糖尿病心肌病的分子机制

　　摘要：近年来，糖尿病已成为最广泛流行的疾病之一。心血管并发症是糖尿病患者发病和死亡的主要原因，而缺血性事件则是糖尿病的主要心血管并发症。人们普遍认为，即使在未发生明显心肌缺血及高血压时，糖尿病也可增加心力衰竭的发生风险；而合并上述合并症则可进一步增加心力衰竭风险。这些与糖尿病相关的心肌结构及功能变化被称之为糖尿病心肌病。对1型及2型糖尿病各种动物模型及转基因小鼠模型的分析显示，多种分子机制参与了糖尿病心肌病的发生与发展过程。随着相关新机制之数据报告的稳步增加，糖尿病心肌病的潜在机制不断扩展。该综述则旨在更新对可能导致糖尿病时心脏结构及功能变化的分子改变之认识。

　　关键词动物模型，自体吞噬，心肌病，糖尿病，纤维化，心力衰竭，炎症，脂毒性，代谢，综述

　　缩略语

　　AIF凋亡诱导因子

　　AMPKAMP活化蛋白激酶

　　CAD冠状动脉疾病

　　CIRKO心肌细胞胰岛素受体基因敲除

　　CTGF结缔组织生长因子

　　DGAT二酰基甘油酰基转移酶

　　ER内质网

　　FA脂肪酸

　　FOXO1叉头框蛋白O1

　　GRP葡萄糖调节蛋白

　　HDAC组蛋白去乙酰化酶

　　LC3线粒体微管相关蛋白1A/1B-轻链3

　　LPL脂蛋白酯酶

　　LV左心室

　　MAPK丝裂原活化蛋白激酶

　　MHC肌球蛋白重链

　　miRNA微RNA

　　MMP基质金属蛋白酶

　　MTOR哺乳动物雷帕霉素靶蛋白

　　MVO2心肌耗氧量

　　NF-κB核因子κB

　　OXPHOS氧化磷酸化

　　PARP-1多聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1

　　PI3K磷脂酰肌醇3-激酶

　　RAAS肾素-血管紧张素-醛固酮系统

　　RAGEAGE受体

　　ROS活性氧物质

　　SERCA肌浆/内质网Ca2+-ATP酶

　　SR肌浆网

　　STZ链脲佐菌素

　　UPR非折叠蛋白反应

　　引言

　　糖尿病患病率持续上升，这在一定程度上与肥胖的流行密不可分。2011年，美国总人口中糖尿病患者可占8.3%即2580万人（已诊断和未诊断的糖尿病患者分别有1880万例和700万例），糖尿病前期患者占25.4%。糖尿病患者发病及死亡的主要原因是心血管并发症（主要是缺血性心脏病）。但是，在以人群为基础的研究中，校正高血压或缺血性心脏病等心力衰竭已知危险因素后，糖尿病（尤其是2型糖尿病）患者的心力衰竭发生风险可显著增加。早在40多年前，Rubler及其同事对4例因心力衰竭死亡但并无高血压、心肌缺血、先天性或瓣膜性心脏病证据的患者之尸检报告的分析就发现了上述相关性。近期deSimone等的研究也发现，2型糖尿病患者发生心力衰竭的风险会增加，且这种风险增加独立于并发的心肌梗死及高血压之外。因此，出现了糖尿病心肌病的概念。糖尿病心肌病是指糖尿病患者在无冠状动脉疾病（CAD）及高血压的情况下出现的心功能不全。有些人认为，如果对可导致有临床意义的心功能障碍的结构变化进行严格定义，则1型糖尿病患者中就不会存在严格意义上的糖尿病心肌病。但是，很多人类相关研究还是为“糖尿病患者中的结构性及亚细胞变化可对心脏对后续压力源的反应产生不良影响”提供了有力证据。糖尿病心肌病存在除糖尿病相关的高血糖以外的其他多种潜在机制，是多种因素相互作用的结果，这些因素共同作用对心脏结构及功能产生不良影响。该综述对近期发现的糖尿病心肌病发病的分子机制进行了概述。

　　结构与功能变化

　　糖尿病心肌的突出特点是心肌肥厚。SHS（StrongHeartStudy）研究及心血管健康研究数据表明，糖尿病与心肌肥厚[左心室（LV）质量及室壁厚度增加]之间存在独立相关性，且糖尿病心肌肥厚时会伴有收缩及舒张功能障碍。Framingham队列研究则进一步证实了糖尿病时心肌结构的上述变化。其结果显示，心肌肥厚与女性糖尿病患者的血糖控制显著相关，且独立于血压之外。

