糖尿病血管病变的病理机制

（一）糖尿病血管病变的共同病理机制

1．高胰岛素血症和胰岛素抵抗　高胰岛素血症常伴有高血压、高三酰甘油（甘油三酯）、高密度脂蛋白降低、低密度脂蛋白增加、2型糖尿病。高胰岛素血症也可伴其他多代谢紊乱，如尿酸增高、肥胖等，因此又称多代谢综合征（X综合征）。这些代谢紊乱可在糖尿病发生前出现。

高胰岛素血症促进动脉壁脂质的合成和摄取，阻止胆固醇的清除，促进动脉壁平滑肌细胞的增殖，诱发和加剧动脉粥样硬化（图10－3）。

高胰岛素血症调节血压的作用机制尚不十分清楚，可能与下列因素有关：①增加肾对钠及水的重吸收；②增加对食物中盐摄入的血压敏感性（盐敏感型高血压）；③加强血管紧张素Ⅱ（AT－Ⅱ）的升压作用和对醛固酮的反应；④穿膜离子转运的改变：降低Na＋／K＋ATP酶活性，增高Na＋／H＋泵的活性；⑤增加细胞内Ca2＋的潴留；⑥刺激血管平滑肌细胞的生成和移行。胰岛素及类胰岛素生长因子－Ⅰ（IGF－Ⅰ）可能促进管壁结构的变化伴有张力的增高。

图10－3　胰岛素抵抗和高胰岛素血症作用机制

2．脂质代谢紊乱　糖尿病患者发生冠心病的概率是正常人的3倍，其中伴有脂代谢紊乱者的发病率更高。但这些糖尿病患者的血清LDL－胆固醇并不—定升高。Howard等调查2　034例糖尿病患者血脂与冠心病的关系。平均追踪4．8年。其结果表明，虽然这些患者的LDL－胆固醇降低，LDL－胆固醇颗粒变小，但三酰甘油明显升高。如LDL－胆固醇每增加10mg／dl，冠心病危险性增加12%。而且对于那些LDL－胆固醇水平低于130mg／dl者来说也存在这一关系，这说明LDL－胆固醇是预测冠心病的独立危险因子。并提出，对任何糖尿病患者来说，都必须将LDL－胆固醇水平控制在100mg／dl以下。根据全美胆固醇教育计划（NCEP）专家组的第二次报道得出相似的结论，即由于LDL－胆固醇与冠心病的关系密切，糖尿病和冠心病患者的降脂治疗必须进一步强化，为此，建议应用他汀类降脂药以预防绝经后冠心病的发生。

糖尿病患者高三酰甘油血症与冠心病的危险性增高是正相关和独立相关的。伴有高三酰甘油和高胆固醇血症（＞123mg／dl和220mg／dl）的男性冠心病病死率较无高脂血症者高3倍多。低密度脂蛋白（LDL）或LDL－B型与冠心病病死率增加明显相关。低密度脂蛋白糖基化（Gly－LDL）和氧化型低密度脂蛋白（OX－LDL）与糖尿病血管并发症的关系密切，其可能机制是：①OX－LDL能被巨噬细胞识别并吞噬，使细胞内胆固醇聚集，成为泡沫细胞，促进早期动脉粥样硬化的形成。Gly－LDL可直接与血管基质蛋白结合，使基膜增厚，血管壁弹性降低，二者均能直接损伤血管内皮细胞，增加凝血酶原的活性，刺激血小板的聚集。②能引发免疫反应，使吞噬细胞释放IL－1β、TNF－α等，导致血管病变的发生。③2型糖尿病患者体内自动氧化糖基化过程增强，自由基产生增多。同时2型糖尿病患者抗氧化防御系统如抗坏血酸、维生素E等活性及作用降低。体内典型的小颗粒致密LDL更容易被氧化。2型糖尿病患者血清Gly－LDL、血浆OX－LDL水平显著高于对照组，糖尿病有血管病变组明显高于无血管病变组。OX－LDL和Gly－LDL与LDL－C、HDL－C、TC、TG、ApoA1、ApoB、ApoA1／ApoB比值均无明显相关性，提示这些指标的异常虽然都是2型糖尿病大血管病变的危险因素，但却是相互独立的危险因素。

糖尿病及动脉硬化中脂肪及脂蛋白代谢异常已被证实多年，并被认为是发生动脉粥样硬化的重要因素或危险因子。在粥样硬化斑块中脂肪沉积以胆固醇及胆固醇酯为主。故在无糖尿病的动脉硬化患者才常强调高胆固醇血症、高低密度脂蛋白血症与高β脂蛋白血症为高脂血症中主要致病因素。近年来，更阐明了低高密度脂蛋白血症为导致冠心病的危险因素。

3．内皮细胞和凝血机制异常　内皮损伤是血管病变的基础。生理状态下，内皮细胞分泌的活性物质处于精密的平衡状态，维持血管正常的生理功能，研究发现内皮细胞是人体最大的旁分泌器官。病理状态下，内皮细胞功能紊乱，分泌活性物质失衡，造成微血管及大血管的病理改变。糖尿病血管病变是一缓慢进展的过程，内皮细胞损伤是早期的病理生理过程。糖尿病时多种因素可直接或间接导致血管壁受损，促使内皮细胞功能紊乱，在未出现动脉粥样硬化时就已出现内皮功能异常。vWF、TM由内皮细胞产生，是重要的内皮下黏附蛋白，糖尿病时两者水平均升高。

（1）内皮素（endothelin，ET）：1988年日本学者Yanagisawa等首先从猪的主动脉内皮细胞分离出内皮素，是迄今所知体内最强的缩血管多肽。目前发现的内皮素有3种，分别为ET－1、ET－2、ET－3。内皮细胞首先分泌含212个氨基酸的前内皮素原（prepo－ET），经特异性肽酶的作用形成含38个氨基酸的前内皮素（即大内皮素，big－ET），再由内皮素转换酶（endothelin　coverting　enzyme，ECE）剪切，产生具有生物活性的ET。根据其转换活性最适的pH值把ECE分为酸性ECE（最适pH　4．0）及中性ECE（最适pH　7．0）。生理情况下big－ET的转换主要由中性ECE担任。免疫组化及Northern blot方法说明ECE转换可发生在多级水平上，且受多种因素的调节。ET与受体结合后，通过激活鸟苷酸环化酶、磷脂酰肌醇系统和电压依赖性L型钙通道，引起Ca2＋内流，使细胞内Ca2＋浓度增加，使得血管收缩作用强而持久。ET还可引起血管平滑肌细胞的基因表达，促进平滑肌细胞的有丝分裂及细胞增殖，管壁增厚，弹力下降，与动脉粥样硬化的形成有关。

在糖尿病早期，内皮细胞功能有所改变，ECE活性及ET开始升高，且随血管病变程度加重而递增，参与了糖尿病动脉粥样硬化的发生、发展，并与动脉粥样硬化的程度与范围明显相关。已证实高胰岛素血症和高三酰甘油血症明显升高血浆ET水平，且两者具有协同效应。糖尿病血浆ET升高的机制可能为：高血糖造成血管损伤，刺激血管内皮细胞合成和分泌ET；高血糖引起血黏度增加，血流缓慢，造成组织缺氧，内皮细胞受损，ET释放增多；同时，糖尿病患者血小板聚集性增高，易黏附聚集在受损的血管内皮上，释放活化产物进一步增加ET的释放。

①ET与脑血管病变的关系：江氏研究糖尿病合并脑梗死组ET较正常组升高明显。糖尿病患者当合并脑血栓时，梗死区域缺血坏死，毛细血管内皮细胞内的ET外漏，同时，由于应激，肾上腺素分泌增加，进一步促进血管内皮细胞的ET合成、释放增多。

②ET与冠心病的关系：糖尿病患者合并冠心病ET升高。在对糖尿病合并急性心肌梗死的研究中，发现急性心肌梗死患者血浆ET水平明显升高，升高幅度与心肌病变的严重程度密切相关。实验性心肌梗死大鼠血ET水平、乳酸脱氢酶（LDH）活性和丙二醛（MDA）含量同样明显升高。用ET抗血清治疗能减少坏死面积和缩小梗死范围，并明显降低血浆ET水平及LDH、MDA含量，提示ET及其所引起的脂质过氧化在心肌缺血性损伤中发挥重要作用。对糖尿病合并冠心病者的研究发现：ET升高与血过氧化物（LPO）水平呈正相关，在心肌梗死时最显著。

③ET与糖尿病性肾病的关系：国外学者证实，肾脏的多种细胞均可表达ET基因，合成成熟ET，通过旁分泌和自分泌发挥作用。研究显示糖尿病肾病患者ET升高，且随着糖尿病性肾病加重而递增。糖尿病肾病时，尿ET产生、排泄增加，与肾小球硬化程度和肾功能不全呈正相关。考虑ET直接作用于微血管平滑肌细胞和肾小球系膜细胞，参与糖尿病微血管病变和肾小球硬化的发病。此外，研究发现，ECE活性增高使糖尿病大鼠肾组织ET－1表达增加，肾血流量下降大约33%，应用内皮素受体拮抗药后肾血流量呈剂量依赖性增加。

④ET与糖尿病性视网膜病变的关系：研究发现ET－1与糖尿病视网膜病变、尤其是增殖性视网膜病变前期有明显的相关性，与病变程度呈正相关。增高的ET－1引起了糖尿病视网膜病变的发生、发展，并可作为一个循环标志物。反复的血管内皮细胞死亡和再生可引起血管基膜增厚和形成微血管瘤。

