糖尿病致栓性因素的研究進展

龍 茜 王宗奎 李長清 張 容

糖尿病是一種以血糖升高為特征的慢性代謝性疾病,根據有無胰島素絕對缺乏可以分為1型糖尿病(type 1 diabetes mellitus,T1DM)和2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus,T2DM)[1]。據估計,2021年全球20～79歲糖尿病患病率估計為10.5%(5.366億人),2045年上升至12.2%(7.832億人)[2]。糖尿病(diabetes mellitus,DM)患者往往伴隨著多種并發癥,其中心血管疾病是DM患者發病和死亡的主要原因,而血液高凝和血栓前狀態是DM心血管并發癥首要病理生理過程[3]。

血栓前狀態是動脈粥樣硬化血栓形成過程中的關鍵環節。與健康人群比較,DM患者具有更高的凝血功能異常和血栓前狀態風險[4]。T1DM和T2DM大都存在凝血功能異常和血栓前狀態,主要表現為凝血、抗凝和纖溶相關蛋白濃度和活性的變化(表1)[5]。凝血、抗凝和纖溶相關因子的改變在DM血管并發癥的病理生理過程中發揮重要作用。但到目前為止,代謝紊亂導致DM止凝血功能異常的潛在機制尚未完全明確[6]。本文就導致DM凝血異常和血栓前狀態的因素進行綜述,以期為DM血栓和心血管并發癥的防治提供參考。

表1 凝血抗凝纖溶相關蛋白的變化

一、促凝因子變化

目前關于DM凝血功能異常已有許多研究,結果顯示,高血糖、氧化應激和遺傳因素共同作用引起凝血相關蛋白如凝血因子Ⅰ(factor Ⅰ, FⅠ,又稱纖維蛋白原,Fg)、凝血因子Ⅲ(factorⅢ, FⅢ,又稱組織因子,TF)和凝血因子Ⅶ(factor Ⅶ,FⅦ)等數量和結構的改變,最終導致凝血異常。如圖1所示,高血糖引起Fg、TF、FⅦ和vWF血漿水平升高的具體機制已有報道,但關于FⅧ升高機制尚存在不同研究結果,具體機制還有待于進一步探討。

圖1 DM凝血相關蛋白變化機制

1.凝血因子變化:凝血因子是控制可溶性血漿Fg向纖維蛋白轉化的蛋白質系統,當體內凝血因子水平升高,血液呈現血栓前狀態和凝血增強。如圖1所示,在T1DM和T2DM患者中Fg、FⅦ等凝血因子血漿濃度都有不同程度升高從而引發凝血功能異常。

FⅦ是外源性凝血途徑的始動因子之一,當血管壁受損時,病變處TF激活FⅦ,形成FⅦa/TF復合物,隨著FⅦ消耗,DM患者FⅦ反應性增加[21]。Ceriello等[21]研究發現,誘導高血糖能夠增加DM患者和正常受試者FⅦ水平,并且當DM患者恢復正常血糖時,FⅦ水平也恢復到正常范圍。說明在DM患者中,循環血糖很可能是調控FⅦ的水平的原因之一。Edén等[22]研究發現,人原代脂肪細胞可以表達具有活性的TF和FⅦ,脂肪細胞表面形成的TF/FⅦa復合物可以激活FⅩ,啟動凝血。也有研究表明,在DM大血管病變或肥胖的DM患者中FⅦ水平升高尤為明顯, FⅦ可能參與了糖尿病血管病變的發生、發展并與DM及其相關并發癥密切相關[11]。提示肥胖DM患者血漿FⅦ水平升高可能是脂肪細胞表達具有活性的TF和FⅦ所導致。以上研究提示DM患者FⅦ水平升高可能是多因素共同作用的結果,至于各因素有無相互作用尚有待于進一步探討。

2. vWF水平升高:血管性血友病因子(Von Willebrand factor,vWF)是一種介導血小板沿內皮黏附的糖蛋白,血管內皮受損時,它通過將血小板錨定到受損血管的內皮下基質來促進血小板黏附,并保護FⅧ免受蛋白水解酶降解。Mattia等[7]研究發現,DM患者的血漿vWF水平顯著高于健康受試者。T2DM合并心血管疾病患者血漿vWF和凝血酶的濃度也顯著高于不合并心血管疾病的患者[23]。在有血糖異常和其他心血管危險因素的人群中,與標準降糖治療比較,基礎胰島素治療不能改善纖溶標志物或vWF水平[24]。