　　舒张功能障碍被视为是糖尿病心肌的早期功能性改变。高达40%~75%的1型或2型糖尿病患者经传统的超声心动图及组织多普勒成像可见舒张功能障碍。糖尿病时患者也可出现收缩功能障碍，但大多发生于疾病晚期阶段且传统超声心动图常难以识别。但应变分析及测量收缩期峰值速度可见，24%的不伴有CAD或LV肥厚的糖尿病患者可伴轻微收缩功能异常。近期一项研究显示，采用收缩期应变分析对舒张功能正常的糖尿病患者进行筛查可见收缩功能障碍。这提示，舒张功能障碍可能并不是糖尿病心肌病时心脏最先发生的功能性变化。

　　对相关文献的回顾显示，1型及2型糖尿病啮齿类动物模型中均可见心脏收缩及舒张功能障碍。鉴于啮齿类动物在不伴有可导致高胆固醇血症的基因突变而仅存在糖尿病时不会发生动脉粥样硬化，故小鼠和大鼠是研究糖尿病心肌病分子机制的最佳模型。

　　糖尿病可增加心力衰竭发生风险。即使校正心肌缺血及高血压后，上述风险增加仍可存在。糖尿病与可检出的非缺血性LV结构及功能变化有关。

　　糖尿病心肌病的分子机制

　　下文将简要概述糖尿病心肌病发病的分子机制（包括已知机制及新机制）（如图），并对很多机制进行独立的全面综述。鉴于篇幅有限，本文仅为广大读者提供一个全面认识糖尿病心肌病复杂病理生理过程的路线图。此外，需要强调的是，尽管文中以单独的主题形式列出了糖尿病心肌病的各种机制，但实际上很多机制相互之间是高度相关的。其相互作用见下图。

　　与糖尿病相关的代谢环境如高血糖、循环脂肪酸及甘油三酯增加、高胰岛素血症、炎症细胞因子增加均会改变心肌细胞内的多种分子通路，降低心肌收缩力，引发心肌细胞功能障碍，导致心肌细胞损伤和死亡。

　　AGEs晚期糖基化终产物（AGEs）是长寿命蛋白暴露于葡萄糖后发生糖化的产物，糖化后这些蛋白的功能特性会发生变化。继发于高血糖后的AGEs生成增加可导致蛋白质结构发生变化，使心肌硬度增加。AGEs可导致胶原蛋白分子交联，抑制胶原蛋白降解，从而增加纤维化，进而使心肌硬度增加、心脏舒张功能受损。此外，糖尿病时氧化应激可使心脏的AGE受体（RAGE）表达增加，AGEs可通过与其受体结合激活核因子-κB（NF-κB）信号通路，进而促使心肌β-肌球蛋白重链（MHC）表达增加，使心肌硬度增加。在链脲佐菌素（STZ）诱导的糖尿病大鼠及Zucker糖尿病肥胖（ZDF）大鼠中，脱氢表雄酮治疗可对抗氧化应激诱导的RAGE活化，使NF-κB信号通路正常化，促进MHC亚型的转化，抑制糖尿病心肌病的早期表现。此外，STZ诱导的糖尿病大鼠心脏中肌浆网/内质网钙ATP酶（SERCA）-2α可与AGEs相交联，影响心肌细胞肌浆网（SR）钙离子再摄取。长期应用AGE交联蛋白裂解剂治疗可使SR的钙离子调控部分恢复正常。另有研究显示，STZ诱导的糖尿病大鼠经心导管插入法所测得的心室最大及最小压力变化速率及左室发展压均显著降低，而RAGE基因敲除可预防上述血流动力学障碍的发生。因此，以AGE/RAGE轴为靶标的治疗方法有望成为糖尿病心肌病的潜在有效治疗途径，亟需进一步详细探讨。

　　纤维化糖尿病心肌病经常可见纤维化增加。有研究发现，在无CAD及高血压的糖尿病患者心肌样本中可见血管周围及心肌间质纤维化增加。啮齿类动物模型也显示，STZ诱导的1型糖尿病大鼠及OLETF2型糖尿病大鼠心脏中结缔组织含量均显著增多。胶原沉积增多可能与TGF-β、结缔组织生长因子（CTGF）、可促进胶原生成的转录因子表达增多或聚二磷酸腺苷核糖聚合酶过度激活有关。此外，因基质金属蛋白酶（MMPs）重构所致的细胞外基质降解失调，尤其是MMP-2的表达下调，也可导致糖尿病心脏中结缔组织含量增多。

