、1L6、TNF-2等依次升高。證實了炎癥因子和氧化應激參與了內皮細胞的損傷[5]。

3.1 炎癥因子

普遍認為代謝綜合征是一種亞臨床炎癥狀態。肥胖、脂代謝紊亂、糖代謝紊亂、高血壓、感染等可激活核因子KBC（NF-KB）。NF-KB 稱炎癥信號的“第一反應因子”，調控多種炎癥因子的基因表達，使多種類炎癥因子表達增加，如CRP、1L-6、TNF-2、ICAM-1、VCAM-1、MCP-1，ET-1 等。Hingoran 等用脂多糖誘導人體急性炎癥狀態，發現內皮依賴性血管擴張反應受損，暗示炎癥可能是連接高游離脂肪酸（FFA）血癥和內皮細胞功能障礙的關鍵點[6]。炎癥因子通過降低細胞內的磷脂酸肌醇—3—激酶/絲蘇氨酸蛋白激酶（P13K/AKt）信號通路使NO 生物利用度減少，從而導致炎癥性血管內皮損傷。

3.2 氧化應激

肥胖病人隨著血脂的升高，氧自由基呈線性升高，脂類過氧化的終末產物之一丙二醛（MDA）水平與肥胖正相關，超氧化物岐化酶（SOD）是負相關，使機體活性氧族（ROS）顯著增加，其中以ROS危害最大。ROS 可抑制破壞PI3K-AKt-eNOS 信號轉導途徑，導致NO 合成和釋放減少，誘導內皮細胞調集炎癥因子可引起活性氧增加?；钚匝跻彩荖F-KB 敏感的刺激因子，可能是激活NF-KB 的第二信使，使炎癥因子表達增加。二者均通過下調PI3K/AKt信號通路使內皮細胞受損?？寡?，抗氧化治療均有改善內皮細胞功能的效應。Brownlee 提出，高血糖導致內皮細胞線粒體增多是糖尿病血管病變機制中的關鍵因素[7]。

4 內皮細胞與胰島素抵抗

2003 年美國召開的首屆胰島素抵抗綜合征大會上就提出，胰島素抵抗綜合征有內皮細胞功能異常。近年來血管內皮功能與肥胖和胰島素抵抗（IR）已被廣泛關注[8]。

4.1 內皮型胰島素抵抗

內皮細胞是胰島素敏感的靶細胞，胰島素與其受體結合后使內皮細胞eNOS 活化，NO 釋放增加，ET-1分泌減少，使血管舒張。反之多種因素使NO合成和釋放減少，需要大量的胰島素才能維持血管舒張。第二，內皮受損進入靶細胞的胰島素和葡萄糖減少，攝取和利用率減低引起IR。第三，在血液和組織中存在胰島素降解酶（IDF）使胰島素失活。研究表明，T2DM 患者紅細胞IDF 顯著高于正常人，說明IDF水平升高使胰島素降解過快可能是引起IR的原因之一[9]。第四，內皮細胞功能受損是高血壓的始動因素。高血壓又作用于內皮細胞的腎素——血管緊張素系統，使NO 合成減少，ET-1 分泌增加IR。以上4點可能是“內皮型IR”的成因。

4.2 內皮細胞與外周組織的胰島素抵抗

普遍認可脂肪組織、肝臟、肌肉組織是IR的主要部位。其IR 的根本原因緣于這些組織內皮細胞功能受損。

4.2.1 脂肪組織胰島素抵抗

肥胖是脂肪組織的增加，體重增加1 kg脂肪組織增加0.8 kg。肥胖引起IR實質是脂肪組織增加的結果。①脂肪組織增加使脂肪組織的單核細胞、巨噬細胞占脂肪細胞的比例由5%～10%上升到60%，炎癥因子表達增加引起內皮細胞功能受損。肥胖氧自由基生成增加是TG、FFA 升高的結果。WHO等對超重（BMI ＞23 kg/m2）兒童研究已證實存在內皮功能受損和頸動脈內膜增厚[10]。內皮細胞功能受損是使脂肪組織新生血管減少，引起脂肪外溢的重要原因。②脂代謝紊亂：血脂異常是內皮細胞功能障礙的重要危險因素。王蕾蕾等研究[11]發現：空腹狀態血脂介導的內皮依賴性血管舒張功能異常組血TG 高于正常組。人體研究中發現，血中FFA 水平無論是外源性還是內源性升高都可使正常人內皮依賴性血管舒張功能受損，內源性NO 生成減少。Hang等發現[12]，高濃度飽和脂肪酸可誘導肝竇內皮細胞去窗孔化。LDL-C易透過血管內皮屏障，由吞噬細胞吞噬是形成泡沫細胞的基礎。LDL-C極易氧化，形成氧化型LDL（OXLDL），具有很強的毒性。OXLDL 在糖尿病患者血清中大量存在，是引起血管內皮細胞損傷和功能障礙的重要危險因素[13]。HDL-C 通過促進膽固醇逆向轉運、抗氧化，抑制血栓形成，促進血管內皮功能、抑制炎癥反應、抗細胞凋亡[14]。

