专家阅评|对糖尿病并发症机制的新认识:脂类和脂代谢的作用

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编者按:糖尿病对肾脏、眼和神经等多个器官产生不良影响,分别可导致糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变。在1型和2型糖尿病中,组织损伤都是器官特有的,继发于多种代谢损伤的组合。高血糖、高脂血症和高血压与糖尿病的病程和类型相结合,定义了糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变的不同病理生理基础。近期,有学者在Diabetologia杂志上以一篇综述系统地阐述了这些组织特异性并发症的代谢基础的共性和差异,特别是那些涉及局部和全身脂质的并发症。本刊邀请..总医院母义明教授就该文进行了阅评,旨在引导读者们对易发生并发症的组织生物学的这种新的认识做一了解,并能够在糖尿病并发症的治疗中针对器官的干预更有针对性。








糖尿病仍然是目前主要的公共卫生问题,影响全球超过4.25亿人。糖尿病主要危害在于其器官特异性损伤,如糖尿病肾脏疾病、糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变等,这些并发症与糖尿病死亡风险密切相关。几十年来葡萄糖及葡萄糖代谢一直是探索这些并发症病理生理的研究重点,而脂质异常作为这些并发症病理生理改变的关键因素在近期也受到越来越多的关注 。这篇综述着重从脂代谢谱改变、脂质β-氧化、线粒体功能障碍、炎症等几方面介绍了血脂异常和组织特异性脂质代谢如何导致这些并发症发生,以及脂质代谢与高血糖之间的交互作用。


多项临床前和临床研究已经提出血脂异常是导致糖尿病肾病主要病生理因素。非诺贝特可以减少白蛋白尿并延缓 2型糖尿病患者肾功能下降。 但是,他汀类药物对于糖尿病肾病的进展仍存在争议。此外,脂代谢异常在糖尿病视网膜病变中的确切作用也存在争议。而越来越多新兴研究表明血脂异常是糖尿病神经病变的主要发病机理。 在这些研究中,血浆甘油三酯水平升高与2型糖尿病神经病变进展有关,而肥胖和全身性血脂异常则与神经病变的风险增加独立相关。降脂治疗可以降低神经病变及足溃疡新发风险,但具体作用机制尚不明确。脂质研究发现糖尿病与组织特异性脂质谱改变有关,在容易发生并发症的组织中,包括二酰基甘油、磷脂和心磷脂的15种脂质特征发生了显著变化。然而系统性和组织特异性脂质水平之间存在复杂的平衡和相互作用,有必要进一步分析血脂异常和组织特异性脂质代谢在糖尿病并发症发病机理中的相对重要性。脂肪酸代谢失调在糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变中也起重要作用。脂质组学分析发现血浆脂肪酸和三酰基甘油与糖尿病肾病的进展相关;在糖尿病视网膜病变和糖尿病神经病变动物模型中饱和脂肪酸升高,n-3 PUFA及参与PUFA合成的酶表达减少。饱和脂肪酸对并发症易感组织具有破坏性,同时补充 PUFA可能恢复其正常功能并为其治疗提供一种新的模式。研究发现糖尿病状态下调节脂肪酸代谢的PPAR信号通路功能失调,不同并发症易感组织脂肪酸氧化酶表达,脂肪酸代谢和β-氧化的代谢产物水平具有差异,推测脂质β-氧化在组织特异性水平上,可通过诱导表观遗传学变化来调节组织功能,β-氧化的代谢中间产物如琥珀酸酯和富马酸酯已被证明可刺激病变发生。 此外,脂质β-氧化(尤其是长链脂肪酸的氧化)可能导致糖尿病氧化应激增加,从而驱动并发症发生。线粒体是糖脂代谢和糖尿病并发症之间的关键相互作用点。研究发现脂质除了参与线粒体β-氧化,还可直接影响线粒体功能。心磷脂作为糖尿病肾病的标志物,其对维持线粒体结构和线粒体功能非常重要,研究发现糖尿病肾脏组织中未成熟心磷脂增加与线粒体功能降低有关。饱和脂肪酸通过使神经元线粒体去极化并损害线粒体运输而损害感觉轴突。补充单不饱和脂肪酸可通过脂质滴形成预防线粒体功能障碍。组学研究揭示了脂代谢改变和炎症之间的相关性。PUFA,尤其是n-3 PUFA,可以通过抑制NF-κB活化和核转运来调节炎症。血清中花生四烯酸衍生的类花生酸含量升高可预测糖尿病肾脏病的进展,而脂肪酸成分改变与视网膜及全身性炎症相关。脂质水平取决于多种调节机制,包括饮食摄入、合成,交换和再循环系统。在这些调节机制中,胆固醇逆向转运体(FXR)及其特定调节受体(LXR)与炎症关系受到越来越多的关注,特别在糖尿病肾病、视网膜病变的发病机制研究中。


