糖尿病与认知障碍关系综述

综述
糖尿病微血管病变与认知功能障碍的关系
糖尿病是一组与胰岛素分泌或作用异常有关的以高血糖为特征代谢疾病群，同时存在脂肪、蛋白代谢紊乱。

病因未明，遗传、自身免疫、环境均可能参与其发病，累及全身各个系统。

糖尿病患者较正常人更易发生认知功能障碍。

在此就糖尿病合并认知功能障碍的病理生理学改变、相关机制作一综述。

1．糖尿病微血管病变
糖尿病微血管病变(DMAP) 是糖尿病患者特有的慢性并发症，是糖尿病视网膜病变(diabetic retinopathy，DR) 、糖尿病肾病(diabetic nephropathy，DN)、糖尿病性神经病变(diabetic neuropathy，DNP)等微血管病变共同的病理基础，也是糖尿病病人致死、致残的主要原因之一[1]。

微血管是指微小动脉和微小静脉之间，管腔直径在100gm以下的毛细血管网。

微血管障碍、微血管瘤形成和微血管基底膜增厚是2型糖尿病病人DMAP的典型改变，常伴有微循环异常，病变分布非常广泛，以眼底、肾小球、神经等为主，此外还包括皮肤等，最终导致多脏器损害。

2型糖尿病病人DMAP起病隐匿，尤其是DR，在早期没有任何症状。

在DMAP患者中DR约34．3%，DN约33．6%，DNP 约60．3%[2]，2型糖尿病患者的病程与其DMAP的发生有着明显的关系，其病程越长，DMAP的发生率越高[3，4]。

各种微血管并发症是影响2型糖尿病患者生存质量的主要因素。

2．糖尿病认知功能障碍发病机制
糖尿病认知功能障碍发病是糖尿病慢性并发症之一，给患者家庭和社会都造成很重的负担。

临床主要表现为轻、中度认知功能障碍，学习和记忆能力下降[5]，与脑老化及阿尔茨海默病(Alzheimer disease，AD)均有密切联系[6]。

目前，关于糖尿病认知功能障碍发病的机制尚不清楚，临床药物治疗的效果十分有限。

目前国内外研究表明引发糖尿病认知功能障碍发病的核心为脑神经元受损、缺失和功能下调。

而影响糖尿病脑神经元功能的可能机制有脑血管因素、代谢失调、神经生长因子缺乏、细胞存活传导信息通路的障碍、神经细胞凋亡等。

[7]
(1) 长时程增强(LTP)效应的降低
已有研究表明，神经突触的可塑性与生物体学习和记忆过程密切相关。

LTP 和长时程抑制(LTD)则被认为是反映了突触水平上的信息贮存过程，初步沟通了神经细胞可塑性变化与整体的学习记忆行为之间的关系[8]。

实验发现糖尿病大鼠海马CAl区高频刺激后引起的突触增强效应较正常大鼠明显减弱，持续时间也明显缩短，突触增强能力明显减退[9]。

糖尿病大鼠海马CAl区N-甲基-D-天门冬氨酸
依赖的突触可塑性LTP随着糖尿病病程延长，其表达逐渐减弱，并与糖尿病病程长短和病情的严重程度有关。

随着糖尿病病程延长和病情严重，LTP诱导能力下降(100 m)、LTD增强(1 Hz) [8]。

LTP效应与年龄也有关，糖尿病引起的学习记忆障碍随年龄增长而加重，老龄糖尿病大鼠学习记忆的减退和突触可塑性LTP的损害较低龄大鼠更为明显[6]。

(2) 神经营养因子缺乏
神经营养因子(neurotrophic factors，NTF)与特异性受体结合，被轴突末端摄取，经轴浆流逆向送到神经元胞体发挥维持和促进神经细胞生长、存活、分化和执行功能的作用。

神经元丢失或功能低下反映了神经元的存活存在某些障碍，最终引起神经元代谢障碍或神经元退行性变。

有研究发现，链脲佐菌素(srz)诱导的糖尿病鼠的NGF水平在靶组织中增高，在坐骨神经和交感神经节中降低，提示NGF逆向轴索运输被损害，不利于神经再生；同样神经营养素-3(NT-3)在传出和传入迷走神经中的减少也是源于逆向轴索运输被损害[10]。

SIZ诱导糖尿病大鼠脑内BDNF蛋白和BDNF mRNA显著减少。

免疫组织化学和Western blot免疫印迹实验表明，SIZ 诱导的糖尿病大鼠脑区海马NGF、BDNF、NT-3蛋白含量发生了明显变化；以及在糖尿病小鼠海马内表达的NT-3及胆碱乙酰化酶的神经元数明显减少，这些变化可能是形成糖尿病认知功能障碍发病的基础之一[11]。

