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                萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用

                发表于:2020-06-01   作者:Sho-Ichi Yamagishi   来源:Pharmaceutical Biology   点击量:

                萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用
                Protective role of sulphoraphane against vascular complications in diabetes
                http://dx.doi.org/10.3109/13880209.2016.1138314
                 
                摘要
                背景 糖尿病是一个全球性的健康挑战。尽管大型前瞻性临床试验表明,血糖或血压的强化控制可降低糖尿病患者血管并发症发生和发展的风险,但仍有大量糖尿病患者出现肾功能衰竭和心血管事件,这可以解释这些受试者的残疾和高死亡率。
                目的 萝卜硫素是一种天然异硫氰酸酯,广泛存在于西兰花、卷心菜、球芽甘蓝等十字花科蔬菜中,是具有抗癌作用的II相抗氧化解毒酶的诱导剂。我们在此综述萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用。
                方法 采用Medline和CrossRef检索文献。非英文文章被排除在外。关键词[萝卜硫素和(糖尿病、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变、糖尿病并发症、血管、心肌细胞、心脏或糖基化)]被用来选择文章。
                结果 越来越多的证据表明,萝卜硫素通过抗氧化对培养细胞和糖尿病动物模型的血管损伤起到保护作用。此外,我们最近发现萝卜硫素在体外抑制晚期糖基化终末产物(AGEs)的形成,通过降低AGE受体(RAGE)的表达抑制大鼠主动脉中AGEs诱导的炎症反应,并降低人类血清AGEs水平。
                结论 萝卜硫素阻断氧化应激和/或AGE-RAGE轴可能是预防糖尿病血管并发症的一种新的治疗策略。
                 
                前言
                糖尿病是一个全球性的健康挑战。根据《糖尿病地图集》(第6版,2014年海报更新),全球估计有3.87亿人患有糖尿病(患病率为8.3%),每7秒就有一人死于糖尿病,这反映了与其他生活方式相关的疾病相比,全球糖尿病流行趋势更大[国际糖尿病联合会(IDF) 2013]。据估计,中国和美国的糖尿病患者人数分别为1亿和2400万,日本的糖尿病患者人数在世界上排名第十(IDF 2013)。2012年日本全国糖尿病调查(National Diabetes Survey of Japan)估计,全国约有950万男性和女性被列为“强烈怀疑患有糖尿病的人”,约1100万人被列为“无法排除患糖尿病可能性的人”。尽管大型前瞻性临床试验表明,加强对血糖和/或血压的控制可以降低糖尿病血管并发症发生和发展的风险,但这一趋势仍在继续[糖尿病控制和并发症试验研究组1993;英国前瞻性糖尿病研究(UKPDS) 组1998],大量的糖尿病患者仍然经历获得性失明、肾功能衰竭和心血管事件,这可能是糖尿病患者残疾和高死亡率的原因(Yamagishi & Imaizumi 2005; Emerging Risk Factors Collaboration 2011)。此外,由于糖尿病相关并发症(包括糖尿病血管病变),与非糖尿病患者相比,1型糖尿病中年人的平均寿命缩短了20多年,2型糖尿病中年人的平均寿命缩短了10年(Loukine et al. 2012; Rhodes et al. 2012; Turin et al. 2012)。这些观察提示糖尿病患者迫切需要开发针对糖尿病血管并发症的新治疗策略。