　　炎症糖尿病是一种促炎状态。很多研究小组的报道均显示，不同糖尿病小鼠模型中细胞因子的组织浓度均增加，提示炎症在糖尿病心肌病的发生发展过程中发挥了重要作用。糖尿病心肌病时心肌内存在炎症反应，表现为细胞粘附分子[ICAM-1及血管细胞粘附分子1（VCAM-1）]及IL-1β、IL-6、IL-18、TNF-α及TGF-β1等炎性细胞因子表达增加，巨噬细胞及白细胞浸润增多。很多干预措施可通过减轻心脏炎症反应发挥有益效应。这些干预措施主要包括阻断血管紧张素1型（AT1）受体、激活缓激肽释放酶-激肽系统、抑制p38丝裂原活化蛋白激酶（MAPK）信号通路、基因敲除激肽受体b1、抑制白介素转化酶、阿托伐他汀治疗、抗TNF-α治疗、使GSK-3β失活以及大麻二酚治疗。糖尿病心肌病时炎症水平增加的其他可能机制包括Ras相关的C3肉毒素底物1（RAC1）介导的NADPH氧化酶活化所致的氧化应激及内质网（ER）应激。尽管上述大多数机制已经被胰岛素不足（1型）糖尿病动物模型所证实，但一些在ZDF大鼠、低剂量STZ及高脂饮食诱导的糖尿病大鼠等2型糖尿病动物模型中开展的研究提示，糖尿病时心肌炎症水平增加可能在一定程度上是由M1巨噬细胞过度活化所致。目前，尚无糖尿病患者心肌炎症的相关数据。但是，动物模型的研究结果为我们“在糖尿病患者中对上述机制进行研究以确定抗炎治疗策略是否具有减少糖尿病心血管并发症之临床作用”提供了强有力的证据支持。

　　凋亡性及坏死性细胞死亡促进纤维化及心肌炎症的很多分子机制可激活促凋亡信号转导通路或坏死信号。1型及2型糖尿病患者及糖尿病啮齿类动物模型的心脏中均经常可见细胞死亡（包括凋亡性及坏死性细胞死亡）增多。细胞凋亡速率增加的潜在机制包括活性氧物质（ROS）生成增加、循环中炎性细胞因子及趋化因子增加、caspase激活、Fas受体依赖性及线粒体依赖性凋亡、ER应激、TGFβ信号通路激活、局部肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）激活、IGF-1抵抗以及促凋亡/抗凋亡分子表达变化。此外，PARP-1激活、IGF-1作用受损及血管紧张素II水平增高也可促进糖尿病心脏发生坏死。鉴于PARP-1过度激活会触发凋亡诱导因子（AIF）的核转位，诱发不依赖于caspase的细胞死亡，而PARP-1介导的细胞死亡不同于凋亡、坏死或自体吞噬，因此被称为PARthanatos。近期数据表明，叉头框转录因子O1（FOXO1）介导的诱导型一氧化氮合酶诱导的PARP-1靶蛋白如3磷酸甘油醛脱氢酶及caspase-3的S亚硝基化在糖尿病心肌病时心肌细胞死亡的启动过程中发挥了一定的作用。

　　RAAS心肌固有RAAS系统的激活可促进心脏重构，阻断心肌中醛固酮的作用对心肌细胞肥大及心肌纤维化具有有益效应。多项研究显示，STZ诱导的糖尿病小鼠心脏中结缔组织含量增多，醛固酮拮抗剂螺内酯治疗对其具有抑制作用。STZ诱导的糖尿病心脏中，血管紧张素II受体的密度及合成增加；血管紧张素受体阻断剂或ACE抑制剂则至少能部分阻断超氧化物的生成及细胞凋亡的增多。