已有研究表明T2DM患者HDL-C 的抗炎、抗動脈粥樣硬化的作用減弱[15]。孫嘉滕等研究在糖尿病患者中HDL-C 不僅較正常對照組水平下降，而且抗炎作用下降，甚至還表現出一定促炎作用[16]。③肥胖使脂肪組織分泌脂聯素下降，瘦素、抵抗素分泌增加。脂聯素可以活化eNOS刺激NO的產生，具有改善IR、抗動脈粥樣硬化、抗炎、抗氧化、保護內皮功能損傷。脂聯素分泌減少增加了內皮細胞的損傷。給予重組脂聯素可逆轉血管內皮細胞的損傷。肥胖使瘦素水平增加。瘦素升高可增加炎癥因子和氧自由基的生成。體外實驗中，瘦素可增加ET-1釋放。肥胖者抵抗素分泌增加。抵抗素有致炎效應，可導致炎癥因子表達增加，進而使內皮細胞受損。早有研究發現，血管內皮功能損傷與肥胖和IR 密切相關，是促進肥胖和相關疾病發生的重要因素。

4.2.2 肝臟的胰島素抵抗

肝臟是IR 的重要組織，有“中心性IR”之稱。①肝臟是胰島素作用最主要的組織。胰島素自肝門靜脈入肝，首過效應被利用50%以上才進入體循環，同時在肝內被IDF 降解。IDF 在肝內含量最高。因此，高胰島素血癥主要是肝臟胰島素利用和降解減少。②肝臟的微循環及其豐富。肝竇內皮細胞（LSEC）是多孔樣窗口結構，窗孔呈簇，聚集成篩板，這是與其它組織血管內皮細胞區別的標志。這與肝臟在機體中的重要地位相適應。LSEC 同樣分泌NO 和ET-1 調節窗孔的大小和舒縮功能。由于LSEC 所處的地位和結構最易去窗孔化，任何一個環節的損傷都將引起肝竇功能異常而導致微循環障礙[17]。③脂肪肝的形成：隨著肝竇和肝臟其它微血管內皮細胞的去窗孔化使大分子的脂質和乳糜微粒殘留在肝竇內及微血管，減弱了這些脂類物質進入肝細胞代謝，導致脂代謝紊亂和在肝內的沉積。隨之OXLDL等有害物質引起LSEC和其它微血管內皮細胞毛細血管化及基底膜的形成導致肝臟脂肪變性，進而增加內皮細胞功能受損。脂肪肝患者肝門靜脈及肝靜脈寬度、血流速度較正常人下降，在動物模型中這樣的改變使肝竇容積下降50%[18]。因此，脂肪肝是IR的重要原因。

4.2.3 肌肉組織的胰島素抵抗

肌肉組織是葡萄糖氧化利用和FFA 利用的重要組織。骨骼肌微血管自律運動功能受損可能與外周肌肉組織胰島素抵抗相關[19]。NEWman等在糖尿病動物模型中發現肌源性微血管自律運動減弱[20]。正常人餐后微血管自律運動增加，而T2DM 患者微血管自律運動不同程度受損，導致微循環血管網不能有效開放，非營養性毛細血管向營養性毛細血管轉化受阻，從而影響肌肉組織葡萄糖攝取[21]。有研究表明，糖尿病下肢病變實驗小鼠骨骼肌炎癥因子表達增加，同時VEGF 水平和eNOS 磷酸化水平下降。因此肌肉組織內皮細胞受損后新生血管再生不足是糖尿病患者四肢纖細和糖尿病足發生的原因之一。Chou等在動物實驗中發現，糖尿病情況下心肌細胞VEGF mRNA 表達減少40%，其受體mRNA 表達減少70%；在視網膜和腎臟VEGF 及其受體mRNA 表達卻增加了2倍，提示糖尿病患者合并冠心病后側支循環建立不足[22]。劉志紅等對糖尿病腎病患者研究發現，腎組織中VEGF 及其受體強度與患者腎小球結節樣病變的形成、糖尿病視網膜病變的發生顯著相關[23]。

