中国药理学通报2000年第16卷第1期

朱邦豪关永源

摘要糖尿病（DM）可引起体内各系统的合并症。实验研究表明，二酰基甘油（DAG）-蛋白激酶C（PKC）通路的活动增加与DM合并症的产生密切相关，可能是DM时多种生化指标引起合并症产生的最后的细胞内共同通路。在已知的11中PKC亚型中，PKC-β和-ε与DM合并症的产生最为密切。

关键词：糖尿病蛋白激酶C平滑肌合并症

糖尿病（DM）已成为继癌症、心血管疾病后的第三大威胁人类健康的疾病。据有关资料分析，在我国其发病率已达3.5%左右，且患者越来越年轻化。虽然在临床上有效控制血糖水平后，可延缓合并症的产生，但是DM患者最终死于合并症。为了控制合并症，延长患者的寿命，国内外进行了几十年的基础和临床研究。

1糖尿病合并症及其产生机制

1.1糖尿病合并症DM可引起体内各系统的合并症。与平滑肌功能障碍有关的，如心血管系统功能紊乱：大、小血管疾病，动脉粥样硬化，阻塞性心衰和高血压；胃肠功能紊乱等。DM可引起平滑肌及其相关组织宏观及微观的改变，最主要的结构改变之一是大范围的神经节组织降解。由于在体内许多系统自主神经与平滑肌高度结合，神经的变性可引起相应平滑肌的结构和功能的改变。实验性糖尿病的另一特征性结构变化是非酶类糖化，它可引起蛋白质的变性。胶原成分的糖化会引起相应平滑肌的弹性及整和性的变化。但是，神经变性和非酶类糖化并不能完全解释功能紊乱。本文主要就DM时胃肠和血管合并症方面的研究进展作一综述。

1.2产生机制现认为，与合并症产生有关的主要有四大因素：非酶类糖化过程、氧化还原应激、醛糖还原酶激活和二酰基甘油（DAG）-蛋白激酶C（PKC）通路激活。这四大因素并不完全是独立的。相关机制是：在细胞外，高血糖可通过糖和氨基的直接化学反应使组织内的蛋白质糖化，形成糖化终产物(advanced glycation endproducts, AGEs)，或氧化剂(oxidants)。这些产物可直接作用于炎性细胞或平滑肌细胞，通过受体或非受体途径引起血管功能紊乱^［1］。过多的糖也可被转入细胞内，激活醛糖还原酶，产生大量的山梨醇；改变细胞信号传导途径，如目前研究较为清楚的是DAG-PKC通路。大量的实验表明：糖尿病状态下，除脑部和周围神经外，体内许多组织的DAG-PKC水平均增高^［2］,这种增高与该组织的功能异常变化密切相关。抗氧化剂维生素E可预防一些DM合并症的产生，同时，也发现维生素E有预防DM时DAG-PKC水平增高的作用^［3］。而且，AGEs也可增加DAG-PKC水平。因此新的理论认为，DAG-PKC通路的异常变化可能是高血糖引起各组织功能紊乱的最后的共同通路。

2蛋白激酶C及其亚型与合并症的关系

PKC是一种重要的第二信使，通过将胞外信息传递到细胞内，它调节着细胞的生长发育、收缩、分泌、传导、通透性、细胞外基质和基因表达等等。在DM状态下，这些功能均出现了异常^［4］。目前为止已发现PKC有11种亚型（isoforms）,按其结构和激活剂划分为3组，分别是：普通型-cPKC，包括α、β₁ 、β₂、γ，是DAG敏感、钙依赖性的；新型-nPKC，包括δ、ε、η、θ、μ，是DAG敏感、钙非依赖性的；非典型-aPKC,包括ζ、λ，是DAG不太敏感，但可被磷脂酰丝氨酸激活。各种亚型在不同的组织细胞或细胞发育的不同时期分布不同^［5］，其功能也不尽相同。PKC分布于亚细胞室内，当受到相应的激动剂激活时，转位到膜上，与膜磷脂或受体结合。有些PKC亚型也可在可溶性状态下激活。PKC可磷酸化蛋白质底物的丝氨酸和苏氨酸残基，调节蛋白质的功能^［6］。通过调节受体的再循环和外突率可调节受体的数量，也可通过磷酸化离子通道的内侧来影响Ca²⁺通道的活动。

2.1PKC与离体平滑肌的功能变化

2.1.1胃肠平滑肌在实验性DM动物模型，整个消化道β-肾上腺素受体效应低下。如大鼠胃底平滑肌对肾上腺素的反应，对照组由于β受体占优势，表现为舒张。DM组，由于α受体占优势，表现为收缩。放射性配基结合试验也表明β受体的数量在DM组下降了^［7］。β受体的数量下降可能是由于糖尿病时血中儿茶酚浓度增高，或PKC使受体下调所致。DM大鼠胃底平滑肌对卡巴胆碱（CCh）、Ca²⁺、KCl等激动剂的反应较对照组明显增高。由于放射性配基结合实验未能发现电压依赖性钙通道（VDC）数量的增加，这种增加的反应可能是由于：①通道开放的时间延长，②膜Ca²⁺泵活动减弱，③PKC对Ca²⁺通道的正反馈调节作用，④也可能与收缩成分对Ca²⁺的敏感性升高有关。实验表明：DM大鼠胃底平滑肌细胞内静息PKC活性较对照组高， pKC激活剂沸波酯（PMA）在DM可引起大部分胃底平滑肌条收缩，对照组仅有少量收缩。与之相对应的是，PMA可浓度依赖性的增加胞内PKC的含量，且DM组增加更加显著^［8］。由于PKC可通过磷酸化离子通道的内侧来调节离子通道的功能活动，也可调节收缩成分的敏感性，因此，DM大鼠胃底平滑肌对激动剂的异常反应可能主要是由于DM时PKC的活动紊乱所致。比较有趣的是，DM大鼠胃底平滑肌对5-羟色胺（5-HT）的反应低下，这种低下的反应也可能与糖尿病形成期5-HT受体亚型发生改变及PKC活动紊乱有关^［9,10］。