                萝卜硫素是一种天然存在的异硫氰酸酯,广泛存在于十字花科蔬菜中,如西兰花、卷心菜和球芽甘蓝(Guerrero-Beltra´n et al. 2012; Kaminski et al. 2012; Tortorella et al. 2015)。萝卜硫素是具有抗癌作用的II相抗氧化解毒酶的诱导剂(Guerrero-Beltra´n et al. 2012; Kaminski et al. 2012)。最近,萝卜硫素也被证明对氧化应激介导的细胞和组织损伤具有保护作用(Dinkova-Kostova & Kostov 2012; Bhakkiyalakshmi et al. 2015)。此外,我们最近发现萝卜硫素具有抗糖能力,在体外抑制晚期糖基化终末产物(AGEs)的形成,并能抑制AGEs受体 (RAGE)介导的糖尿病血管损伤 (Maeda et al. 2014)。考虑到AGE-RAGE轴在糖尿病血管并发症中的病理作用(Sourris & Forbes 2009; Yamagishi 2012; Daffu et al. 2013; Fukami et al. 2014a; Vlassara & Uribarri 2014),可以想象萝卜硫素可能是一种预防糖尿病微血管和大血管并发症的新治疗策略。然而,就我们所知,关于萝卜硫素在糖尿病血管损伤中的作用,目前还缺乏全面的综述。因此,我们在此综述萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用。在这篇综述中,文献检索在Medline和CrossRef中进行。非英文文章被排除在外。关键词[萝卜硫素和(糖尿病、糖尿病肾病、糖尿病视网膜病变、糖尿病神经病变、糖尿病并发症、血管、心肌细胞、心脏或糖基化)]被用来选择文章。
                核因子(红细胞源性2)相关因子-2 (Nrf2)
                Nrf2是一种亮氨酸拉链转录因子,调节启动子区域包含抗氧化反应元件的基因表达(Jime’nezOsorio et al. 2015)。在基础条件下,Nrf2与kelch样ECH相关蛋白1 (Keap1)结合,存在于细胞质中,由Cullin 3泛素化,使得Nrf2被蛋白酶体降解(Jime’nez-Osorio et al. 2015)。相反,在氧化应激条件下,Keap1中关键半胱氨酸残基发生修饰,破坏Keap1与Nrf2的相互作用,使Nrf2易位至细胞核(Jime’nez-Osorio et al. 2015;Tortorella et al. 2015)。萝卜硫素通过修饰半胱氨酸残基使得Nrf2从 Keap1中释放 (Guerrero-Beltra ' n et al. 2012;Jime ' nez-Osorio et al. 2015;Tortorella et al. 2015)。然后Nrf2在细胞核中形成具有小Maf转录因子的异二聚体,激活抗氧化反应元件驱动的基因表达,进而诱导II相抗氧化和解毒酶(GuerreroBeltra’n et al. 2012; Jime ' nez-Osorio et al. 2015; Tortorella et al. 2015)。
                萝卜硫素对内皮细胞(EC)损伤的保护作用
                从细胞培养实验、病理学分析到流行病学临床研究,越来越多的证据表明动脉粥样硬化本质上是一种炎症性疾病(Tahara et al. 2014; Ba¨ck & Hansson 2015)。经典的促炎细胞因子,如肿瘤坏死因子α (TNF-α),在EC中诱导促血栓形成和促炎反应,促进动脉粥样硬化性心血管疾病(CVD)的发生和进展(Yamagishi et al. 2008;Ba¨ck & Hansson 2015)。在炎症条件下,EC发生了特征性的功能改变,包括产生趋化因子、细胞因子和促凝因子,诱导粘附分子,其过程主要通过NADPH氧化酶介导的活性氧(ROS)生成介导(Kunsch & Medford 1999; Griendling et al. 2000; Yamagishi & Matsui 2010a)。