（2）NO：NO是在NO合酶（NO　synthase，NOS）作用下，用L－精氨酸转变为L－胍氨酸过程中的氧化产物催化L－精氨酸（LArg）合成的一种可溶于水的活性气体小分子，可穿过生物膜屏障，半衰期极短。NOS分结构型（cNOS）和诱导型（iNOS）两种。cNOS的活性依赖于Ca2＋和钙调素介导，生理状态下通过激活可溶性鸟苷酸环化酶（sGC），升高cGMP水平发挥多种生理效应，如舒张血管、抑制血小板聚集、抗平滑肌细胞增殖。许多舒张血管的物质，如乙酰胆碱（ACh）等，依赖于内皮细胞释放NO使cGMP生成增加，而cGMP是血管平滑肌细胞的主要效应剂，可抑制平滑肌收缩，而使血管舒张。另外，cGMP还是血小板的主要效应剂，可抑制血小板活性。对不含sGC的细胞，NO可通过非cGMP依赖途径限制细胞有丝分裂、抑制细胞增殖，从而起阻止血管粥样硬化等作用。而iNOS的活性则不依赖Ca2＋和钙调素介导，当受到内毒素、γ－干扰素、白介素－1等细胞因子刺激时生成大量NO，发挥细胞抑制和毒性效应。

①NO与糖尿病血管病变：NO升高多表现在糖尿病早期，而NO下降则多表现在糖尿病晚期。结构型NO生成减少或血管对NO反应性发生改变，造成血管舒张功能障碍。

NO合成减少：研究发现糖尿病大鼠的血管内皮细胞合成NO的能力下降。Zimmermann等通过对糖尿病大鼠脑动脉的研究发现糖尿病时NO合成减少。但Pieper等应用活体检测技术（bioassaysystem）发现，糖尿病鼠的血浆和主动脉组织中L－精氨酸的含量均减少，补充足量L－精氨酸后，能明显改善主动脉弓对乙酰胆碱的舒张反应，提示糖尿病时NO合成底物的不足才是NO合成减少的原因。Wu等的实验表明NOS辅因子（如NADPH）缺乏可能是糖尿病时NO合成减少的原因。实验表明糖尿病时醛糖还原酶活性增加使葡萄糖转化为山梨醇增多、ATP生成减少，并消耗较多的NADPH，使同样需要NADPH的NO合成减少。NO合成减少可导致内皮依赖性舒张功能受损，继之导致胰岛素合成增加，虽然此时的胰岛素增加，但仍不能有效地促进NO形成，反而刺激正常的血管平滑肌增殖，最终导致胰岛素合成增加但血管扩张未改善的恶性循环。

NO活性下降：不少学者认为糖尿病患者的血管内皮合成NO并不减少，在某一阶段或某一器官甚至反而增加，而糖尿病时生成的某些物质对NO的灭活，则是NO依赖的血管舒张障碍的主要原因。Diederich认为若糖尿病时血管舒张障碍是由NO合成减少所致，则可为蛋白激酶C抑制剂H－7所逆转，但实验证明H－7无法使糖尿病大鼠NO介导的血管舒张正常化，提示糖尿病时NO合成并无减少。

造成糖尿病NO活性下降的主要是两种物质：氧自由基和糖基化终末产物。

氧自由基对NO的灭活：糖尿病时，体内氧自由基生成增多，其极易与NO反应，如超氧阴离子（O－2）即可与NO生成过硝酸根离子（OONO－），从而使NO失活。Pieper等的研究表明糖尿病动物的血管内皮确实生成更多的O－2，从而使NO失活增加。超氧化物歧化酶（SOD）等自由基清除剂及维生素C等抗氧化剂可使ACh舒张糖尿病大鼠血管的效应接近正常，而对正常对照大鼠NO介导的血管舒张则无影响，也提示氧自由基生成增多使NO灭活增加是糖尿病大鼠NO介导的血管舒张障碍的主要原因。最近Graier等的实验也表明高糖引起的NO途径的障碍可为抗氧化的维生素E、谷胱苷肽、维生素C和SOD等逆转。

糖基化终末产物（AGEs）对NO的灭活：Hogan等通过体外实验证实了AGEs可以抑制NO的抗细胞增殖作用，推测是由于AGEs与NO的化学反应使NO失活所致。Bucala等也发现仅终末产物AGEs有此作用，而中间产物Schiff碱、Amordori产物等则无作用，推测AGEs在内皮下胶原和基膜蛋白质上沉积，消耗从血管内皮弥散来的NO，使到达平滑肌细胞的NO减少，从而引起NO依赖的血管舒张障碍。他们的实验还表明糖尿病大鼠血管舒张障碍出现的时间与AGEs形成的时间一致，体外实验也表明NO水平与AGEs浓度呈负相关。AGEs可能通过两条途径影响NO舒血管作用：与NO进行快速化学反应，使NO灭活；与NO竞争结合其载体分子，使载体分子丧失运载NO的能力。

受体功能发生改变（如NO受体下调）：高糖状态下内皮对NO反应性减弱，与GH－bAlc水平密切相关。GHbAlc水平高于7．5%时，血管对NO的舒张反应明显下降，而GHbAlc低于7．5%时，血管对NO反应性增加。然而NO的合成与释放并不影响血管对收缩剂的收缩反应。因此，糖尿病时血管收缩无变化而舒张减弱，从而加重了糖尿病血管病变。

②NO与糖尿病肾病：肾小球高滤过状态是糖尿病肾病发生的启动因素。糖尿病早期肾脏NO生成增多参与了肾小球高滤过机制。出入球小动脉对NO敏感性不同，局部大量生成的NO舒张入球小动脉明显强于出球小动脉，致使肾小球内压升高，肾小球高滤过形成。同时，大量生成的NO与超氧阴离子反应形成毒性更强的羟自由基、脂质过氧化物，导致细胞内皮功能障碍、微血管损伤及血管通透性升高。糖尿病早期肾脏NO增多的可能机制为：a．高血糖使细胞外扩容，肾脏及全身毛细血管扩张，肾内皮NO的生成和释放增多；b．糖尿病时肾脏局部收缩血管的物质如内皮素增多，肾脏内皮通过反馈机制刺激NO生成，以对抗内皮素的缩血管作用。c．iNOS活性增高诱导生成大量NO。然而，糖尿病后期NO明显下降则促进了肾小球基膜增厚和系膜基质增生，加剧了肾小球血管壁结构和功能的紊乱。糖尿病后期肾脏NO生成减少的原因可能与糖基化终末产物形成、醛糖还原酶活性升高等因素有关。

③NO与糖尿病视网膜病变：视网膜血管对NO的自主调节由两种途径控制：一是通过血液循环中的NO来调节；二是通过脉络膜神经节细胞丛释放的NO来调节。Tilton研究表明，糖尿病视网膜早期病变，血流加快及血管通透性升高与NO增多有关，用NO抑制剂可使视网膜血流和血管通透性恢复正常。Analia发现高血糖对NOS同工酶具有不同作用，蛋白激酶C（PKC）活化能诱导iNOS表达上调，而抑制内皮NOS表达，其结果为诱生型NO生成增加，损伤视网膜血管周细胞。而来源于cNOS的NO减少，使血管舒张功能紊乱。局部血流动力学异常引起内皮损伤、血小板聚集、血栓形成，视网膜血管被动扩张，促进微动脉瘤形成。视网膜组织在正常情况下存在超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）、谷胱甘肽过氧化物酶（GSH／Px）等抗氧化酶，在防御自由基损伤中发挥重要作用。研究说明糖尿病鼠视网膜自由基防御功能低下，不足以清除过量生成的NO，NO作为自由基直接发挥细胞毒作用，损伤内皮细胞，增加血管通透性。

（3）凝血功能、血液流变学的变化

①vWF因子增多：vWF因子是第Ⅷ因子中的一种糖蛋白，由内皮细胞合成后释放入血浆参与凝血过程。近年来可用免疫技术测定。在糖尿病中此物质浓度往往升高，已经被许多人证实，尤其在小儿及无血管病变的糖尿病者中升高，提示为血管病变的原因。

②前列环素降低：前列环素由花生四烯酸经环氧化酶与前列环素合成酶作用而合成，具有扩张血管与拮抗血小板聚集作用，可阻止血小板黏附于血管壁而形成血栓。于糖尿病动物及患者中证实为降低。不论1型或2型糖尿病前列环素的合成和其代谢产物6－酮－PGF均降低。

③纤维蛋白溶解活力降低：在正常人血管内皮常释放适量纤维蛋白溶解酶原激活物至血循环，经激活纤维蛋白溶解酶原而生成纤维蛋白溶解酶后，可促进多余的纤维蛋白分解成降解产物，在血管内有防止凝血作用。在糖尿病中此物已证实常降低。故有利于血栓形成。

④血小板功能失常：无论从糖尿病的动物或患者，从体外或体内试验均已证实血小板功能失常是发生高凝状态的重要因素。由于vWF因子释放增多促进血小板黏附于内皮下层，故至今虽缺乏血小板黏附于血管壁的直接证据，从vWF因子增高可间接证明此现象。早期认为血小板功能异常与血管病变范围呈正相关，继而发现此种血小板凝集反应的敏感性增高可见于血管病变之前，而非血管病变所致。血小板寿命糖尿病患者较正常人短，巨核细胞为血小板早期母体，尤其在有血管病变的糖尿病患者中血小板寿命缩短，且血循环中血小板形成加速。