近年來,有研究者就DM中vWF水平升高的作用機制進行了研究。研究發現,microRNA-24 (miR-24)可以通過與vWF分泌調節因子(FURIN和H1組胺受體)結合而抑制內皮細胞分泌vWF,而高血糖和氧化應激卻能通過下調miR-24表達促進vWF的分泌(圖1)[25]。此外,高血糖誘導的內皮細胞缺氧會下調vWF啟動子的兩個抑制分子NF-I和NF-Y的水平,從而增加vWF的分泌(圖1)[25]。GATA家族是內皮細胞中vWF表達的轉錄因子,高血糖誘導的氧化應激通過GATA1轉錄因子上調內皮細胞中vWF的表達(圖1)[26]。這為調節內皮細胞中vWF的表達和改善DM高凝狀態提供了潛在治療靶點。高血糖和氧化應激可以通過不同通路影響vWF的分泌,對DM患者加強血糖管理是降低vWF水平和血栓形成最基礎的方法。此外,研究還發現,內皮細胞Sirt1/FoxO1通路被激活會抑制vWF的分泌,但該作用可以被自噬抑制劑消除[27]。說明內皮細胞可能通過Sirt1/FoxO1通路增強自噬而減少vWF的釋放,從而減少血栓形成風險。但DM患者是否存在自噬抑制而導致vWF分泌增多值得進一步探究。

3. TF表達增強:TF是FⅦ和活化的FⅦ(activated FⅦ,FⅦa)的受體和輔因子,催化FⅨ和FⅩ的活化。TF-FⅦa復合物是外源性凝血途徑的主要激活劑,如圖2,在血管損傷或組織創傷后,TF-FⅦa復合體通過激活FⅩ觸發血液凝固的級聯反應[28]。Soma等[10]通過臨床研究發現,無論是否伴有心血管疾病,T2DM患者血漿TF水平大約是健康對照組的2.5倍。在T1DM患者中,循環組織因子促凝活性(TF-PCA)增強, FⅦa水平升高[9]。T2DM患者普遍存在高血糖和高胰島素血癥,而高血糖和高胰島素血癥可以單獨或聯合增加T2DM患者TF濃度和TF-PCA,說明T1DM和T2DM患者發生心血管事件風險都較高[29]。

晚期糖基化終末產物(advanced glycation end-products, AGEs)是由還原糖與核酸、蛋白質或脂類通過非酶促反應后進一步重排,產生的一系列穩定、不可逆的化合物[30]。在過去的幾十年里,越來越多的研究表明,AGEs參與了DM的病理生理過程。在DM患者中,高血糖引發的葡萄糖蓄積導致葡萄糖自氧化,從而形成AGEs的前體——乙二醛[31]。AGEs可以在mRNA水平上誘導單核細胞表達TF,但添加抗氧化劑可以降低該途徑下TF的表達,說明AGEs誘導的TF表達很可能是通過氧化應激途徑實現的[32]。在T2DM中,microRNA-181b(miR-181b)會減少單核細TF的產生并且血漿miR-181b水平與TF活性、D-二聚體水平以及血管炎癥標志物等致栓性因素負相關[33]。循環microRNA-126(miR-126)通過調節轉錄后TF的表達,影響DM的凝血纖溶平衡,從而發揮抗血栓作用[34]。這些研究結果都在一定程度上解釋了DM血漿TF升高的原因,但其中是否涉及其他機制還需進一步研究。

4.Fg水平升高:Fg是體內最豐富的凝血因子,在凝血過程中,Fg通過凝血酶介導的蛋白水解作用分解為纖維蛋白,產生中間原纖維,形成具有生化和機械穩定性的纖維蛋白網。如表1,T1DM和T2DM患者Fg水平顯著升高[8]。