总之,当前研究表明,组织特异性的代谢改变而非单一、统一代谢机制成为驱动糖尿病并发症发生和发展的主要因素。代谢失调不仅包括高血糖,还包括全身和局部脂质代谢的改变。 糖尿病并发症的治疗需要更好地了解单个组织中葡萄糖与脂质代谢改变及之间的相互作用。最终,对并发症相关的病理生理学综合分析,确定新的治疗方案并进行器官特异性干预,这有可能成为糖尿病并发症治疗的未来发展方向。




✤ 糖尿病并发症机制研究


研究表明葡萄糖本身并不是糖尿病并发症的罪魁祸首,尤其是在2型糖尿病患者中。相反,责任在于一系列因素,包括肥胖、高血压、血脂异常、炎症和胰岛素抵抗,这些因素对脂肪组织脂肪酸代谢产生影响,而脂肪组织脂肪酸代谢是糖尿病肾病、视网膜病变和神经病变发生和发展的基础。


多项临床前和临床研究表明,血脂异常是糖尿病肾病病理生理学的主要因素。在非诺贝特干预和降低糖尿病事件研究中,发现降脂药物非诺贝特可以减少2型糖尿病患者的蛋白尿,延缓肾功能的下降。然而,他汀类药物对糖尿病肾病进展的影响仍然存在争议。


在中国..进行的一项大型研究发现,他汀类药物的使用显著降低了视网膜病变的风险,减少了黄斑水肿的发生率,并减少了进一步干预的需要。此外,FIELD和ACCORD Eye研究发现,在糖尿病患者中使用非诺贝特显著降低了糖尿病视网膜病变进展和/或需要激光干预的风险。然而,虽然非诺贝特治疗是有益的,但全身性低密度脂蛋白胆固醇仅轻微增加与糖尿病视网膜病变风险相关。


最近有证据表明,血脂异常是糖尿病神经病变发病机制中的主要因素,血浆甘油三酯增加与2型糖尿病的神经病变进展相关,而肥胖和全身性血脂异常与发生神经病变的风险增加独立相关。降脂治疗与降低下肢截肢的风险相关,这表明降脂可能对糖尿病神经病变有好处。


这些研究表明,脂肪酸失调在这三种糖尿病并发症中都起着重要作用。饱和脂肪酸正在损害易发生并发症的组织,而补充多不饱和脂肪酸可能有助于恢复正常功能,并提供一种治疗方式。


有研究在糖尿病肾病的临床前小鼠模型中观察到肾脏β氧化增加,而对慢性肾脏疾病患者肾脏组织的转录分析显示,在存在肾脏纤维化的情况下,脂肪酸氧化酶的表达减少。在组织特异性水平上,脂质β氧化可能通过诱导表观遗传改变来调节组织功能,脂质β氧化的代谢中间产物,如琥珀酸和富马酸,已被证明能刺激致病途径。此外,脂质β氧化尤其是超长链脂肪酸可能介导糖尿病引起的氧化应激增加,其程度可能超过葡萄糖分解代谢增加,从而导致糖尿病并发症发生。


由于脂质和线粒体功能障碍在能量代谢中的作用,线粒体可能是糖代谢、脂代谢和糖尿病并发症之间的一个关键的相互作用点。除了在线粒体中经历β氧化,脂质还直接影响线粒体的功能。心磷脂(线粒体膜内脂对线粒体结构和线粒体代谢具有重要作用。最近发现糖尿病肾脏中未成熟心磷脂的增加,这与生物能量减少有关,这是糖尿病肾脏疾病的一个标志。


✤ 糖尿病并发症的治疗


一种方案并不可能适合所有受到糖尿病影响的不同组织结构和功能,这表明组织特异性机制参与了糖尿病的发病机制。在肾脏,新陈代谢与血液动力学因素和滤过率下降有关,这使得废物在血液中积累。在视网膜,代谢改变被认为是视网膜Müller胶质细胞谷氨酰胺-谷氨酸循环失调的原因,这种影响被认为与谷氨酸兴奋毒性和细胞死亡有关。在周围神经中,施万细胞的代谢异常被认为导致线粒体缺陷、神经毒性物质的积累和脂毒性物质向轴突的转移,这是一系列可能导致轴突退化的损害性事件。


✤ 结论


很明显,糖尿病以一种特定于组织的方式调节新陈代谢。不能完全排除一般机制的作用,但目前的知识体系强烈表明,组织特异性代谢改变,而不是单一的统一代谢机制,正在推动糖尿病并发症的发生和发展。代谢失调不仅包括高血糖,还包括全身和局部脂质代谢的改变。糖尿病并发症的治疗发展将需要更好地了解单个组织中葡萄糖和脂肪代谢之间的相互作用,尽管存在共同的潜在疾病,但每个组织的细胞类型很可能不同。


研究各自并发症的研究人员之间需要更好的整合和沟通,结合更广泛地使用人体样本和临床数据,才能对并发症的病理生理学进行综合分析,确定各自的机制,并定义新的治疗方案。


参考文献:Diabetologia.2019 Sep;62(9):1539-1549.


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(来源:《国际糖尿病》编辑部)




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