　　钙离子调控受损兴奋收缩偶联对心肌收缩而言必不可少。心肌细胞兴奋可通过L型钙离子通道使钙离子内流增加，促进钙离子自SR的释放，进而使肌动蛋白-肌球蛋白相互作用使心肌产生机械运动。当钙离子通过SERCA-2α被重新回摄至SR时，心肌舒张。在ob/ob2型糖尿病小鼠模型中，心肌细胞内静息钙离子浓度增高，细胞内钙离子衰减明显延长，钙瞬变减慢变小，对细胞外钙离子的反应性减弱；SERCA-2α活性下降，SR钙离子回摄受损。此外，在2型糖尿病db/db小鼠中也发现了心脏钙离子调控受损现象，表现为收缩末及舒张末钙离子水平下降，钙离子衰减速率降低，SR钙渗漏以及钙负荷减少。此外，心肌细胞内钙离子调控受损同样可也见于1型糖尿病啮齿类动物模型中，表现为静息钙离子水平增加、SR钙离子释放及回摄减慢、细胞内钙瞬变恢复延缓、SERCA-2α及钠钙交换体表达减少以及线粒体钙调控受损。近期研究提示，在糖尿病模型中，糖尿病诱导的或血糖依赖性钙/钙调素依赖性蛋白激酶2（CAMKII）修饰（即氧化或O-连接N-乙酰氨基葡萄糖基化），可影响SERCA或ryanodine受体的功能。这提示，CAMKII这一重要信号分子的上述血糖依赖性修饰在糖尿病时心脏收缩功能障碍发病的病理生理过程中发挥了重要作用。

　　脂肪酸利用增加1型及2型糖尿病啮齿类动物模型及人类患者中均可见脂肪酸（FA）摄取及氧化增加。其脂肪酸利用增加可能是因血清FA及甘油三酯水平增高以及可通过增加FA氧化基因表达增加决定FA氧化能力的过氧化物酶体增殖物激活受体-α（PPAR-α）之活性有关。同时，糖尿病时GLUT4的表达及转位减少、丙酮酸脱羧化受损使心脏葡萄糖摄取、糖酵解及葡萄糖氧化均显著减少。研究显示，糖尿病时心脏FA氧化增加可使心肌耗氧量（MVO2）增加，但心肌收缩力却无法同等程度增加，因而会导致心脏效率（心脏做功/MVO2）降低。分析显示，MVO2增加与心脏效率降低可能与FA诱导的线粒体ATP合成与氧耗解偶联从而导致能量耗竭有关。糖尿病时活性氧物质（ROS）可激活线粒体解偶联蛋白，增加质子通量，进而导致线粒体ATP合成与氧耗解偶联。有趣的是，Akita糖尿病小鼠等1型糖尿病小鼠模型中并不存在FA诱导的ROS介导的线粒体解偶联。这提示，1型糖尿病与2型糖尿病时机体的心肌能量代谢变化之调节机制可能存在差异。

　　脂毒性糖尿病时心肌可出现脂质聚积，脂毒性可增加心肌对脂质的摄取、利用和储存，对心肌细胞功能产生不良影响。就脂毒性的机制而言，其可能并不是源于甘油三酯本身的蓄积，而是神经酰胺、甘油二酯或氧化磷脂等脂质中间体增加的结果。在过表达长链酰基辅酶A合成酶1[该酶是脂蛋白酯酶（LPL）的一种磷脂酰肌醇锚定形式]或FA转运蛋白1使FA摄取增加的多种转基因动物中，均可成功创建脂毒性心肌病模型。在相关文献中，所有糖尿病动物模型及糖尿病患者心脏组织中均可见心肌脂质利用及储存增加，只是增幅略有不同。更重要的是，促进甘油三酯形成（转基因二酰甘油酰基转移酶）及FA氧化、增加脂质输出（转基因ApoB）、减少脂质摄取（基因敲除CD36或LPL）以及应用噻唑烷二酮类药物、瘦素或α-硫辛酸行抗脂肪肝治疗均可使脂质诱导的心功能障碍恢复正常。这提示，增加脂质的利用可降低潜在的有毒性的脂质中间体的可用性。脂毒性损伤的一个重要的潜在发病机制是脂毒性可通过增加神经酰胺的生物合成、促进ROS产生及线粒体膜磷脂组分重构（心磷脂含量减少、ER中饱和脂质含量增加，导致ER应激）增加凋亡性细胞死亡的速率。近期Michel等的研究提示，核仁小RNAs（snoRNAs）参与了中国仓鼠卵巢细胞对棕榈酸诱导的、可导致细胞凋亡的脂毒性反应。此外，神经酰胺水平的增加还可激活炎症信号通路，增加活性氮物质的水平。