(3) PI3K信号转导通路障碍
NTF和它的受体Trk结合后，激活Ras蛋白，发生一系列涉及蛋白激酶链相继激活的连锁反应，产生许多对神经突起生长及基因转录的继发反应。

在NTs依赖的神经元存活中Ras不是直接起作用，而是经过转化和介导NTs启动的多个信号转导途径，主要包括PI-3K/Akt和MEK/MAPK。

PI3K/Akt途径是其中最为主要的细胞存活信息转导途径之一。

PDK通路的主要成分为Akt／PKB和磷酸化的环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(P-CREB)。

已有实验证明，1型和2型糖尿病神经元均存在细胞存活因子转导通路PI3K-Akt-CREB的障碍，用Western blot方法发现SIZ糖尿病大鼠4周即出现海马IGF-IRa、Akt/PKB 和CREB的表达减少，Bax、AIF和GSK-3β的表达则增加[12]。

而通过外源性NTF 可使NGF的表达恢复正常，下调的信号途径相关蛋白Akt／PKB和P-CREB接近正常。

实际上，神经元存活信号转导通路的激活是正常控制神经元凋亡的主要途径。

当神经元存活因子长期缺乏或减少时，使其受体后传导信号的强度低于阈值，致使神经元基因转录不能被激活而导致神经元逐步产生退行性改变，甚至凋亡。

神经元退行性变实质上是神经元处于凋亡前状态，对凋亡刺激较正常神经元更为敏感。

因此，PI3K神经元存活信号转导通路的异常，将会导致神经元逐步产生退
行性变，甚至凋亡。

从而出现脑功能的障碍。

(4) 神经细胞凋亡
凋亡是细胞程序性死亡。

在细胞凋亡的发生发展过程中，Bcl-2家族和半胱氨酸蛋白酶(caspase)家族起重要作用。

1997年Michel等报道52例糖尿病尸检病例，其中生前具有轻、中度认知障碍者占23例(AD 9例、血管性痴呆4例、混合性痴呆l0例)，说明糖尿病脑实质病理改变以AD为主，血管性痴呆为辅。

而神经元细胞的死亡或皱缩是AD的典型特征之一。

Bcl-2相关蛋白Bax是Bcl-2家族成员之一，Bax蛋白的过渡表达可诱导和加速细胞凋亡。

Bax和Bcl-2以及其他Bcl-2家族成员的蛋白产物之间的比例对细胞凋亡起着重要作用。

而在AD脑和SIZ诱导的糖尿病鼠中Bax蛋白表达增高[12]。

另外，Muranyi等[13]在用SIZ诱导的糖尿病大鼠7天后，经30 min动脉闭塞造成一次性脑缺血模型，在缺血后3 h和6 h后，caspase-3的蛋白表达比非糖尿病对照组显著升高。

(5) 神经细胞存活信息转导通路障碍
神经细胞存活信息转导通路主要途径：神经细胞存活因子(NTs、IGF-IRα等)→PI3K→AKT→BAD-l4-3-3→CREB→Bel-2→细胞存活。

这一途径中各种成分磷酸化是使神经元存活的必要条件，如果各种成分不被磷酸化，就必然导致神经元的凋亡，NTF是激活这一通路最有效的因子。

Bcl-2是CREB的下游靶位，NTF通过信息传导途径激活Akt/PKB和CREB，而使Bcl-2的表达增高，因此，NTF同时通过Bcl-2家族抑制神经元凋亡信息转导通路。

当神经元存活因子长期缺乏或减少时，使其受体后传导信号的强度低于阈值，致使神经元基因转录不能被激活而导致神经元逐步产生退行性改变，最终使神经元凋亡。

当AKT缺乏时，不能控制procaspase-9作用，将会启动caspase的级联反应；以及不能使Bad磷酸化时，Bad与抗凋亡蛋白Bcl-2及Bcl-XL的结合形成异源二聚体，同时产生Bax同源二聚体。

两条途径都使神经元凋亡或处在凋亡前状态。

当P-CREB缺乏时，不能激活Bcl-2基因，Bcl-2表达过少，失去抑制凋亡的功能，最终使神经元凋亡。

有实验表明．Bcl-2能调节NTs依赖的神经元存活，而破坏Bcl-2将导致神经元致死性的损伤[14]。

动物实验表明，糖尿病神经元存在细胞存活因子转导PI3K通路障碍，通过补充外源性NTFAPPl7肽可使STZ诱导糖尿病大鼠海马NGF的表达恢复正常，下调的信号途径相关蛋白Akt／PKB和CREB接近正常[12]。