血糖控制不佳的DM患者體內的高血糖可引起Fg糖基化,導致Fg分子結構和功能的改變,并有助于形成穩定致密的血栓,且與非糖尿病血栓比較,糖尿病血栓對纖維蛋白溶解抗性更強[35]。高Fg血癥可能是T2DM微血管和大血管血栓風險增加的機制之一[36]。BβArg448Lys是Fg常見的遺傳多態性之一,Greenhalgh等[37]研究發現,相較于其他基因型血栓,Bβ448Lys基因型血栓溶解時間更長,血栓結構也更加緊密,這些結果均提示除高血糖外,遺傳因素也是增加DM血栓形成和溶解抗性風險的原因之一。

二、抗凝因子變化

血液中的抗凝因子主要分為3大類:抗凝血酶-Ⅲ (antithrombin-Ⅲ, AT-Ⅲ)、蛋白C系統和和組織因子途徑抑制物(tissue factor pathway inhibitor,TFPI)。在T1DM和T2DM中,三大抗凝因子均發生了一定變化。

1.AT-Ⅲ減少: AT-Ⅲ是一種主要的內源性抗凝劑,其缺乏會導致嚴重的血栓形成傾向。研究發現,T2DM患者AT-Ⅲ血漿濃度降低并且與血糖水平相關,高血糖副產物乙二醛通過與AT-Ⅲ活性位點(精氨酸-393殘基)共價結合導致AT-Ⅲ失活,從而降低AT-Ⅲ對FⅡa和FⅩa的抑制[13, 25]。也有研究表明,高血糖通過引起內質網氧化應激使AT-Ⅲ和α1-抗胰蛋白酶滯留和聚集在細胞內,導致DM小鼠循環AT-Ⅲ缺乏[38]。并且DM患者在接受胰島素治療改善血糖水平之后,AT-Ⅲ的功能也有顯著改善[39]。Caseiro等通過對T1DM患者尿液進行蛋白質組學分析,發現其中含有AT-Ⅲ[40]。這也從側面說明了T1DM血漿中AT-Ⅲ丟失過多,但關于AT-Ⅲ在T1DM血漿的變化和機制還未見報道。

2.蛋白C系統紊亂:蛋白C系統是在凝血過程中具有抗凝作用的血漿蛋白系統,包括PC、PS、血栓調節蛋白及活化的蛋白C抑制物。在T1DM和T2DM中,PC和PS的血漿濃度均低于非糖尿病患者,且PC水平與血糖水平呈負相關[5,14]。Vukovich等[12]研究發現,T1DM患者循環凝血酶對PC的激活增強,導致血漿中PC清除增加。同樣,在血糖控制不佳的T2DM患者中,PC、PS和AT-Ⅲ的活性和濃度都降低[13]。總之,血糖水平是影響PC和PS等抗凝相關蛋白的最主要因素。但至今為止還沒有研究闡明血糖水平對PC和PS血漿水平和活性的影響機制,相關研究有待于進一步開展。

3.TFPI增多:TFPI是一種凝血抑制因子,會抑制凝血酶的生成,尤其是在凝血酶生成的早期階段。兒童和青少年T1DM患者的TFPI水平顯著較高且與血糖控制相關,高血糖可通過激活內皮細胞增加TFPI水平[15]。T2DM患者TFPI水平顯著升高,并且同樣與血糖控制相關[16]。即使T1DM和T2DM都存在TFPI水平升高,但其血糖升高同時也伴隨著TF的活性增加,TFPI水平的升高并不能完全代償TF活性增加所帶來的促凝血狀態,患者仍有較高的血栓形成風險[41]。聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1[poly(ADP-ribose)polymerase-1,PARP-1]是DNA損傷的傳感器,具有識別DNA損傷的功能,并通過招募DNA修復機制到損傷部位來促進DNA修復[42]。動脈粥樣硬化和動脈粥樣硬化性鈣化與血栓形成密切相關。Stat1作為正性轉錄因子可以直接結合啟動子Runx2導致DM動脈粥樣硬化性鈣化,而PARP-1能激活Stat1轉錄介導的Runx2表達,從而促進DM動脈粥樣硬化性鈣化的形成[43]。Wang等[44]研究發現,PARP-1缺陷小鼠TFPI2活性明顯增強,最后抑制高血糖誘導的內膜增生,說明血管平滑肌增殖和遷移可以被TFPI2抑制。而血管平滑肌增殖和遷移導致的血管重塑是動脈粥樣硬化血栓形成的重要原因。因此,PARP-1有可能成為預防DM患者血栓形成的有效靶點。