                0.5-1μM的萝卜硫素抑制内皮细胞TNF-α诱导单核细胞趋化蛋白-1 (MCP-1)和粘附分子,包括血管粘连分子-1(VCAM-1)以及胞内粘连分子-1 (ICAM-1)的表达(Chen et al. 2009; Hung et al. 2014; Nallasamy et al. 2014)。由于萝卜硫素通过阻止IkB激酶磷酸化和IkBα的降解来抑制TNF-α诱导的核因子-kB (NF-kB)在EC中的转录活性(Hung et al. 2014; Nallasamy et al. 2014),萝卜硫素可通过抑制NF-kB信号抑制TNF-α暴露的EC的炎症反应。萝卜硫素(在小鼠饮食中含有300ppm)也能降低TNF-α诱导的C57BL/6小鼠主动脉VCAM-1表达及巨噬细胞浸润,阻止主动脉内膜内皮衬里的萌出(Nallasamy et al. 2014)。此外,由于IkB突变形式的过表达以及NF-kB亚基p65的沉默,萝卜硫素抑制TNF-α介导的内皮脂肪酶的诱导,内皮脂肪酶是甘油三酯脂肪酶家族中的一员,通过抑制NF-kB,可能导致高密度脂蛋白胆固醇水平升高 (Kivela¨et al. 2010)。此外,包含10μm萝卜硫素在内的异硫氰酸酯已被证明能够抑制氧化低密度脂蛋白(oxLDL)诱导的ROS生成、NF-kB转录激活以及ICAM-1和VCAM-1在EC中的表达,以及单核细胞对EC的粘附(Chuang et al. 2013)。异硫氰酸酯诱导血红素氧合酶-1 (HO-1)、谷氨酸半胱氨酸连接酶催化修饰亚单位表达、细胞内谷胱甘肽含量、抗氧化反应元件依赖的启动子活性,而HO-1和Nrf2基因下调减弱了异硫氰酸酯对暴露于oxLDL EC的抗氧化和抗炎作用。0.5-2.5 μM的萝卜硫素能恢复脂多糖(LPS)暴露EC中超氧化物歧化酶、谷胱甘肽-s-转移酶、谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶的表达,减少ROS的生成(Li et al. 2015)。综上所述,这些发现表明萝卜硫素可以通过Nrf2依赖的II相酶抑制NF-kB转录激活,从而阻止EC的炎症损伤,EC炎症是动脉粥样硬化的初始触发因素。在野生型动物动脉粥样硬化易感部位,萝卜硫素激活Nrf2并抑制p38-VCAM-1信号,但Nrf2缺失动物则没有(Zakkar et al. 2009)。萝卜硫素可抑制2型糖尿病小鼠主动脉壁增厚、结构紊乱、纤维化、炎症、氧化/氮化应激和凋亡,并与Nrf2上调相关(Wang et al. 2014)。
                10-25μM的萝卜硫素下调Toll样受体(TLR)- 4(一种LPS受体)和MyD88(EC下游信号通路的效应物), 并通过抑制Jun N-端激酶(JNK)和p38丝裂原活化蛋白激酶(MAPK)抑制NF-kB活性,从而抑制LPS诱导的ICAM-1和VCAM-1表达(Liu et al. 2008; Shan et al. 2010, 2012)。萝卜硫素还通过抑制细胞外调节激酶(ERK)、JNK和p38MAPK,抑制phorol -12-肉豆酸13-乙酸酯、TNF-α或白细胞介素-1β诱导EC蛋白C受体(EPCR)脱落,从而阻断可溶性EPCR与蛋白C的结合,激活蛋白C,恢复蛋白C的抗凝活性(Ku et al. 2014)(Ku等,2014)。
                然而,关于萝卜硫素对EC的NF-kb信号通路影响还存在一些争议。事实上,Chen等(2009)报道说,尽管萝卜硫素降低了TNF-α诱导的EC中MCP-1和VCAM-1 mRNA和蛋白水平,但它对NF-kB核结合活性、IkBa降解或NF-kB驱动的转录活性的激活没有影响。他们还表明,Nrf2显性负性过表达不影响暴露于TNF-α的EC中萝卜硫素的抗炎作用。
                我们之前已经发现,高糖诱导的线粒体产生过多超氧化物是EC中高血糖和高血糖血管损伤之间的因果关系(Nishikawa et al. 2000)。事实上,正常水平的线粒体ROS防止糖诱导形成晚期糖化终末产物(AGEs)、激活蛋白激酶C、使山梨糖醇积累、己醣胺通路和NF-kB激活,因此,提示糖尿病血管并发症的发病机制中涉及的五个主要机制可能反映了一个单一的高血糖诱导过程  (Du et al. 2000)。此外, Hammes 等(2003)报道,脂溶性硫胺素衍生物苯酞胺可通过激活视网膜中的戊糖磷酸途径转酮酶来抑制这些主要的生化途径以及高血糖相关的NF-κB活化,其将甘油醛-3-磷酸和果糖-6-磷酸转化为戊糖-5-磷酸和其他糖,结果防止实验性糖尿病视网膜病变。在高糖暴露的EC中,4μm的萝卜硫素通过刺激Nrf2核易位,进而增加转酮酶和谷胱甘肽还原酶的表达,抑制与线粒体功能障碍相关的ROS生成(Xue et al. 2008)。由于萝卜硫素抑制高血糖诱导的己糖胺和蛋白激酶C通路的激活,并阻止EC中AGEs前体甲基乙二醛的细胞积累,因此萝卜硫素对线粒体衍生ROS的阻断可能是糖尿病血管并发症的一个新的治疗靶点。