大量研究表明，67．7%的糖尿病患者血小板聚集功能增强，可能的原因：

蛋白的非酶糖化。糖尿病患者长期高血糖可致血小板膜糖蛋白非酶糖基化，使血小板对促聚物呈高反应性。另外，低密度脂蛋白糖化后可导致血小板膜磷脂成分改变而影响血小板的变形，促进血小板的聚集。

糖尿病时，脂质过氧化作用增强。过氧化脂质抑制PGI2合成酶，使内皮细胞合成PGI2减少，而TXA2合成相对增加，前者有明显抑制血小板聚集的作用，而后者是强的血小板聚集促进剂，因此，糖尿病时通过改变PGI2／TXA2比值而促进血小板聚集。

血小板形态和结构的改变。糖尿病患者长期高血糖状态可改变血小板的形态和结构，使血小板激活，表现为血小板内颗粒增多、致密、集中，开放管道增多。这些形态和结构异常的血小板可能表现为具有很高的聚集活性。

糖尿病患者一氧化氮（NO）合成的减少，血小板对其反应性也减弱，因此NO抑制纤维蛋白与血小板结合、抑制血小板黏附于损伤的血管内皮、抑制血小板表面糖蛋白的表达及抑制血小板对Ca2＋摄取的作用均减弱，血小板聚集功能增强。

高血糖时氧化应激反应可能诱导凝血酶形成，促进血小板活化；血糖控制不佳的NIDDM患者活性增高的血小板IP3转换增强，均可引起血小板聚集性增高。

血小板活化过程中将贮存在致密体、α颗粒和溶酶体内的许多物质排出为血小板的释放反应。血小板释放主要通过两种途径：TXA2途径与PLC途径（图10－4）。TXA2途径是通过活化血小板激活磷酯酶A2（PLA2），促进花生四烯酸生成，在环氧化酶作用下，产生的内过氧化物经TXA2合成酶合成TXA2，TXA2可激活血小板引起释放反应。磷酯酶C（PLC）途径是PLC作用于膜磷酯产生三磷酸肌醇（IP3）和二酰甘油酯（DAG）。IP3作用于血小板管网系统使之释放Ca2＋，引起血小板收缩，导致释放反应。DAG可激活蛋白激酶C，后者可直接激活血小板引起释放反应，也可激活PLA2生成TXA2引起释放反应。糖尿病患者体内TXA2合成相对增加，且活化血小板IP3转换增强，因此，糖尿病患者血小板释放反应增强。血小板致密颗粒释放的ADP、5－HT对血小板释放反应起正反馈作用；α颗粒释放的β－TG增高，阻碍内皮细胞生成PGI2，降低内皮细胞抗血栓的能力；PF4具有中和肝素作用，与内皮细胞表面的硫酸乙酰肝素结合，减慢凝血酶的灭活，促进了血栓的形成；TSP与血小板膜糖蛋白Ⅱb／Ⅲa结合导致血小板黏附和聚集；PDGF能促进动脉硬化。血小板黏附、聚集于损伤部位，释放生长因子，促进平滑肌的增殖，导致动脉粥样硬化，引起糖尿病大血管病变；另一方面血小板的高黏附、高聚集状态造成微循环淤滞，导致组织缺氧引起糖尿病的微血管病变。

图10－4　血小板活化途径

血小板可释放由花生四烯酸合成的血栓素A2、前列腺素E、前列腺素F及丙二酰二醛。在糖尿病患者中，这些物质的生成增多，尤其在ADP、肾上腺素及花生四烯酸试验中可证实这一点。咪唑抑制血栓素合成酶的抗血小板凝聚效应减弱，抗血栓素A2－13氮前列腺烷酸和（或）前列腺素H2血小板受体拮抗试验提示糖尿病患者中血小板对这些药物的抗凝集效应敏感性降低，且TXA2在血浆中半衰期延长，与血浆葡萄糖浓度成正相关。这均提示糖尿病患者的血小板功能异常导致高凝状态。

血管内皮细胞覆盖了整个血管壁的腔面，它形成一种连续性的物理性保护层，将血管壁组织与富含各种生长因子的血液隔离。高血糖生成的AGEs、高胰岛素血症、高脂血症、脂质过氧化均可导致内皮功能受损。内源性舒张因子（EDRF）由内皮细胞分泌，是心血管系统的重要保护因子，有很强的扩血管作用。还能够抑制平滑肌细胞增殖，抑制血小板的黏附、聚集和活化，减少血小板源性生长因子释放，从而防止动脉粥样硬化病变的形成。AGEs是聚集于血管、组织的陈旧蛋白质或脂质经非酶糖化作用而生成的，可以加速EDRF的失活并刺激单核细胞产生多种生长调节因子，加速动脉粥样硬化病变的发生；它在血管壁细胞基质间的沉积还可以导致血管腔的狭窄，使外周小血管阻力升高。内皮细胞损伤启动或加速血管病变。

大量研究发现，糖尿病患者体内血小板处于活化状态，表现为血小板黏附、聚集及释放反应均增强，导致凝血、血栓形成及动脉硬化，在糖尿病血管病变的发病机制中起着重要作用。研究表明，糖尿病患者无论有无血管病变的发生，其血小板的体积和表面积均有增大，α颗粒、致密体和线粒体密度均显著增加，膜表面糖蛋白（GP）在数量和密度上也发生明显的变化。糖尿病患者膜表面糖蛋白的改变主要表现在GPⅡb／Ⅲa表达的增高及GPⅠb的下调。GPⅡb／Ⅲa能连结的配体包括纤维蛋白、纤维连接蛋白（Fn）和血管性血友病因子（vWF）等黏附蛋白分子。当血小板活化时，GPⅡb／Ⅲa与上述的黏附蛋白分子结合。Tschoepe等发现糖尿病患者早期即有GPⅡb／Ⅲa的增高，表明作为纤维蛋白原受体的血小板GP已发生了改变而与纤维蛋白原结合，导致纤维蛋白原分子的构形改变，增强了血小板黏附、聚集的功能。同时，还引起血小板跨膜信息的传递，导致血小板进一步的活化及黏附、聚集功能增强。因此血小板膜糖蛋白GPⅡb／Ⅲa及GPⅠb可作为评估糖尿病患者血小板活化的指标。除此之外，糖尿病患者中存在血小板颗粒膜糖蛋白140（GMP－140）的表达增强，伴血管病变时增高更为明显，说明它在血管病变的发生、发展中起重要作用，考虑为代谢紊乱，血黏度增高及微循环障碍均可刺激血管内皮细胞释放GMP－140，内皮受损后，胶原暴露又可进一步激活血小板，引起GMP－140的进一步表达。

⑤凝血活性亢进，抗凝活性减低，纤溶活性降低：糖尿病常伴高脂血症，血黏度升高。糖尿病患者血浆黏度增高是由于血纤维蛋白原水平增高所致。纤维蛋白原的量与全血黏度和血浆黏度呈正相关。血清黏度的轻度升高是由于清蛋白（白蛋白）减少和球蛋白升高。糖尿病患者红细胞膜的流动性的变形性明显下降，与红细胞膜组成改变等密切相关，严重影响了机体的微循环。抗凝活性主要来自抗凝血酶（AT－Ⅲ）蛋白C／S系统。研究发现，糖尿病患者AT－Ⅲ合成增加，而AT－Ⅲ活性降低。糖尿病患者的纤溶活性减低，大约25%的患者有t－PA活性降低。2型糖尿病患者PAI－1水平升高，使血中纤维蛋白原降解减慢，也是引起纤溶活性降低的因素之一，有利于血栓的形成。此外，糖尿病白细胞变形性下降且黏附性增高促进糖尿病微血管病变的发生；糖尿病患者凝血因子Ⅶ、Ⅷ、Ⅹ均升高，使血液处于高凝状态，尤其是因子Ⅶ的升高被视为心血管疾病的高危因素。国外Almer报道糖尿病患者纤溶酶原激活物（PA）的活性只有正常人的1／6，活力下降，易导致血栓的形成。

（4）细胞因子的作用：细胞因子是对细胞生长、分化、增殖等功能具有调节作用的蛋白多肽，具有很强的生物学效应。在糖尿病状态下，其自分泌或旁分泌异常，导致细胞增殖和新生血管形成。细胞因子不仅在微血管病变中起作用，而且也使糖尿病动脉硬化的机制有别于普通动脉硬化。有证据表明，AGEs导致这些细胞因子产生的水平足以使肾小球Ⅳ型胶原合成增加，刺激动脉平滑肌细胞和巨噬细胞的增生。

