维生素B1防止糖尿病微血管并发症

维生素B1防治糖尿病微血管并发症

2010-01-17 00:07

作者：宋璐璐杨文英

卫生部中日友好医院内分泌与代谢病中心

积极治疗糖尿病的目标在于通过良好地控制血糖、血压、血脂来减少糖尿病大血管和微血管并发症的发生，从而改善患者的生活质量，降低致残率或致死率，延长寿命。近年来，由于没有找到主要的糖尿病并发症遗传易感因素，研究者因而转向探寻可能导致糖尿病血管病发症的其他代谢和营养因素，其中维生素B1在糖尿病及其并发症中扮演的角色备受关注。在2008年的欧洲糖尿病研究学会年会上，Beltramo和Tarallo等人就维生素B1和糖尿病微血管并发症的研究作了精彩的学术报告。

维生素B1的结构和功能

维生素B1又名硫胺素，其结构中含有嘧啶环和噻唑环两部分。磷酸化形成的维生素B1焦磷酸酯（TPP）是转酮醇酶、丙酮酸脱氢酶和α-酮戊二酸脱氢酶的辅酶，通过以下作用参与体内糖代谢：转酮醇酶将3-磷酸葡萄糖（G3P）从糖酵解途径转移至磷酸戊糖途径，丙酮酸脱氢酶将丙酮转化成乙酰辅酶A进入三羧酸循环，α-酮戊二酸脱氢酶在三羧酸循环途径中催化α-酮戊二酸氧化成琥珀酰辅酶A，在糖代谢中发挥重要作用。

维生素B1在糖尿病及微血管并发症的流行病学研究

多个临床研究发现，大约1/2的糖尿病患者（包括1型和2型糖尿病），尽管通过饮食摄入足量的维生素B1，但仍然存在明显的维生素B1缺乏，血浆维生素B1水平显著低于非糖尿病人群。Thornalley等人对26名1型糖尿病和48名2型糖尿病患者的血浆维生素B1水平进行测定并发现，和非糖尿病人群相比，血浆维生素B1水平分别下降了76%和75%（P<0.001）。与此相对应的是，和非糖尿病人群相比，1型糖尿病和2型糖尿病患者维生素B1的肾排泄分别增加了4倍和3倍（P<0.001），维生素B1肾清除分别增加了24倍和16倍（P<0.001），而维生素B1的分级排泄则分别增加了25倍和15倍（P<0.001）。

研究者认为，糖尿病患者的维生素B1缺乏可能会降低微血管细胞对高糖的耐受，使其容易受到糖毒性的损伤，因而罹患微血管并发症的风险增加。为了明确维生素B1缺乏和糖尿病微血管病变之间的关系，Adaikalakoteswari等人对943名尿白蛋白正常的糖尿病患者进行随访，观察早期糖尿病肾病患者血浆维生素B1水平及肾维生素B1清除的情况。结果发现，随访期间有109人出现微量白蛋白尿，其中52人被纳入该研究，包括25名肾功能进行性丧失的患者和27名肾功能相对稳定的患者。研究结果表明，微量白蛋白尿和早期肾功能衰退患者血浆维生素B1与非糖尿病人群相比显著降低，其中合并早期肾功能衰退的微量白蛋白尿患者血浆维生素B1水平又显著低于肾功能正常的糖尿病患者（P<0.001）；合并早期肾功能衰退和微量白蛋白尿的患者尿维生素B1浓度和尿维生素B1排泄高于白蛋白尿正常的患者（P<0.001/P<0.001）及肾功能稳定的患者

（P<0.02/P<0.05）。Logistic回归分析显示，尿维生素B1水平独立于糖化血红蛋白，与早期肾功能衰退相关。上述实验结果证实在维生素B1缺乏和糖尿病微血管病变之间的确存在某种程度的关联，并且糖尿病患者在肾小球滤过率正常时已经存在肾清除维生素B1功能紊乱，因此，维生素B1缺乏可能是糖尿病肾病的早期标志。