                AGEs在糖尿病血管并发症中的病理作用
                最近的临床研究表明,在人类糖尿病血管并发症发生发展机制中存在一种可称为“代谢记忆”的现象,类似于在实验性糖尿病动物身上观察到的现象(Nathan et al. 2014; Writing Group for the DCCT/EDIC Research Group 2015)。还原糖,如葡萄糖,可以与蛋白质、脂类和核酸的氨基发生非酶促反应,形成Schiff碱和Amadori产物,然后随着时间的推移,重复不可逆脱水和缩合的循环,产生带有荧光的、黄棕色的大分子,称为AGEs (Sourris & Forbes 2009; Yamagishi 2012; Daffu et al. 2013; Fukami et al. 2014a; Vlassara & Uribarri 2014)。根据血糖暴露的水平和持续时间,AGEs在体内不可逆转地产生和积累,但一旦形成,它们的代谢速度非常慢,这就意味着这些分子最能代表“代谢记忆”现象。此外,据报道,AGEs会增加他们自身受体RAGE的表达(Yamagishi & Matsui 2010b)。基于此,假设“代谢记忆”的形成是(1)AGEs与(2)RAGE之间相互作用或恶性循环的结果,其中AGEs缓慢更新的分子,一旦它们在体内形成就会长时间保留在组织中,而RAGE的表达由AGEs持续诱导。
                有越来越多的证据表明AGEs与RAGE受体相互作用诱导氧化应激的产生,从而引起增殖、炎症、多种细胞和器官的血栓和纤维化反应,涉及糖尿病肾病、视网膜病变、神经病、动脉粥样硬化性脑血管病、癌症生长和转移、阿尔茨海默病和骨质疏松症 (Sourris & Forbes 2009; Takeuchi & Yamagishi 2009; Yamagishi 2011, 2012; Daffu et al. 2013; Fukami et al. 2014a; Vlassara & Uribarri 2014; Yamagishi et al. 2015a)。
                萝卜硫素对AGE形成的影响
                我们最近发现,0.4-100μm的萝卜硫素在体外可以抑制AGEs的形成(Fukami et al. 2014b)。这种化合物不仅降低了主要由AGE修饰蛋白产生的荧光,而且通过酶联免疫吸附试验(ELISA)测定,它还特别抑制了甘油醛衍生AGEs的形成 (Fukami et al. 2014b)。此外,连续2个月每天摄入富含萝卜硫素的西兰花芽苗(25克/天),明显降低了健康受试者(男性11人,女性14人,平均年龄49.5岁)的体重、体重指数和腰围,并降低了糖化血红蛋白、舒张压和总胆固醇水平 (Yamagishi et al. 2015b)。口服西兰花芽苗还降低了这些受试者的血清AGEs水平、AGEs与可溶性RAGE(sRAGE)的比例,并提高了他们食用健康食品的意识。我们最近发现:(1) 血清AGEs与sRAGE的比值是内皮功能障碍的独立预测因子,而内皮功能障碍是人类动脉粥样硬化的初始步骤;(2) 血清AGEs和sRAGE水平分别与内皮功能障碍呈正相关和负相关,在对各种混杂因素进行调整后,显著性丧失 (Kajikawa et al. 2015)。由于sRAGE主要产生于细胞表面全长RAGE的裂解,而RAGE与AGEs等配体的结合促进了细胞表面全长RAGE的裂解(Raucci et al. 2008; Yamagishi & Matsui 2010b),较低的sRAGE水平可能是AGEs使RAGE脱落受损的结果。在这种情况下,AGE-RAGE轴可以进一步扩大。这可能是为什么AGEs与sRAGE的比值是内皮功能障碍的一个更敏感的生物标志物,而不仅仅是一个参数。这些观察结果表明,摄入富含萝卜硫素前体的西兰花芽苗可能抑制AGEs的形成,以及激活人类的AGE-RAGE轴。食用西兰花芽也被证明可以减少与炎症和血栓形成相关的生物标志物在健康人群中的排泄(Medina et al. 2015)。