内皮细胞与AGEs结合后产生活性的氧自由基，后者引起转录因子NF－κB的激活。AGEs刺激内皮细胞合成血管细胞黏附分子－1（VCAM－1），VCAM－1促进内皮细胞和血液单核细胞的黏附，使单核细胞侵入内皮下层，引发血管病变。AGEs对单核细胞有趋化作用，使单核细胞迁移至血管内皮下并转化为巨噬细胞，合成、分泌细胞因子如肿瘤坏死因子、IL－1、IL－6和血小板源性生长因子（PDGF）。AGEs还刺激单核细胞合成组织因子，使血液处于高凝状态。迁移至内皮下的巨噬细胞吞噬血液中的AGE－LDL，转化成泡沫细胞，引起动脉粥样硬化。此外，巨噬细胞还通过IL－1和INF－γ的自分泌作用合成诱生型一氧化氮合酶，产生NO，引起细胞毒效应。同样，受AGEs的趋化作用，平滑肌迁移至内皮下层，摄取AGEs并分泌大量转化生长因子β（TGF－β）。在内皮下层，平滑肌转化成泡沫细胞而导致动脉粥样硬化。AGEs抑制肾小球系膜细胞增生，促进其合成纤连蛋白、层黏连蛋白和Ⅳ型胶原等基质成分，导致基膜增厚、系膜扩张和肾小球硬化。AGEs还可作用于视网膜周围细胞，产生细胞毒效应。总之，AGEs通过以下因子在糖尿病血管病变的炎性增殖反应中发挥重要的作用。

①肿瘤坏死因子α（TNF－α）：TNF－α能引起细胞分裂增殖，提高靶细胞对其他细胞因子的反应性；激活促凝血酶原，合成纤溶激活剂抑制物，刺激血小板和内皮细胞释放血小板源生长因子。这些效应最终会刺激血管基质过量产生和血管细胞如动脉平滑肌细胞的增殖，在动脉硬化中起重要作用。

②转化生长因子－β（TGF－β）：TGF－β主要源于血小板、巨噬细胞等，是纤维细胞及细胞外基质的有效诱导剂。在合并糖尿病的冠心病及其他血管病变患者的免疫组化研究中发现其动脉血管基质中，Ⅳ型胶原的比例及平滑肌细胞增殖均高于不合并糖尿病者。TGF－β在高血糖时过度表达，可以刺激Ⅳ型胶原、纤维连接蛋白（FN）的产生，同时在血管紧张素对平滑肌细胞生长的调节中起介导作用。TGF－β对成纤维细胞和单核细胞也具有很强的化学趋向性，诱导促血管生成因子如PDGF释放，对视网膜增殖病变发挥作用。

③胰岛素样生长因子－1（IGF－1）：一种肽类的有丝分裂因子，主要是协同成纤维细胞生长因子（FGF）起作用。FGF及其受体在毛细血管内皮细胞内表达，能促进血管内皮细胞的有丝分裂。糖尿病（DM）患者合并血管病变时，血IGF－1显著高于无血管病变者。糖尿病性肾病（DN）时，AGEs作用于单核细胞可合成和释放IGF－1，引起肾小球系膜细胞DNA合成增加，尤其有血小板源生长因子（PDGF）存在下，能促使系膜细胞进入S期。糖尿病视网膜病（DR）时，由于血－视网膜屏障损伤，单核细胞易在局部释放IGF－1，促进内皮细胞增殖，新生血管形成。Danis等的研究说明随IGF－1刺激性加强，视网膜病变逐渐加重。

④血小板源生长因子（PDGF）：DM时，血小板凝聚功能与释放反应均增强。血小板聚集、单核细胞活化促进PDGF释放，巨噬细胞释放IL－1或TGF－β也能诱导合成PDGF。PDGF介导内皮细胞增殖，调节细胞外基质的代谢，改变蛋白水解作用及微血管内皮细胞对其他调节因子的反应性，促进微血管的形成。在DN时，肾小球PDGFBmRNA表达水平明显增高，PDGF与受体结合后，激活磷脂酶C引起肾小球细胞增生、趋化单核细胞和淋巴细胞浸润、基质产生。在增殖型视网膜病变中，PDGF广泛存在于视网膜组织中的成纤维细胞、巨噬细胞、动脉平滑肌细胞和血管内皮细胞浆。

⑤成纤维细胞生长因子（FGF）：FGF以酸性分子（aFGF）和碱性分子（bFGF）两种形式存在，后者效应比前者强30～100倍。FGF及其受体存在于人视网膜和脉络膜新生血管膜中，能促进新生血管内皮细胞的有丝分裂，与新生血管的形成有密切关系。其中，bFGF可诱导毛细血管内皮细胞产生和分泌纤溶酶激活物与胶原酶，分解基膜和细胞间质等大分子，使形成毛细血管的细胞能进行迁移和增殖，导致新生毛细血管的形成和增生。

⑥CD11b／CD18：白细胞与血管内皮的黏附是血管病变早期过程中重要的一步。多形核白细胞的黏附分子CD11b／CD18介导此全过程。基础研究中发现，CD11b／CD18参与细胞骨架蛋白的磷酸化，使细胞内肌动蛋白细胞骨架方向性重排来调节白细胞的移行方向。成熟粒细胞的CD11b／CD18正常情况下只有低水平的表达。病理情况下，其表达增加，通过与细胞间黏附分子－1（ICAM－1，CD54）相互作用而介导白细胞与内皮细胞黏附，此为血管损伤的关键步骤。另外，研究发现，CD11b／CD18还诱导中性粒细胞产生IL－6、IL－8，而IL－6、IL－8是参与炎症反应重要的细胞因子。研究发现糖尿病时CD11b／CD18过度表达，而且证实这种过度表达不仅与血糖水平，而且与高糖引起的细胞内反应性氧化物（ROS）增加和氧化还原电子改变，对脂蛋白进行化学修饰而形成的氧化低密度脂蛋白高度相关。

⑦脂肪细胞因子：现已发现脂肪组织是一种可分泌多种细胞因子的器官，这些脂肪细胞因子包括TNF－α、瘦素、IL－6、脂联素及抵抗素等。2型糖尿病患者多为肥胖人群，常有脂肪细胞因子水平的变化及胰岛素抵抗。许多研究发现肥胖糖尿病患者常有瘦素抵抗及高瘦素血症，是冠心病的重要危险因素，但是否为独立危险因素有待于进一步证实。TNF－α抑制脂蛋白脂酶的活性，通过GLU－4下调胰岛素刺激的葡萄糖的摄入，加重胰岛素抵抗。其可促进胰岛素抵抗的肥胖患者脂肪细胞合成，通过巨噬细胞参与的组织重建导致血管慢性并发症。脂联素抑制血管平滑肌细胞的增殖；抑制粒－巨细胞集落形成；抑制成熟巨噬细胞的功能；降低细胞内胆固醇酯的含量。糖尿病或胰岛素抵抗时，脂肪源性TNF－α可抑制脂联素的启动子活性，降低脂联素的表达。研究发现在2型糖尿病的发病过程中，血浆脂联素浓度的降低与胰岛素敏感性下降相平行。日本学者研究发现脂联素可降低骨骼肌和肝脏中三酰甘油（甘油三脂）的含量，减轻胰岛素抵抗。

（5）遗传因素：2型糖尿病、高血压、高脂血症、冠心病、肥胖均发现有家族聚集现象，目前认为这些疾病可能属多基因遗传病。并发现可能与红细胞钠－锂逆转换、血管紧张转换酶基因多态性、瘦素基因、载脂蛋白E基因的多态性等有关。

（6）激素调节失常

胰岛素：由于超生理剂量胰岛素可刺激动脉壁中层平滑肌增生，加强胆固醇、胆固醇酯及脂肪合成而沉积于动脉管壁，还抑制脂肪分解和胆固醇酯分解，形成高脂血症，促进动脉硬化形成。2型糖尿病往往有内源性高胰岛素血症；1型糖尿病虽缺乏内源性分泌，但由于外源性胰岛素治疗时往往产生高胰岛素血症。故不论1型或2型糖尿病均可通过高胰岛素促进动脉粥样硬化发生和发展。

生长激素及生长因子：未控制的糖尿病患者的生长激素往往较正常人高。在主动脉中层细胞培养时加入生长激素血清可促进细胞增殖。缺乏生长激素的矮小症虽有糖尿病而不易患动脉硬化。以上均提示糖尿病患者动脉硬化发生机制中有生长激素参与。近年还发现其他生长因子包括表皮生长因子、成纤维细胞生长因子、神经生长因子有IGF－1样作用。尤其是成纤维母细胞生长因子可促进血管内皮细胞有丝分裂，提示可能与动脉硬化发生有关。

（二）糖尿病异常代谢途径产生病理机制

糖尿病性血管并发症的原因十分复杂，有种种假说，但一般认为，高血糖状态直接影响并发症的发生、发展。多元醇代谢异常被认为是其重要原因。

1．多元醇代谢途径　在正常人组织中，葡萄糖是人体主要的供能形式，其分解代谢主要通过无氧酵解和有氧氧化，产生能量、二氧化碳和水，此过程受胰岛素调节。此代谢途径的代表性组织有：脑、红细胞和肾上腺髓质等。葡萄糖的分解代谢除酵解和有氧氧化外，尚有戊糖通路和多元醇通路（图10－5）。

图10－5　葡萄糖代谢途径

多元醇通路是指细胞摄取葡萄核后，有一部分葡萄糖未被磷酸化生成6－磷酸葡萄糖，而进入别的途径，此代谢途径称多元醇途径。多元醇代谢有两步：第一步是葡萄糖经醛糖还原酶（aldose　reducase，AR）作用，在辅酶Ⅱ还原型（NADPH）参与下，生成山梨醇；第二步是山梨醇经山梨醇脱氢酶（sorbitol　dehydrogenase，SDH）作用，在辅酶Ⅰ氧化型（NAD）参与下，生成果糖。此代谢途径不依赖胰岛素，在高血糖状态时，此代谢途径被激活，过多的葡萄糖生成大量的山梨醇及果糖。人体中有许多组织中该代谢途径在高血糖状态时甚为活跃，包括视网膜、肾脏、神经、动脉、晶状体、红细胞等。