三、纖溶系統紊亂

纖維蛋白溶解系統也稱為纖溶酶原-纖溶酶系統,由纖溶酶及其前體纖溶酶原組成。纖溶酶原激活劑有兩種,組織型纖溶酶原激活劑(t-PA)和尿激酶型纖溶酶原激活劑(u-PA)。纖溶酶抑制劑由α2-纖溶酶抑制劑和α2抗纖溶酶組成。高血糖和胰島素抵抗等通過多種途徑影響DM患者的纖溶系統。

1. 纖溶酶和纖溶酶抑制劑紊亂:DM高血糖會導致纖溶酶原糖基化,從而損害蛋白質功能[17]。T1DM患者纖溶酶原轉化為纖溶酶的速率降低,導致纖溶功能受損,但改善血糖控制可在一定程度上恢復纖溶酶原向纖溶酶的轉化及相關酶的活性[17]。并且適度降低血糖就足以顯著改善纖溶酶的活性[45]。表明血糖水平改善在降低糖尿病血栓形成風險中至關重要。研究表明,DM患者的血漿纖溶酶抑制劑水平升高,纖溶酶抑制劑水平與HbA1c水平呈正相關[46]。在T1DM和T2DM患者中,FⅫ催化的纖溶酶抑制劑交聯到纖維蛋白網絡中增多,增加纖維蛋白網絡的裂解抗性,導致低纖溶狀態的形成[47]。近年來一項研究表明,與男性T2DM患者比較,纖維蛋白中α2-抗纖溶酶摻入增加可能是女性T2DM患者的纖溶功能受損的部分原因[48]。說明纖溶酶抑制劑滲入纖維蛋白網絡可能存在性別差異,但目前僅進行了體外研究,尚不清楚造成此差異的具體機制。

2.t-PA和PAI-1紊亂:t-PA是一種絲氨酸蛋白酶,通過將纖溶酶原轉化為纖溶酶,從而啟動纖溶過程。在DM患者中,t-PA與HbA1c呈負相關,血糖水平升高會抑制t-PA的活性,引起血漿纖溶酶水平降低[17]。組織型纖溶酶原激活物抑制劑-1 (PAI-1)是最強大的抗纖溶蛋白之一,可與t-PA或u-PA結合,減少纖溶酶的生成,使血栓溶解時間延長,在糖尿病和胰島素抵抗狀態下PAI-1水平升高[49]。PAI-1也可以通過抑制血管壁釋放t-PA,降低游離t-PA水平和活性,導致纖維蛋白溶解過程受損[50]。高血糖通過影響兩個相鄰的Sp1位點增加PAI-1在體外血管平滑肌細胞上的表達,從而提高PAI-1的濃度和活性。在胰島素存在的情況下高血糖通過增強氧化應激刺激人肝細胞中轉錄因子核因子κB活性升高,最終增強Fg和PAI-1等凝血主要調節蛋白的基因轉錄。

3. TAFI紊亂:TAFI在凝血平衡和纖溶系統中具有重要的調節作用,活化的TAFI可通過從部分降解的纖維蛋白羧基末端移除賴氨酸殘基從而可有效地抑制纖維蛋白溶解。T1DM患者血漿TAFI水平顯著高于健康人群可能是T1DM患者血管內皮損傷的機制之一[19]。T2DM患者血漿TAFI水平也同樣升高且與發病風險相關,因此TAFI也可以作為T2DM診斷的潛在標志物[20]。高血糖癥和胰島素抵抗導致TAFI水平升高,從而導致低纖溶狀態,而血糖正常時可逆轉TAFI的變化[17]。表明了血糖控制在緩解DM纖溶功能障礙中的重要性。

綜上所述,DM血栓前狀態是多系統多因素共同作用的結果,凝血抗凝和纖溶系統失衡都在其發生、發展過程中起重要作用。在凝血、抗凝和纖溶系統中,高血糖和氧化應激是導致致栓性因素出現或增多的核心原因。雖然已發現眾多導致DM血栓前狀態的因素,但是其進一步機制尚未明確。因此,還需進一步借助體內體外實驗去探究高血糖和氧化應激等代謝因素對DM凝血的影響,以便為DM抗血栓治療提供準確的方向和治療靶點。

利益沖突聲明：所有作者均聲明不存在利益沖突。