糖尿病患者维生素B1缺乏的机制

在Thornalley的研究中，糖尿病患者低血浆维生素B1水平与维生素B1的肾清除和肾排泄成负相关；Adaikalakoteswari也证实糖尿病肾病患者肾维生素B1清除和排泄增加，提示维生素B1的肾清除和肾排泄异常增加可能是糖尿病患者维生素B1缺乏的原因。肾近端小管上皮细胞维生素B1转运子（THTR）负责将小管液中的维生素B1转移到小管上皮细胞内，和维生素B1的重吸收有关。临床报道THTR突变SLC19A2是一种罕见单基因糖尿病（维生素B1反应性巨幼红细胞贫血，临床表现为糖尿病、贫血和感觉神经性耳聋）有关，而维生素B1治疗能够纠正高血糖。Larkin等人观察了体外试验中高糖对人肾近端小管上皮细胞THTR表达的影响，发现在高糖环境中，THTR在人肾近端小管上皮细胞表达减少，推测在糖尿病患者体内这可能降低维生素B1在肾近端小管再摄取，从而导致肾维生素B1清除和排泄增加，血浆维生素B1水平降低。

维生素B1缺乏对糖尿病患者微血管的危害

链脲菌素诱导的糖尿病大鼠模型也存在类似的低血浆维生素B1水平和肾维生素B1清除增加，并且与维生素B1焦磷酸酯依赖的转酮醇酶表达降低相关。转酮醇酶是磷酸戊糖途径的关键限速酶，能抵抗高糖的毒性，减少微血管病变，防止糖尿病肾病、糖尿病视网膜病及其他微血管并发症的发生。转酮醇酶表达或活性降低导致G3P不能进入磷酸戊糖途径，继而乳酸或丙酮酸堆积，引起血管细胞损伤，构成高糖环境中微血管病变的基础。糖尿病患者血浆维生素B1水平和异常增高的血浆可溶性血管细胞黏附分子-1水平呈负相关，提示维生素B1缺乏也可能通过某些细胞炎症因子的产生介导微血管损伤。另外，维生素B1的缺乏可能会降低还原型谷胱甘肽水平，减弱组织清除氧自由基的能力，使细胞受到氧自由基的损伤。

维生素B1及其衍生物对高糖环境中微血管细胞的保护

基底膜和毛细血管周细胞减少是糖尿病视网膜病变发病的早期表现，研究发现维生素B1能够纠正高糖诱导的视网膜周细胞凋亡。Beltramo等人用高糖诱导人内皮细胞分泌细胞外基质（extracellular matrices, ECMs），然后在含ECMs的培养基中培养野生型视网膜周细胞（wildtype human

retinal pericytes）和永生型人视网膜周细胞（immortalized human retinal pericytes），分别加入50μmol/L维生素B1和100μmol/L苯酰磷酸维生素B1（维生素B1的一种衍生物）进行干预。培养7天后将细胞裂解，测定DNA的断裂以评估视网膜周细胞的凋亡情况；同时用实时定量聚合酶链反应和酶联免疫吸附法对介导凋亡过程的抗凋亡因子Bcl/2和凋亡因子Bax进行定量检测。结果，高糖条件培养产生的ECMs使WHRP和IHRP凋亡增加；Bcl/Bax表达的比例则降低，而维生素B1和苯酰磷酸维生素B1均能逆转这种改变。WHRP和IHRP细胞凋亡在两种维生素B1不同浓度的干预下完全恢复正常，同时Bcl/Bax比例上调。

视网膜周细胞的存活取决于和ECMs之间的相互作用，高糖通过诱导金属蛋白酶MMPs活性增强和抑制MMPs的组织抑制因子TIMPs表达，打破MMP/TIMP之间的平衡，影响ECMs的合成和降解，而维生素B1和苯酰磷酸维生素B1则能恢复这一平衡。Tarallo等人在高糖条件下培养HRP，发现MMP-2活性明显增强（P<0.05），可以被维生素B1和苯酰磷酸维生素B1抑制（P<0.05）；同时TIMPs的表达在维生素B1和苯酰磷酸维生素B1的干预下增加（P<0.05）。因此Tarallo认为，高糖降低MMPs和TIMPs之间的比例，导致ECMs循环加快，是视网膜周细胞凋亡的原因。维生素B1和苯酰磷酸维生素B1能够纠正高糖引起的MMPs活性增强，同时上调TIMP-1表达，抑制ECM循环，减少其对视网膜周细胞的损伤和凋亡，从而起到保护视网膜周细胞的作用。