多元醇代谢途径的生理意义尚未有统一认识，可能有以下几点：①纠正NADH／NAD比值异常：多元醇代谢活跃时，NADH／NAD比值上升。在高血糖状态时，红细胞氧离曲线低下，末梢组织供氧不足，血红蛋白的前体高铁血红蛋白（Fe3＋）向血红蛋白（Fe2＋）转化以代偿，此过程需NADH参与（图10－6）。高血糖状态多元醇代谢亢进时NADH／NAD比值上升，可使NADH增多，有助于末梢组织缺氧的改善。②有助于减轻细胞外高渗透压状态：血糖升高时，血渗透压升高，此时细胞内多元醇代谢活化，血中葡萄糖进入细胞内，山梨醇生成增多，细胞内渗透压上升，细胞内外渗透压差缩小，有助于维持细胞结构和功能的正常。

2．肌醇代谢　肌醇在结构上与葡萄糖十分相似。机体细胞内肌醇的来源有：①经口从食物中获得；②在细胞内由6－磷酸葡萄糖转化而来。肌醇构成磷脂的一部分，而磷脂在维持细胞膜的功能上极为重要，磷脂在细胞外信息传递给细胞内第二信使中起作用。

3．多元醇及肌醇代谢异常与糖尿病微血管病变　多元醇代谢异常与糖尿病微血管病变的关系虽未完全弄清，但有多种假说：①渗透压说；②肌醇减少说；③NADH／NAD比值异常说。多元醇代谢及肌醇代谢异常与糖尿病性视网膜病变及糖尿病性肾病的关系似乎更密切。

高血糖状态时，己糖激酶活性达到高限，葡萄糖酵解及有氧氧化受阻，葡萄糖大量进入非胰岛素依赖性组织细胞，醛糖还原酶活性增加，多元醇代谢亢进，使细胞内大量山梨醇、果糖积聚。高血糖时多元醇代谢途径活性可高达正常葡萄糖浓度时的4倍。

图10－6　人红细胞高铁血红蛋白还原与多元醇代谢关系

由于上述改变，致使组织细胞发生以下变化：①细胞内山梨醇、果糖过度堆积；②细胞内渗透压上升；③细胞内水潴留、水肿；④组织缺氧、营养缺乏；⑤细胞功能低下；⑥引起并发症的发生、发展。

至于肌醇代谢方面，糖尿病患者神经等组织中的肌醇浓度比正常人低20%～30%，故Greene提出糖尿病并发症之肌醇代谢异常学说：①葡萄糖与肌醇在立体构型上酷似，当高血糖状态时，葡萄糖与肌醇竞争，肌醇透过细胞膜减少致细胞内肌醇浓度低下，进而使细胞膜磷脂结构受损；②糖尿病时，Na＋／K＋ATP酶活性降低，细胞膜内外钠离子梯度减小致使肌醇进入细胞内减少；③肌醇代谢亢进致细胞内山梨醇堆积，也可抑制肌醇进入细胞内。细胞内肌醇减少，细胞膜磷酸肌醇合成、代谢受损，Na＋／K＋ATPase活性降低，引起细胞功能障碍。

（三）终末糖化产物和糖尿病性血管并发症

长期高血糖状态是糖尿病慢性并发症发生、发展的关键性因素。高血糖可通过多种机制对慢性并发症起作用，其中糖基化终末产物（advanced　glycosylation　end　products，AGEs）甚为重要。机体内多种蛋白质在高血糖状态时经非酶氧化生成AGEs，即糖化蛋白，不同的组织蛋白糖化引起诸多异常，如血红蛋白糖化致组织低氧，胶原蛋白糖化可致基膜肥厚，纤维蛋白原糖化可致组织纤维蛋白沉积，髓磷脂糖化可致周围神经节段性脱髓鞘，晶体蛋白糖化可致白内障，低密度脂蛋白糖化可致高LDL血症，血小板糖化可致凝集功能亢进等等。

1．蛋白质AGEs的形成　糖尿病多种慢性并发症的始动及发展与AGEs有密切关系。在高血糖时可见到诸多可逆性生化异常，如多元醇通路活化、蛋白激酶活化、Na＋／K＋ATP酶活性降低等，这些异常在并发症的发生、发展中都可能起一定作用，但它们似不能解释糖尿病慢性并发症发病的主要特点——高血糖记忆（hyperglycemic　memory）现象。所谓高血糖记忆是指高血糖诱导的微血管病变，在以后的血糖长期严格控制在正常范围情况下仍继续存在乃至发展。有报道指出，在实验性糖尿病的狗中，在高血糖病程2年半后，血糖得以完全控制，但2年半后，原先正常的视网膜出现了糖尿病性视网膜病变，糖尿病鼠中也有类似现象。以上表明较长时间的高血糖会诱发生存期较长的组织结构如蛋白质的分子改变，有些甚至是不可逆的改变，这些改变并不随血糖恢复正常而消失，而是呈持续存在，乃至继续发生病理性改变。

高血糖诱发的组织病理学改变主要是指葡萄糖或其有关代谢产物能改变生存期长的多种细胞内外的某些大分子物质的形成和积蓄。此种改变一般分两个阶段：①可逆阶段：还原性葡萄糖与蛋白质氨基酸残基侧链ε－氨基或氨基末端的α－氨基在非酶催化下形成可逆的Schiff碱，再进一步反应，形成较稳定的但仍为可逆的糖－蛋白质酮胺结合物，此种碱性产物经重新排列，形成性质更为稳定的1－氨基－1－去氧－D－酮糖（Amadori产物）。②不可逆阶段：若为半衰期长的蛋白质如胶原蛋白、晶体蛋白、弹性蛋白等，经十分复杂的重组、脱氢、交联，最终形成不可逆性的AGEs。

AGEs附着在蛋白质大分子上呈不可逆性，即使其高血糖得以纠正，但其AGEs水平也不会随之下降，相反这些产物继续以不同的速度长期甚至终生积蓄在糖尿病患者的组织成分中。

2．AGEs的病理作用　AGEs的形成对多种组织细胞的形态和功能有损害作用。这种损害包括细胞外基质和细胞功能。AGEs形成会改变几种重要的基质成分的功能。

Ⅳ型胶原等基质的AGEs形成使其性质和功能发生变化。Ⅳ型胶原AGEs形成能减少非胶原NcI辖区（NcI　domain）结合到富含螺旋结构的辖区上，抑制这些分子形成正常的网状结构。昆布氨酸的AGEs形成能使多聚糖自身组成减少，与Ⅳ型胶原的合成减少，与硫酸乙酰肝素蛋白多糖（HSPG）的结合也减少，进而引起基膜缺陷。Ⅳ型胶原细胞结合辖区的改变可降低内皮细胞的黏附性，昆布氨酸的改变对轴突生长有抑制作用。

AGEs在基质积蓄会加速糖尿病性微血管狭窄乃至完全阻塞。

糖尿病肾病与AGEs关系的研究较多。肾小球内结构蛋白的AGEs的形成是近年来糖尿病肾病发病机制研究的新进展。

早期糖化产物（Amadori产物）可刺激内皮细胞产生EDRF或增加EDRF从内皮细胞向平滑肌细胞的扩散，从而导致肾小球内血管扩张，致使肾小球高滤过。AGEs可降低EDRF的扩散，抑制NO的活性，影响肾血管的扩张，阻断高滤过，启动器质性损伤。糖尿病状态时，细胞外基质的大分子成分HSPG本身发生糖基化，使其电荷降低，进而造成基膜滤过屏障功能受损，Fn纤维结合蛋白和Ⅳ型胶原与糖蛋白相互作用，其部分是通过糖蛋白侧链上负电荷的改变，进而引起基质蛋白相互作用的改变，最终导致基膜增生。

3．AGEs受体的发现及其作用　AGEs形成以后如何起致病作用受到了人们的关注。AGEs是一种异源性大分子物质，具有诱导蛋白质相互交联以及与许多类型细胞表面特异性的结合位点相互作用的能力，这些均提示AGEs可能通过特异结合位点（受体）和非特异结合位点两大途径发挥作用。前者通过受体途径调节细胞的功能，改变诸多细胞因子、激素和自由基等信号的水平。

1985年Vlassara等最早证实在单核细胞和巨噬细胞表面存在AGEs特异结合位点。研究表明，细胞表面受体与AGEs作用后导致AGEs细胞内吞噬，影响细胞的结构及功能。

已经从鼠细胞纯化到相对分子量为90　000的AGEs结合蛋白。近来又分离到内皮细胞上的两种AGEs结合蛋白，相对分子量分别为35　000和80　000。前者是一种新发现的蛋白，后者的氨基末端序列与乳铁蛋白（lactorferrin）相同。此两种蛋白的抗体能阻断AGEs的结合，研究还指出，此两种蛋白与细胞表达紧密相关。

AGEs和相应受体结合后可能被内吞进入细胞，通过某种机制损害DNA和核蛋白，进而影响有丝分裂和基因表达。

AGEs形成及其以后的变化在糖尿病慢性并发症中的作用已引起了广泛注意，抑制AGEs和阻断AGEs与相应受体或结合位点的结合，防止AGEs诱导胶原的交联、组织结构的改变和系膜增殖是糖尿病慢性并发症研究的重大课题。