                我们之前通过ELISA法测定外周血AGE,证明:(1) 在炎症和/或糖尿病条件下AGE水平升高;(2) 在普通人群和2型糖尿病患者中,外周血AGE水平与纤溶酶原激活物抑制剂-1和纤维蛋白原(两者都是血栓形成的标志物)以及MCP-1(血管损伤和炎症的标志物)存在相关性;(3) AGE可作为糖尿病肾病和视网膜病变疾病进展的标志物;(4) AGE可作为内皮祖细胞数量减少和迁移能力降低的独立决定因素;(5) AGE有可能作为决定动脉粥样硬化斑块炎症和进展的独立危险因素;(6) AGE可作为区分非酒精性脂肪性肝炎与单纯脂肪变性的有效指标;(7) AGE与非糖尿病患者的胰岛素抵抗指数有很强的相关性;(8) AGE是内脏脂肪炎症的指标(Jinnouchi et al. 2006; Hyogo et al. 2007; Yamagishi et al. 2007; Nakamura et al. 2008; Ueda et al. 2012; Tahara et al. 2012a,b; Fukushima et al. 2013; Tahara et al. 2015)。这些研究结果表明,萝卜硫素通过抑制AGEs的形成和AGE-RAGE轴,对糖尿病并发症的发生和发展具有保护作用,而AGE-RAGE轴与糖尿病血管并发症、胰岛素抵抗和非酒精性脂肪性肝炎的病理密切相关。
                萝卜硫素的抗血栓作用
                急性冠状动脉综合征(ACS),如心肌梗死和不稳定心绞痛,是发达国家的主要死亡原因(Takenaka et al. 2006)。动脉粥样硬化血栓形成是ACS的主要原因,其特征是动脉粥样硬化病变破坏并伴有血栓形成(Takenaka et al. 2006)。50-100μM的萝卜硫素抑制不同受体激动剂引起的血小板聚集(包括胶原蛋白、血栓素A2类似物、蛋白酶激活受体1 (PAR1)激动剂肽和ADP P2Y12受体激动剂),通过磷酸化肌醇依赖性激酶1的泛素化和降解以及PI3K的p85调节亚基,阻止磷脂酰肌醇3激酶(PI3K)/Akt信号通路的形成,从而减少血栓的形成(Chuang et al. 2013)。15-75μm的萝卜硫素也被证明通过上调环AMP抑制细胞内信号,如PI3-kinase/Akt和磷脂酶CG2-蛋白激酶C级联,抑制血小板在体内外的活化和聚集 (Jayakumar et al. 2013)。此外,萝卜硫素还显著抑制p选择素和糖蛋白IIb-IIIa的表达以及血小板中性粒细胞的聚集(Konic´-Ristic´ et al. 2013; Oh et al. 2013)。此外,5-50μm萝卜硫素可延长活化部分凝血酶原和凝血酶原时间,抑制EC中凝血酶和Xa因子的活性和产生,静脉注射萝卜硫素(3.55-17.33 μg)可抑制凝血酶催化的纤维蛋白聚合和具有抗凝血特性的血小板聚集(Ku & Bae 2014)。
                我们以前已经证明,柠檬酸盐血浆可以通过激活凝血酶-PAR-1系统诱导ECs中的氧化和炎症反应,这可以通过AGEs加强(Ishibashi et al. 2014)。此外,除了对血小板的直接影响外,AGEs不仅通过与RAGE的相互作用抑制EC中前列环素的产生,还诱导PAI-1,进一步促进血小板聚集和纤维蛋白稳定,从而导致糖尿病易发生血栓(Yamagishi et al. 1998; Takenaka et al. 2006; Yamagishi et al. 2009)。由于环AMP升高剂可阻断AGE-RAGE信号传导途径(Yamagishi et al. 1998; Takenaka et al. 2006; Ishibashi et al. 2010; Ojima et al. 2013),萝卜硫素可通过提高血小板和ECs的环腺苷酸水平,部分改善糖尿病的血栓形成异常。
                萝卜硫素对血管平滑肌细胞(VSMC)损伤的保护作用