5 內皮細胞與β 細胞凋亡

胰島是高度血管化的微器官，毛細血管的寬度是外分泌腺的5～10 倍，有較多的窗孔，具有血糖感覺器的作用，使β細胞快速感知循環中血糖水平的波動，從而對胰島素分泌作出迅速有效的較準調控[24]。營養物質、氧氣較易通過窗孔進入胰島，而胰島的分泌物也可通過窗孔進入肝門靜脈系統，維持胰島正常的內環境。胰島微血管內皮細胞對維持β細胞功能至關重要，微血管內皮細胞參與和促進β細胞調控，兩者之間存在“信息通訊的橋梁”[25]。有人提出，胰島是一高度血管化的微器官，β細胞功能衰竭很可能是微血管病變的表現[26]。Zucker糖尿病大鼠被發現與其胰島微血管內皮細胞形態異常、微血管結構完整性受損有關。劉明等發現，糖尿病小鼠皮膚及胰腺微循環功能受損[27]。內皮細胞功能受損使大分子物質如TG 和胰淀粉樣蛋白在胰島內沉積產生毒性作用。Michios 等以肥胖Fa/faZDF 鼠研究，發現ZDF 鼠在糖尿病前期胰島β細胞內TG 的含量較正常增加3 倍，而后期含量增加10倍，出現葡萄糖刺激的胰島素分泌障礙[28]。胰島素是β細胞與胰島協同分泌的一種物質，進入血循環有多種生理效應。但由于胰島內皮細胞去窗孔化在胰島內聚合形成淀粉纖維蛋白（IA）而在毛細血管內皮細胞周圍形成被膜造成彌散障礙；隨后發生胰島素分泌和吸收的缺陷[29]。Balter 等研究發現10% IFG 者β細胞有IA 沉積，這些人β細胞數已減少40%，90%的T2DM患者胰島中有IA沉積，伴β細胞數量減少，且IA 的沉積程度與糖尿病變程度相一致[30]。以上研究提示，胰島內皮細胞去窗孔化使TG、IA在胰島內沉積是β細胞凋亡的原因之一。

6 內皮細胞功能受損的防治

內皮細胞功能障礙是高血壓、動脈粥樣硬化的始動因素，也是微血管病變的基礎。血管內皮細胞功能異常在大血管和微血管病變的發生和發展中起關鍵的作用[31]。高血糖引起糖基化終末產物形成增加，多元醇通路、蛋白激酶C 通路、已糖胺通路激活進一步引起活性氧族和炎癥因子表達增加，加重了內皮細胞的損傷，也是糖尿病患者致殘、致死的重要原因。因此，內皮細胞功能受損的防治顯得非常重要。內皮細胞功能受損的發生比人們想象的要早。國外研究發現[32]，T2DM患者一級親屬已出現血管內皮功能受損。朱振云等7年的前瞻性研究也說明，血管內皮功能障礙先于MS 的發生，在MS發生中起關鍵作用[33]。在IGT階段腎臟、視網膜、周圍神經已經出現糖尿病微血管改變的表現，確認糖尿病時微血管病變的患病率已達30.2%～89.8%[34]。視網膜是觀察微血管病變的最好窗口。光學相干斷層掃描血流成像（OCTA）能更早地發現糖尿病患者視網膜毛細血管網的早期病變，甚至在未出現毛細血管并發癥時已有毛細血管丟失現象。因此，肥胖、高血壓、脂代謝紊亂患者應及早對癥治療是防治內皮細胞功能紊亂的前提，對糖尿病患者還應加用降糖藥物和阿司匹林。與常規治療相比，強化綜合控制（包括強化血糖、血壓、血脂控制，阿司匹林及ACEI 應用等）能夠使糖尿病并發癥（包括腎臟病變、心血管病變、眼底病變）的發生風險降低50%～60%。一些小樣本研究發現，維生素C、E、D和α硫辛酸具有保護內皮細胞效應。多個中草藥也具有抗炎、抗氧化應激和保護內皮細胞的功能，如茶多酚、白黎、蘆醇、黃芪、葛根、桑白皮、黃連、黃芩、丹參、紅花、姜黃素等，但均為短篇報道。

7 結語

肥胖、高血壓、脂代謝紊亂是內皮細胞功能受損的常見原因，內皮細胞功能受損與IR和β細胞功能受損密切相關，是糖尿病發病的基礎和并發癥發生的推手。因此，尋求改善內皮細胞功能的藥物或許為糖尿病防治提供新的思路。