①产生氧化应激：AGEs与AGEs受体作用后可消耗细胞内的谷胱甘肽，引起丝裂原激活的蛋白激酶（MAPK）和NF－κB的激活，这表明AGEs可产生氧化应激。NF－κB的激活可使AGE受体（RAGE）表达上调，作为一种正反馈，进一步促进了AGEs与RAGE的结合。此外，NF－κB的激活可使组织因子活性增加，促进血栓的形成，并使血管黏附分子－1、细胞黏附分子－1等黏附分子表达上调，促进白细胞对内皮细胞的黏附，促进了动脉粥样硬化的形成。

②对内皮细胞的作用：AGEs与内皮细胞表面受体结合后，可使内皮素－1合成增加，导致血管收缩，并增加组织因子的活性，降低血栓调节素的活性，促进血栓的形成。AGEs还可使内皮细胞通透性增加，抑制内皮细胞NO的产生，减弱NO介导的血管舒张功能，促进了糖尿病血管并发症的发展。

③对单核细胞的趋化与激活：体内外实验已证实AGEs很可能是通过增加MCP－1的产生而趋化单核细胞到达内皮细胞下层的。此外，参与糖尿病血管病变的炎症细胞如单核吞噬细胞、T淋巴细胞和血管壁细胞都有AGEs受体分布。AGEs还可激活单核细胞释放其他细胞因子和生长因子，如IL－1、TNF－α、胰岛素样生长因子－1、血小板源生长因子等，促进糖尿病血管病变的发展。

④对血管平滑肌细胞增殖的作用：研究表明，AGEs可升高大鼠血管平滑肌细胞中的二酰基甘油水平，增加细胞内蛋白激酶C的活性。二酰基甘油／蛋白激酶C通路的激活参与了血管平滑肌细胞的分化与增殖。此外，AGEs还可促进大鼠主动脉平滑肌细胞sis基因的表达。sis基因是PDGF的同源基因，因此AGEs可通过促进sis基因表达而促进平滑肌细胞增殖。

⑤AGEs的其他作用：巨噬细胞通过表面的AGEs受体可识别、吞噬AGEs，并向循环中释放出可溶性的小分子糖基化肽（advanced　glycosylation　end　products　peptides，AGEp）。循环中的小分子AGEp可与组织中的胶原或血浆中的低密度脂蛋白再次发生交联，形成所谓的“第二代”AGEs。如果这些AGEs不能被及时清除，可再次与其他蛋白形成交联，因此，这些AGEs的降解产物很可能是引起糖尿病血管病变的重要毒性物质（图10－7）。

尽管越来越多的证据支持非酶糖化学说，但蛋白质须经历较长时间的非酶糖化才能形成AGEs，而短期的高浓度葡萄糖也能产生某些与AGEs相似的细胞效应。此现象说明，除酶糖化以外，高血糖还可通过其他途径引发血管病变。

AGEs抑制剂的开发已提到议事日程上来了，并已初步证实，氨基胍有一定的抑制AGEs形成的作用。

（四）糖尿病微血管病变的病理机制

糖尿病性微血管病变的发生、发展的基础原因是胰岛素作用相对或绝对不足所致的高血糖状态。一般认为，慢性高血糖是微血管病变发生的必要条件，但其证据并不十分充分，也就是说，仅有慢性高血糖并不必然导致微血管病变，其理由为：①有相当数量的糖尿病患者尽管长期处于血糖控制不佳状态，但却无微血管病变；②糖尿病即使并发微血管病变，但机体各组织受累程度并不同等。以上所见支持微血管病变的发生除慢性高血糖外，尚必须有其他因素的参与。

图10－7　AGEs蛋白与特异性受体结合引起为血管改变图解

在众多参与微血管病变的影响因素中，可分为两大类：①与高血糖状态密切相关的因素，如高血糖、高HbA1c、高胰岛素血症、高三酰甘油血症等；②与高血糖状态关系不密切的因素，如肥胖、高血压、遗传等。

慢性高葡萄糖血症是引起糖尿病慢性并发症的一个重要基础原因。其主要依据为：由微血管病变或神经病变引起并发症的严重程度取决于高血糖的程度和时间；血色病、酒精性胰腺炎、胰腺全切术后等引起的继发性糖尿病可引起视网膜损害；动物实验性糖尿病［胰腺全切或链佐星（链脲霉素）、四氧嘧啶引起］可引起在某些方面与人类糖尿病相似的视网膜和肾脏损害；从非糖尿病供体来的肾脏移植给糖尿病患者也可发生微血管病变，但它可同时采用移植胰脏使血糖大致正常而予以阻止；无高血糖者未见到糖尿病性损害。因此可以肯定地讲，有实质性材料支持慢性高葡萄糖血症是糖尿病微血管病变和神经病变发生的起始原因，但一般认为是环境和间接性的。葡萄糖对细胞的毒性作用主要有2个方面：①经多元醇通路使细胞内山梨醇、果糖过度积聚进而损害有关细胞；②蛋白经非酶糖化形成糖基化终末产物（AGEs），然后可能经AGEs受体途径引起血管损害。

多元醇、肌醇代谢异常与糖尿病微血管病变关系较为密切，尤其是视网膜病变和肾病。

1．糖尿病性视网膜病变　糖尿病性视网膜病变的主要组织病理学所见为：①视网膜毛细血管周边细胞（pericyte）变性、坏死；②视网膜毛细血管基膜肥厚；③血液－视网膜屏障破坏；④出血、渗出等血管外变化以及出现新生血管。

现已证实在视网膜组织的周边细胞、Muller细胞、视网膜色素上皮细胞、视神经、内颗粒层、内网状层及神经节等处存在多元醇代谢途径，在高血糖时，视网膜细胞内山梨醇增加。动物实验证实糖尿病性视网膜病变的发生和发展与多元醇代谢活性亢进有关，有关动物实验资料有：①以高半乳糖喂养32～60个月的犬，出现类似糖尿病患者视网膜血管瘤的改变；②以高半乳糖喂养的鼠，出现的视网膜毛细血管基膜增厚与喂养时间成比例，此种肥厚可用醛糖还原酶抑制剂sorbinil完全抑制；③以高果糖喂养的链佐星糖尿病鼠，周边细胞显著减少，PSP阳性物质沉积，视网膜毛细血管基膜增厚，应用醛糖还原酶抑制剂epalrestat有抑制作用；④视网膜电图呈平坦C波之糖尿病状态，应用醛糖还原酶抑制剂sorbinil，可使其恢复至大致正常。

2．糖尿病性肾病　糖尿病性肾病的组织病理学改变有：肾小球毛细血管基膜增厚，系膜内基膜样物质增多，系膜内及毛细血管基膜内皮侧纤维沉积，足突细胞足突分离融合。糖尿病肾病的自然进程为：肾小球滤过率增加、间歇性蛋白尿、持续性蛋白尿、高血压、肾功能衰竭。

多元醇代谢的限速酶醛糖还原酶在肾脏的髓质、乳头部含量多，而皮质则少。在皮质处的肾小球上皮细胞、系膜细胞及近曲小管处有醛糖还原酶存在。肾脏中多元醇代谢活性亢进的详细机制与神经、视网膜处一样均末明确，但与肌醇代谢和Na＋／K＋ATP酶活性密切相关，醛糖还原酶抑制剂可使上述异常得以改善。

动物实验表明，醛糖还原酶抑制剂对糖尿病肾病的效果是：①改善肾小球滤过率，使其接近正常；②抑制尿清蛋白（白蛋白）排泄；③改善肾小球足突肿胀和肾小球形态学异常。

（五）糖尿病大血管病变的病理机制

糖尿病是大血管病变（动脉疾病）的一项极重要的诱发因素，许多糖尿病患者可并发一种或数种大血管病变。糖尿病大动脉病变的概念是相对微血管病变而言，一般指中、大动脉病变，在糖尿病中有些特殊之处。糖尿病大血管病变包括两部分病变：动脉粥样硬化和动脉硬化。

1．糖尿病和动脉粥样硬化　动脉粥样硬化是指动脉内膜出现多种病损，包括脂质、糖类复合物、血液成分、局部沉积、纤维化、钙化、出血并伴有中膜改变。动脉粥样硬化发生的机制是血液和动脉壁之间正常关系失调。糖尿病引起动脉粥样硬化的主要机制至少有三方面：①高血糖：高血糖对血管内膜细胞有直接的损害作用，进而导致其对血浆蛋白渗透性增加及引起血小板凝聚，细胞外基质的糖化可引起纤维交联，引起血管弹性减弱乃至丧失。②脂质异常：糖尿病中常有血脂异常改变，而血脂异常在大动脉硬化中起作用，另外糖尿病本身又是一个独立的致动脉硬化的危险因子。血脂异常中主要是LDL，其次为VLDL和Lp（a）浓度升高。③高胰岛素血症：高胰岛素血症在糖尿病中常见，尤其在肥胖型2型糖尿病，胰岛素有促进动脉肌细胞有丝分裂作用，致使增生。有关影响因素有血液：包括血浆蛋白（脂蛋白、分裂素、凝血因子中诸蛋白）、血小板、某些白细胞（单核细胞、淋巴细胞）和血液应力异常；动脉壁：包括细胞外基质（胶原纤维、弹性纤维蛋白多糖）、内皮细胞、平滑肌细胞、巨噬细胞（来自循环单核细胞）及淋巴细胞等。