                0.25至5μM的萝卜硫素通过诱导全细胞和线粒体的抗氧化剂和II相酶保护主动脉SMC免受氧化应激损伤,这些抗氧化剂和II相酶包括超氧化物歧化酶、过氧化氢酶、还原型谷胱甘肽、谷胱甘肽过氧化物酶、谷胱甘肽还原酶、谷胱甘肽-s-转移酶和NAD(P) H:醌氧化还原酶1(Zhu et al. 2008)。以ECs为例,1-3 μg/ml的萝卜硫素通过抑制细胞内ROS诱发的NF-kB和AP-1信号通路,抑制p38、ERK和JNK的活化,从而抑制TNF-α诱导的VSMCs中ICAM-1和VCAM-1的表达(Kim et al. 2012)。萝卜硫素还被证明通过激活Nrf2抑制暴露于氧血红蛋白的VSMC产生细胞因子 (Zhao et al. 2013)。
                氧化应激在球囊血管成形术后SMC增殖、迁移和内膜增生中起作用(Nakamura et al. 2007)。萝卜硫素通过上调p53,抑制血小板衍生生长因子(PDGF)诱导的大鼠主动脉SMCs增殖,导致G1/S细胞周期阻滞,从而降低球囊血管成形术后新生内膜的形成(Yoo et al. 2013)。萝卜硫素通过抑制NF-kB通路,靶向黏附分子表达,抑制新生内膜增生 (Kwon et al. 2012)。
                0.5μM的萝卜硫素增加Nrf2,促进其核转位,增加谷胱甘肽水平,降低ROS生成,而ROS会导致糖尿病小鼠肠系膜小动脉增生性肌张力降低 (Velmurugan et al. 2013)。
                萝卜硫素对糖尿病肾病的保护作用
                糖尿病肾病的特征是肾小球功能和结构的改变,如肾小球滤过、肾小球基底膜增厚、足细胞丢失和系膜区细胞外基质的扩张(Yamagishi & Imaizumi 2005; Yamagishi & Matsui 2015)。最终发展为肾小球硬化,与尿中白蛋白排泄率增加和肾功能障碍有关。虽然糖尿病肾病的特征性组织学改变被认为是弥漫性和结节性肾小球硬化,但就糖尿病肾病的肾功能损害而言,肾小管间质内的改变比肾小球病变更为重要 (Yamagishi & Imaizumi 2005; Yamagishi & Matsui 2015)。
                口服或皮下注射萝卜硫素 (分别为12.5或0.5mg/kg)可防止链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠或小鼠尿白蛋白排泄增加、肾小球基底膜增厚、基质扩张和硬化,并可降低肾脏氧化应激、转化生长因子-β1 (TGF-β1)的表达以及纤连蛋白和IV型胶原沉积(Zheng et al. 2011; Cui et al. 2012)。Nrf2的激活降低了糖尿病肾脏和系膜细胞的氧化损伤,抑制了TGF-β1和细胞外基质蛋白的表达 (Zheng et al. 2011)。Nrf2表达的阻断完全消除了萝卜硫素在高糖暴露的肾小管细胞中的抗纤维化作用(Cui et al. 2012)。腹腔注射5 mg/kg萝卜硫素至少在一定程度上通过激活Nrf2,抑制糖原合成酶激酶3β/Fyn-信号通路,改善了实验性糖尿病肾病(Shang et al. 2015)。此外,我们之前已经证明,高血糖会增加Nrf2缺乏的糖尿病小鼠的氧化和氮化应激,并加速肾脏损伤,Nrf2可作为一种针对实验性糖尿病肾病的防御因素(Yoh et al. 2008)。
                萝卜硫素对糖尿病视网膜病变和神经病变的保护作用
                糖尿病视网膜病变是职业年龄人群中获得性失明的主要原因之一 (Yamagishi & Imaizumi 2005)。糖尿病视网膜病变的早期组织病理学特征是周细胞丢失(Orlidge & D’Amore 1987; Yamagishi et al. 1993)。在周细胞丢失的同时,还观察到视网膜基底膜增厚、视网膜血管高通透性和微动脉瘤的形成(Orlidge & D’Amore 1987; Yamagishi et al. 1993, 2002; Yamagishi & Imaizumi 2005; Higashimoto et al. 2013)。糖尿病视网膜病变最终发展为与新生血管相关的增生性改变(Yamagishi & Imaizumi 2005; Higashimoto et al. 2013)。由于周细胞被证明在维持微血管稳态中起着重要作用,所以有一种假设认为,糖尿病视网膜病变的恶化以及最终与视网膜新生血管形成相关的增生性改变是周细胞丢失的结果(Yamagishi et al. 1993, 2002; Yamagishi & Imaizumi 2005; Higashimoto et al. 2013)。