2.1.2血管平滑肌DM血管对乙酰胆碱（Ach）的内皮依赖性舒张作用减弱，临床上DMⅠ、Ⅱ型患者中均发现了这种减弱的现象^{［11～14］}。正常大鼠的离体血管条，在PKC激活剂PMA的存在下Ach的内皮依赖性舒张作用也呈现出减弱现象^［15］。这说明内皮依赖性舒张作用的减弱与PKC的活动增加有关。在DM动物离体血管条，PMA也可引起大部分平滑肌条收缩，对照组仅有少量收缩^［16］。DM大鼠主动脉平滑肌对去甲肾上腺素、苯肾上腺素及内皮素-1等收缩反应增加，在无钙介质或Ca²⁺通道阻断剂nifedipine存在下，这种增加的收缩反应趋于消失，同时，在PKC抑制剂staurosporine存在下，也未观察到这种增加的收缩反应^［17］。因此，这种增加的收缩反应与DM时增加了的PKC通过磷酸化 ca²⁺通道及与Ca²⁺ 相关的机制使 Ca²⁺内流增加有关。

研究结果表明：PKC的活动紊乱与DM胃肠、血管合并症的产生有密切的相关性。

2.2PKC亚型与合并症传统的化学合成的PKC抑制剂如staurosporine等，除选择性较差外（对各异构体无特异性选择，对其它蛋白激酶也有影响），毒性和副作用也很大，很难适用于慢性动物实验和临床研究。因此，在DM状态下，确定与某一器官或组织合并症有关的PKC异构体，进而研制相应的拮抗剂或基因治疗，是目前研究的热点之一。有研究报道，实验性DM大鼠模型，心脏和主动脉PKC-βⅡ特异性升高^［18］。给DM大鼠口服特异性合成的PKC-β抑制剂，能有效减轻DM时肾小球滤过率增加、白蛋白分泌和视网膜平均循环时间的延长^［19］。由于PKC-ε主要调节着平滑肌细胞的收缩^［20］，DM时平滑肌对激动剂反应的增加应与PKC-ε的活性有关。最近在DM大鼠胃窦平滑肌亚细胞结构PKC分布研究证实，DM时细胞内PKC总含量较对照组明显增高，核内及膜上的PKC总量无显著变化。在表达的8种PKC亚型中，静息时PKC-ε的细胞内含量较对照组增高2.19倍，PKC-β的核内含量降低47%^［21］。充分说明PKC-ε和PKC-β与糖尿病合并症产生有相关性。

3展望

DM可影响体内所有的平滑肌，因此DM的影响范围很广。除平滑肌外糖尿病可影响其它含有肌动蛋白和肌球蛋白的非平滑肌细胞，如神经、血小板、成纤维细胞、巨噬细胞等，但目前为止研究不是很多。有趣的是，尽管不同种类的平滑肌细胞，其形态和生理功能不同，但DM均能引起相似的病理变化；尽管其细胞内Ca²⁺池大小、受体数量和亲和力、离子内流和主动转运机制及第二信使代谢不同，但DM能引起相似的生化和机械反应。

虽然DM合并症的产生似乎是与多种各自独立的因素有关，但近年来的研究越来越说明DAG-PKC传导通路的异常变化是多种因素所致的细胞内最后传导通路。DAG-PKC通路的异常增高，与糖尿病合并症是否是因果关系？虽然这一通路的异常增高如同DM合并症一样，是慢性改变的、一旦形成难以逆转。但是，如果将其抑制或敲除某一PKC亚型基因的转基因动物，能否不并发合并症？这一新的理论还需进一步证实。

除DAG-PKC传导通路外，有报道DM也影响了其它信号传导通路，如与Ca²⁺相关的机制、磷酸肌醇系统、鸟苷酸环化酶（cGMP）、G蛋白及离子运输机制等。其中除了与Ca²⁺相关的机制研究较多外，其它通路目前研究不多。另一方面，现已发现的细胞内各个信号传导系统之间的相互作用十分复杂，不完全清楚。因此，DAG-PKC传导通路与DM合并症之间的关系研究，有望给DM合并症的防治带来新的希望。

^*本课题受到国家教委留学归国人员启动基金，国家自然科学基金(No39770858)和中国博士后基金资助作者简介：朱邦豪，男，36岁，日本留学医学博士，现为中山医科大学药理学博士后，一直从事平滑肌在体、离体的研究；关永源，男，53岁，教授，博士生导师，国务院学位委员会学科评议组成员，中国药理学会心血管专业委员会常