2．糖尿病和非动脉粥样硬化性动脉病变　糖尿病除诱发动脉粥样硬化外，尚可引起动脉硬化。因此，糖尿病引起器官组织缺血的因素是多个层面的。除动脉粥样硬化引起的动脉狭窄及阻塞导致缺血、缺氧外，尚有动脉阻塞的天然拮抗因素削弱以及独立的动脉和小动脉硬化。前者包括侧支循环和自发性血栓溶解；后者主要指在发病机制上完全独立的动脉及小动脉硬化，这两者与糖尿病的生化、病理生理有一定关系。一般认为，动脉硬化是大动脉病变中的一部分，但其并非为糖尿病特征性改变，它可见于年老的非糖尿病，尤其是高血压患者，但在糖尿病患者中似较多见，而且发病更早和更严重。

糖尿病性大动脉病变在组织学上的特点有：①病变累及动脉更广泛，可见于冠状动脉、脑动脉、肾动脉、下肢动脉等；②糖尿病患者的动脉病变程度较重；③从小动脉到大动脉均可有胶原（Ⅴ型）异常增生；④病变组织破坏严重、进展快速，推测在早、中期以组织蛋白变性为主，晚期存在对异种蛋白自身免疫反应的佐证。

（六）糖尿病血管病变遗传学基础

糖尿病心血管和肾脏慢性并发症是糖尿病死亡率和成年前病死率的重要原因。大量证据表明，遗传因素——基因多态性在糖尿病的并发症发生中起了关键性的作用。

1．ACS基因多态性与糖尿病血管病变ACS基因多态性与胰岛素抵抗关系：有人假设ACE多态性通过影响糖脂代谢而导致糖尿病（DM）肾脏和心脏并发症的发生。Cong等对日本142例正常个体和64例2型糖尿病个体研究发现，无论是正常人或是2型糖尿病患者，口服葡萄糖后血浆胰岛素浓度曲线下面积，DD基因型个体均小于Ⅱ基因型个体，即DD基因型胰岛素敏感性高于Ⅱ基因型。Panahloo对103例2型糖尿病患者和533例非糖尿病个体进行研究，亦得出了类似结论，且发现DD基因型个体具有较低的体重指数和更有利的脂代谢分布。然而，Huang等对84例2型糖尿病患者和115例对照者研究发现，与Ⅱ或ID基因型相比，DD基因型个体具有较高的血糖水平，较差的葡萄糖耐量，而三者在体重指数、血压、血脂代谢方面无显著性差异。因此，对ACS基因多态性与胰岛素抵抗的关系作出结论为时尚早。

有证据支持血管紧张素转化酶抑制剂（ACEI）可延缓1型糖尿病肾脏病变的进展，并认为D等位基因是有害的。进一步研究发现，在进展性糖尿病肾病个体，长期应用ACEI可减弱D等位基因的作用。综上所述由于实验结果存在不一致，对ACE基因多态性与DN之间进行评价为时尚早。最近，Fujisawa对4　773例糖尿病患者进行了偏回归分析，发现D等位基因与糖尿病肾病显著相关。总之，DD基因型更倾向于影响糖尿病肾病进程而非发病，而且似乎说明糖尿病肾病进展较快者，应用ACEI治疗疗效较差。

研究发现ACE多态性与血管壁变化有关。Nakano对178例急进性高血压患者和101例正常血压个体进行研究，认为D等位基因是日本急进性高血压患者早期发病的风险因素。Hosoi应用超声技术对288例糖尿病患者动脉壁的研究发现，D等位基因是颈动脉壁增厚的独立风险因素。D等位基因与糖尿病患者颈动脉内、中膜厚度增加有关，与糖尿病患者主动脉粥样硬化严重性存在正相关，但在非糖尿病个体未发现D等位基因与血管病变有关。血管壁变化与D等位基因的关系，似乎有助于解释糖尿病个体缺血性心脏病高发原因，但Cambien等则在人群研究的基础上提出，D等位基因与糖尿病患者血管病变低发病率有关。因此，ACE多态性与血管疾病的关系尚需进一步研究。

2．基质金属蛋白酶9基因多态性与糖尿病血管病变　基质金属蛋白酶9（MMP9）是基质金属蛋白酶家族（MMPs）的一员，主要参与血管基膜主要结构成分——Ⅳ型胶原的降解，与糖尿病血管病变的关系密切。MMP9基因启动子区C1562T，被证实是一种能影响功能的突变。

2型糖尿病大血管病变组T等位基因和TT基因型频率显著高于健康对照组和无并发症组，T等位基因与循环中MMP9的水平具有良好的相关性，T等位基因携带者大血管病变的发生率明显增加，据此认为T等位基因也是2型糖尿病大血管病变发生的易感基因。这同样是由于T等位基因携带者MMP9基因启动子的转录活性增加，使MMP9在组织中的表达上调，这些在局部聚集的MMP9一方面通过降解血管壁细胞外基质（ECM），有利于血管壁平滑肌细胞突破周围组织屏障及由蛋白多糖和胶原构成的致密网孔，从中膜向内膜迁移，并进行增殖、分泌大量ECM，形成动脉粥样硬化（AS）斑块；另一方面还可破坏覆盖于斑块表面的纤维帽，削弱其抵抗应力的作用，使斑块易于发生破裂，继发血栓形成和机化导致AS损伤的快速进展和斑块扩大。由于2型糖尿病血管病变的发生是遗传因素和环境因素共同作用的结果，本研究以遗传因素和各环境因素为自变量，以是否发生血管病变为因变量进行多因素Logistic回归分析发现MMP9T等位基因、总胆固醇（TC）、LDL－C、Lp（a）是大血管病变的危险因素尿微量白蛋白，UAER、Lp（a）、HbA1c是糖尿病肾病的危险因素。总之，本研究表明MMP9基因C1562T多态性与糖尿病血管病变的发生有关，突变型T等位基因是大血管病变的易感基因，是糖尿病肾病的保护基因。

3．同型半胱氨酸及相关酶基因多态性与糖尿病血管病变　大血管并发症是糖尿病患者的主要致残和致死原因。同型半胱氨酸（Hcy）是一种反映血管损伤的氨基酸。大量流行病学调查、实验研究和临床资料显示，作为心血管疾病重要且独立的危险因素，血浆Hcy升高可以促进动脉粥样硬化（AS）及血栓形成。

Hcy致心血管病变的可能机制是高Hcy对内皮细胞、血管平滑肌细胞、血小板和凝血系统均有显著的“毒性”作用，其机制目前尚未完全清楚，可能与以下机制有关：①Hcy释放入血浆后发生自氧化，生成Hcy二硫化物、Hcy混合二硫化物及Hcy硫乳酯（HLT），并伴随大量超氧化物阴离子及过氧化氢等氧自由基形成，从而损伤血管内皮细胞，使低密度脂蛋白氧化，造成血管平滑肌持续收缩，引起缺氧，加速AS形成过程。②高Hcy可使脂质磷酸化，激活蛋白激酶C，促进Clos和Cmyb基因在血管内皮平滑肌细胞的表达，使血管内皮细胞和平滑肌细胞增殖，参与粥样硬化形成。③其活化形式可促使血小板聚集，并可与载脂蛋白B形成致密的复合物，易于被血管壁巨噬细胞吞噬，引起血管壁脂肪堆积。④谷胱苷肽是一种重要的抗氧化剂，它能防止很多细胞成分的氧化或其他损害，并能维持维生素E的还原状态。另外，谷胱苷肽与一氧化氮相互作用，对血管产生保护作用。同型半胱氨酸干扰谷胱苷肽的合成，从而对机体造成危害。⑤Hcy自发形成巯基内酯化合物，可使血小板黏附率和聚集率增加，促进血栓素（TBX2）和PGFⅠ2形成，加速血凝块形成。⑥糖基化终末产物能增加内皮细胞对Hcy损伤的敏感性，二者协同作用参与了糖尿病血管内皮细胞的损伤。