                我们发现AGE刺激了培养的牛视网膜周细胞中超氧化物的产生和RAGE基因和蛋白的表达,而这可以通过萝卜硫素干预来预防(Maeda et al. 2014)。萝卜硫素或针对RAGE的抗体显著抑制AGE诱导的周细胞DNA合成减少、凋亡细胞死亡和MCP-1 mRNA水平上调。 这些研究结果表明,萝卜硫素可通过其抗氧化特性抑制RAGE表达,从而抑制AGE暴露的周细胞中的DNA合成、凋亡细胞死亡和炎症反应。萝卜硫素阻断周细胞AGE-RAGE轴可能是治疗糖尿病视网膜病变的新靶点。
                10-80μM的萝卜硫素抑制EC增殖、迁移和管形成,这是通过诱导EC或内皮祖细胞的凋亡细胞死亡以及抑制基质金属蛋白酶-9活性的血管生成的关键步骤。(Asakage et al. 2006; Annabi et al. 2008; Nishikawa et al. 2009, 2010)。抑制ERK和PI3K / AKT途径协同抑制EC的细胞迁移和毛细管形成,并进一步增强了萝卜硫素的抗血管生成作用,这与FOXO转录因子的激活有关。(Davis et al. 2009)。FOXO的磷酸化缺陷型突变体通过激活FOXO转录因子增强了萝卜硫素的抗血管生成作用,因此表明萝卜硫素通过调控FOXO转录活性抑制血管生成。
                1-10μm的萝卜硫素通过Nrf2激活高糖暴露的背根神经节的抗氧化反应,并保护其免受氧化应激诱导的损伤(Vincent et al. 2009)。0.5-1 mg/kg的萝卜硫素可使链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠运动神经传导速度、神经血流量及疼痛行为均得到改善,丙二醛水平降低,这与萝卜硫素激活Nrf2下游血氧合酶-1和NAD(P)H:醌氧化还原酶1表达增加有关(Negi et al. 2011)。据报道,2.5μM的萝卜硫素通过阻断caspase-3酶的激活,减少ERK、JNK和p38磷酸化和ROS生成,并增加细胞内谷胱甘肽水平以抑制甲基乙二醛诱导的神经元细胞损伤(Angeloni et al. 2015)。此外,萝卜硫素通过增加乙二醛酶1的表达和活性来增强甲基乙二醛的解毒系统,甲基乙二醛是AGE的前体。这些观察结果表明了萝卜硫素在预防糖尿病神经病变方面的潜在临床应用。
                萝卜硫素对糖尿病性心肌病的保护作用
                0.5 mg/kg的萝卜硫素皮下注射可通过激活Nrf2显著预防链脲佐菌素诱导的糖尿病小鼠心功能不全、肥大和纤维化,这与胶原蛋白和氧化应激标志物的积累减少以及结缔组织生长因子(TGF-β)表达减少有关(Bai et al.2013)。此外,相同剂量的萝卜硫素已经证明通过Nrf2-50-AMP激活的蛋白激酶信号通路减弱心脏重塑、功能障碍和纤维化,并预防2型糖尿病小鼠的心脏脂质积聚、炎症和氧化应激(Zhang et al. 2014)。
                萝卜硫素在糖尿病状态下的代谢作用
                关于萝卜硫素在糖尿病状态下的代谢作用存在一些争议。一项随机双盲临床试验显示,每天服用10克西兰花芽粉4周后,2型糖尿病患者的血清胰岛素浓度显著降低,胰岛素抵抗的稳态模型评估也显著降低(Bahadoran et al. 2012)。然而,尽管口服0.1、0.25或0.5 mg/kg萝卜硫素可预防链脲佐菌素诱导的糖尿病大鼠高甘油三酯血症,但该化合物治疗后肝功能和胆固醇水平的损害加重(De Souza et al. 2012)。在小鼠胚胎成纤维细胞中,10 μM的萝卜硫素也被证明可以抑制激素诱导的分化,降低过氧化物酶体增殖激活受体-γ和脂肪酸结合蛋白4的表达(Xu et al. 2012)。
                结论
                我们可以为萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用提出一个总体方案(图1)。还需要进一步的纵向随机研究来阐明萝卜硫素或富含萝卜硫素的食物是否可以减轻促炎和促氧化反应,从而预防糖尿病患者的血管并发症。

                图1:萝卜硫素对糖尿病血管并发症的保护作用。

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