因此，糖尿病脑病发生的机制可能是NTF的缺乏，导致神经元存活信息传导通路的障碍，最终导致神经元细胞的凋亡。

(6) 灌流不足
海马、前额叶、颞叶、大脑皮质的神经元对缺血十分敏感，而这些区域是与
学习记忆能力密切相关的脑区。

这些脑区细胞的损害必然会引起以学习记忆能力下降为主的痴呆症状。

，脑缺血首先引起脑组织葡萄糖和氧供应缺乏，导致线粒体能量代谢障碍，进一步通过氧化应激、钙超载、兴奋性毒性作用等损伤细胞，引起神经元坏死或凋亡，而且缺血程度和持续时间将会加重神经元坏死或凋亡[15]|。

短暂脑缺血再灌注损伤可导致海马CAl区锥体细胞Bax、Bel-2和caspase-3的表达，脑缺血后再灌注会导致神经元损伤和细胞凋亡[16]。

已有实验证实改善脑血流能抑制神经元凋亡。

由STZ诱导引起糖尿病大鼠出现认知功能障碍后，其在海马血流量比正常对照组减少30％；下丘脑减少37％；而应用血管紧张素转换酶抑制剂依那普利能改善认知功能和脑血流。

王桂侠等[17]报道STZ诱导的糖尿病大鼠于缺血再灌12、24、72 h，在缺血半影区用原位末端标记法检测的凋亡阳性细胞比非糖尿病组多；用琼脂糖凝胶电泳定性分析细胞凋亡，糖尿病组可见5~6条的DNA断裂的梯形条带，非糖尿病组3~4条。

在电镜下观察，缺血再灌24 h后，糖尿病组可见线粒体肿胀，内嵴排列紊乱、空泡形成，严重者还可见细胞膜溶解，核膜不完整，核基质消失。

Muranyi等[13]。

也强调引起脑缺血再灌糖尿病大鼠脑神经元的死亡，细胞凋亡起了关键性的作用。

由糖尿病导致的血管病变进而造成脑缺血也是糖尿病本身会引发的结局。

而且，脑缺血对老年痴呆有重要作用。

因此，脑缺血导致神经元细胞凋亡也是造成糖尿病脑病发展的一个重要因素。

此外有大量研究证明血脑屏障的改变是糖尿病认知功能障碍的发病机制之一。

糖尿病患者脑微血管病变普遍存在，而血脑屏障（BBB）是脑微血管独特的生理功能，其从结构到功能发生了一系列的改变，其中包括转运功能的改变——葡萄糖BBB转运减少（这可能是CNS对长期高血糖毒性作用的一种适应）。

其机制是葡萄糖转运子的表达减少，从而引起脑组织对葡萄糖的摄入减低，导致认知功能障碍[18]。

而近来有研究证明IGF-I可以提高葡萄糖转运子转运葡萄糖的能力。

因此IGF-I可以通过改善BBB葡萄糖的转运来改善认知功能。

在上个世纪，几个研究都提出了反复低血糖对认知的影响。

虽然，成人1型糖尿病病人的回顾性研究已经表明，反复发作严重低血糖病史与轻微的认知功能损害有关。

但是，大规模的前瞻性研究并没有发现其中的联系。

3．糖尿病微血管病变与认知功能障碍的关系
已有一些证据证明，假设在高血糖影响下，脑部也有微血管病变的前提下，微血管并发症尤其肾脏病变和外周神经病变可以预测1型糖尿病病人的认知功能下降[19]。

另有研究指出，临床表现为无症状性（沉默性）脑梗死（SCI）的大脑微血管疾病可以预测2型糖尿病患者肾脏疾病的进展。

在608例无明显脑血管或心血
管疾病或明显肾病的2型糖尿病患者平均7.5年的随访中。

608名患者中有177名患者经脑磁共振成像诊断为SCI。

SCI患者与无SCI患者相比，终末期肾脏疾病或死亡的风险显著增加[危险比2.44，95％可信区间1.36至4.38]。

SCI患者接受任何形式透析或血清肌酐浓度翻倍的风险也较高[危险比4.79; 95％CI为2.72至8.46]。

SCI患者与无SCI者相比，肾小球滤过率估值下降更明显；但是，SCI的存在并没有增加蛋白尿恶化的风险。

总之，脑微血管疾病独立于微量白蛋白尿，可预测2型糖尿病患者肾病发病率[20]。

综上所述，糖尿病微血管病变与认知功能障碍有着非常密切的联系，尚需更深入的研究指导治疗。