Hcy相关酶基因多态性与糖尿病大血管病变关系的叙述如下。

（1）亚甲基四氢叶酸还原酶（MTHFR）基因多态性与糖尿病大血管病变：人类MTHFR基因定位于染色体1p363，包括11个外显子，其cDNA的全长为22kb。Kang等首先发现低活性、不耐热的MTHFR，并证实了血浆中Hcy水平升高和冠心病发病有明显联系。随后的实验进一步发现MTHFR不耐热性是退行性变，MTHFR基因在677位发生错义突变，碱基T置换了C，从而产生了Hinfl限制性酶切位点，导致编码的丙氨酸被缬氨酸取代，使酶的耐热性和活性都大大降低，从而影响Hcy再甲基化，导致血浆Hcy水平升高。酶切后出现3种基因型，CC型（野生型）最多见，其次是CT型（杂合子型），TT型（纯合子型）最少。在37℃时，TT型突变酶的活性为CC型酶活性的40%～50%，杂合子突变酶活性的下降程度界于两者之间。基因分析也证明MTHFR基因纯合突变者和杂合突变者，其血浆Hcy水平高于非突变的正常人。研究发现，患心血管疾病的丹麦人，纯合子C677T突变者高达15%，而对照组为5%。Kluijtmans等研究显示，携带C677T突变者发生心血管病变的危险性增加3倍。Hasegawa等将携带C677T突变的2型糖尿病患者按肾功能分为2组进行研究后发现，在肾功能不全组，CT型和TT型与大血管病变显著相关。Passaro等对95名糖尿病患者随访3年发现，糖化血红蛋白轻度改善，血Hcy水平下降。携带MTHFR基因C677T突变者血Hcy随糖化血红蛋白改变最明显，这一结果从另一角度解释血糖控制不良可以促进大血管病变的发生。但是，Mazza等对130名患有糖尿病的意大利人研究发现，血Hcy水平、MTHFR基因C677T及颈动脉内膜厚度之间无关。造成这种结果的原因可能是由于基因背景和饮食习惯不同所致。A1298C是近来报道的较为普遍的MTHFR基因突变。Weisberg等发现A1298C突变可引起MTHFR活性下降。Vandor　Put等发现A1298C和C677T突变的双杂合子可引起Hcy水平的显著升高，但单纯A1298C突变并不引起Hcy水平的改变。Szceklik等认为A1298C突变与早发冠心病显著相关，这种相关不依赖于Hcy水平的升高。但Friso等研究认为A1298C及C677T突变与冠心病无关。

（2）胱硫醚－β－合成酶（CBS）基因多态性与糖尿病大血管病变：CBS基因分别定位于染色体21q23，可编码551个氨基酸，全长为63kb。目前已发现的CBS基因突变位点有64个，其中最常见的是位于278密码子的T833C，其编码的异亮氨酸代替了苏氨酸。另一个是位于307密码子的G919A，其编码的甘氨酸代替了丝氨酸。两者均位于第8个外显子中。Tsai等研究发现，CBS基因这两个位点的突变可使CBS活性降低。由CBS基因编码错误的纯合子可引起血Hcy显著增高，浓度高达400μmol／L，甚至出现尿中Hcy升高，CBS基因突变可能影响了CBS亚单位与血红素和5－磷酸－吡哆醇的相互作用，从而使酶活性降低，进一步导致高同型半胱氨酸血症，提示此两种基因突变在心血管疾病中占重要的作用。844ins68突变是在CBS基因第8外显子中段插入了68bp的碱基对。Tsai等报道，844ins68在普通人群中分布较广泛，其杂合子占人群11．7%，此突变不影响总Hcy的水平。De　Franchis等对309名诊断明确的血管栓塞的患者进行研究后发现，CBS基因844ins68突变本身不是血管栓塞性疾病的危险因子，但是当和MTHDFR基因C677T突变联合分析时血管栓塞发生危险性增加近4倍，并且血Hcy水平明显增加。近来报道的CBS基因突变还有C669T和T1080C，它们不发生氨基酸的替换。Kruger等研究显示，C669T及T1080C纯合子具有更低的冠心病的发病危险，并对叶酸的治疗更为敏感。Yang等还发现，CBS基因一段31bp的核苷酸可变重复序列也与Hcy水平有关，他们对398位初发的冠心病患者及137名正常者对照进行基因测序后发现，16　17和17　18较17　17基因型Hcy水平显著降低，提示16和18次重复的单倍型可能上调参与CBS基因的转录的调控元件。

4．黏附分子基因多态性与糖尿病血管病变　近年来，遗传因素在糖尿病肾病（DN）和糖尿病视网膜病变（DR）中备受重视，认为DN和DR并非发生于所有糖尿病患者，存在着机体对糖尿病内环境紊乱的反应问题，即遗传因素在决定DN和DR易感性方面起着重要作用，研究最多的是基因多态性。日本Kamiuchi等于2001年首次测定了102例DN，90例非DN　2型糖尿病患者及200例非糖尿病患者的LECAM1P213S基因型的频率，结果DN患者LECAM1P213PP基因型和P等位基因的频率显著高于无DN患者，说明LECAM1P213P等位基因是DN的独立的危险因素，提示LECAM1P213P基因为2型糖尿病肾病的易感基因，这可以解释一些糖尿病患者具有发展为肾脏病变的个体易感性，但须进一步行大规模不同种族的前瞻性或回顾性研究证实此基因型的作用。同年，Kamiuchi等首次测定了2型糖尿病并发视网膜病变患者白细胞和内皮细胞基因多态性，结果DR组ICAM1469KK基因型和K等位基因的频率显著高于非DR组，而PECAM1和LECAM1P213S的基因型和等位基因频率的分布在两组无显著差别，提示ICAM1469KK基因型可能为2型糖尿病并发视网膜病变的遗传易感基因。

（七）糖尿病血管病变组织学研究进展

糖尿病是临床常见的代谢性疾病，而血管病变则是其慢性并发症的主要表现，为糖尿病患者预后和生活质量的重要影响因素。多项研究表明，糖尿病患者内皮功能失调导致冠状动脉和外周侧支血管供血不足，而骨髓、外周血和脐血中存在能进一步分化为内皮细胞并参与血管新生的内皮祖细胞（EPC）。大量的证据已表明糖尿病患者内皮祖细胞功能受损，提示其可能为糖尿病血管病变的机制之一。

糖尿病血管病变与非糖尿病性血管病变的病理改变相似，即动脉粥样硬化，不同的是前者病变严重，发病年龄轻，进展快，累及范围广。糖尿病不仅能促进血管病变而致严重缺血性疾病，而且同时伴有侧支血管形成能力严重受损。Abaci等比较糖尿病与非糖尿病患者的冠状动脉造影结果，显示糖尿病患者冠状动脉侧支血管形成能力明显下降，提示糖尿病是影响冠状动脉侧支形成能力的一个重要因素。机体形成新的侧支血管的能力是对血管阻塞性疾病的一个重要代偿机制，并在很大程度上决定残余组织缺血的严重性，尤其当血管阻塞极为广泛以致直接血运重建术不能成功进行时。一般来说，外周血管疾病患者其侧支形成足以代偿经阻塞动脉的血流丧失，但在糖尿病患者，因其侧支形成能力受损而使心肌、肢端等严重缺血。目前对糖尿病患者快速血运重建受阻的机制仍未明确。

糖尿病患者外周血中不仅EPC数量较非糖尿病者明显减少，EPC功能活性也显著降低，可能与高血糖、高胰岛素血症、高血压、糖尿病病程、高血脂、吸烟等有关。高血糖及胰岛素抵抗两者均能引起内皮功能障碍，加重糖尿病患者内皮功能障碍的基本机制包括蛋白激酶C（PKC）途径的激活、非酶糖化的增加、氧化应激的增强、内皮胰岛素作用的减少。糖尿病患者外周血中EPC数量较非糖尿病者明显减少，EPC功能活性也显著降低。Tepper18等认为糖尿病EPC增殖能力比非糖尿病者下降，与糖化血红蛋白呈负相关。动脉粥样硬化危险因子（年龄、性别、高血压、糖尿病、吸烟、阳性CAD家族史、及LDL－C水平）与外周循环EPC水平的降低及迁移受损有关。Asahara等通过逆转录聚合酶链反应证明EPC可表达内皮一氧化氮合酶（NOS），在血管内皮生长因子（VEGF）刺激下产生NO。Hink等在体外把内皮细胞与高浓度血糖一起孵育，能激活PKC，增加NOS基因表达及过氧化物产量。在体内虽然内皮NOS　mRNA及蛋白表达显著增加，糖尿病主动脉的血管NO的生物利用度却降低。

然而另有体外研究却发现，葡萄糖对非糖尿病患者的EPC的分化能力无影响，胰岛素则能促进EPC分化为血管内皮细胞。非糖尿病患者EPC培养产生的内皮细胞数量较1型糖尿病患者多，而与2型糖尿病患者之间无显著差异。因1型和2型糖尿病均存在高糖血症，主要区别在于前者为低胰岛素血症，而后者为高胰岛素血症，因此认为，引起上述差异的原因并非是高血糖，而是低胰岛素血症抑制EPC的分化，但2型糖尿病的高胰岛素血症在促进EPC分化的同时降低EPC的增殖和存活能力。这些均有待进一步的实验研究证实。

大量的证据已表明EPC在血管形成中起显著的作用，尤其在缺血条件下。正常情况下，循环EPC的数量相对较少，但在创伤或缺血时通过骨髓动员并增殖即显著增加。研究发现，糖尿病患者的EPC增殖能力远低于非糖尿病患者，并与糖化血红蛋白A1c（HbA1c）水平呈负相关，提示严格血糖控制与EPC功能之间存在一定联系。2型糖尿病患者的EPC与活化内皮细胞的黏附、增殖以及形成小（血）管的能力下降，从而使糖尿病新血管形成能力受损。对糖尿病合并冠心病患者循环EPC水平的检测亦发现相同的趋势。然而，许多存在缺血性血管形成受损的糖尿病患者却伴有视网膜的血管新生，即糖尿病视网膜病变。这种所谓的“糖尿病矛盾现象”目前尚未能明确其机制。Grant等的研究发现骨髓来源的EPC在成人视网膜血管新生的模型中起作用。糖尿病患者眼组织中血管内皮生长因子（VEGF）显著增高，而VEGF能刺激EPC增殖，从而刺激血管新生，因此，糖尿病患者局部VEGF特有的调节足以代偿EPC功能障碍而导致糖尿病视网膜病变。