　　线粒体功能障碍回顾相关文献可见，线粒体功能障碍参与了糖尿病及其所有相关并发症的发病过程。Anderson及其同事近期的研究发现，2型糖尿病患者心房组织的线粒体氧化应激增加，对钙离子诱导的线粒体膜通透性转运体开放的敏感性增强，存在线粒体呼吸功能受损，为“人类糖尿病患者的心脏存在线粒体功能障碍”提供了最具说服力的证据支持。其实，过去30年间，我们积累了糖尿病时心脏存在线粒体功能障碍的大量证据。早在30年前，Kuo及其同事就发现，db/db肥胖及2型糖尿病小鼠的离体心脏中线粒体呼吸III态减弱；在不同程度肥胖、胰岛素抵抗以及胰岛素依赖性及非胰岛素依赖性糖尿病的各种啮齿类动物模型中均可见呼吸III态受损、线粒体氧化应激及线粒体超微结构异常。线粒体氧化能力及形态异常的机制主要包括氧化性损伤、氧化磷酸化（OSPHOS）亚单位转录及翻译水平的表达变化、线粒体钙离子调控障碍以及心肌胰岛素信号变化等。此外，如前所述（见脂肪酸利用增加部分），糖尿病时心肌线粒体功能障碍还包括FA诱导的线粒体解偶联。

　　心肌胰岛素信号变化在2型糖尿病啮齿类动物模型中，包括心脏在内的多种组织均存在胰岛素抵抗。但是，需要强调的是，虽然胰岛素介导的葡萄糖摄取障碍几乎存在于所有糖尿病动物模型及糖尿病患者中，但上游胰岛素信号通路的激活却仅见于饮食诱导的肥胖及2型糖尿病患者及啮齿类动物中。实际上，心肌胰岛素信号增强可导致压力负荷性心肌肥厚时的左心室功能障碍，妨碍缺血预处理。相反，长期高脂饮食可损伤下游心肌胰岛素信号如Akt及FOXO1，独立导致心功能障碍。在心肌细胞胰岛素受体基因敲除（CIRKO）小鼠中，可见心肌胰岛素信号完全消失会减弱心肌收缩力、影响线粒体呼吸功能及OSPHOS基因表达。此外，该小鼠中，在蛋白水平上可见，线粒体中参与脂肪酸氧化及三羧酸循环的蛋白水平下降及OXPHOS亚单位组分重构。更重要的是，如2型糖尿病模型中一样，CIRKO小鼠也可发生FA诱导的ROS介导的线粒体解偶联，而心肌胰岛素抵抗所引发的线粒体缺陷可影响心脏效率。

　　氧化应激众所周知，氧化应激在糖尿病及其并发症的发生发展过程中发挥了重要作用。ROS可通过直接的氧化作用或是通过将脂质氧化为脂质过氧化物或将一氧化氮生成活性氮物质直接或间接损伤蛋白质或磷脂。DNA则是ROS诱导心肌损伤的另一个重要的作用位点，其中线粒体DNA最容易受到氧化损伤。Anderson等发现，糖尿病患者心脏中线粒体H2O2的排放、4-羟基壬烯醛修饰蛋白及3-硝基酪氨酸修饰蛋白增加，为糖尿病患者心脏中氧化应激水平增加提供了证据支持。几个独立研究小组均报道，在糖尿病动物模型中可见线粒体蛋白酪氨酸硝化及脂质过氧化物产物增加、还原性谷胱甘肽及抗氧化防御系统减少。Epstein及其同事的研究显示，在糖尿病小鼠中，通过转基因使过氧化氢酶或锰超氧化物歧化酶过表达至少能使受损的线粒体功能及心肌收缩力部分恢复，这为“ROS在糖尿病心肌病的发病过程中发挥了重要作用”提供了进一步的证据支持。有趣的是，尽管将非糖尿病对照动物的心肌细胞在高糖环境中进行短期孵育并不增加ROS的产生，但对OVE261型糖尿病小鼠模型离体心肌细胞进行同样处理却能使ROS生成增多。此外，研究发现，通过过表达过氧化氢酶或抑制OXPHOS复合体I或II可见上述ROS来源于线粒体。因此，糖尿病诱导的线粒体变化可使线粒体更易产生大量的超氧自由基，尤其是在高糖环境下。Abel的研究小组发现，db/db糖尿病小鼠心脏中线粒体超氧自由基生成增加，为糖尿病心脏中的ROS来源于线粒体提供了进一步的证据支持。有趣的是，在Akita小鼠及STZ诱导的1型糖尿病小鼠等1型糖尿病小鼠模型中，心脏超氧自由基的生成并未增多，这提示线粒体可能并不是ROS的主要或唯一来源，或1型糖尿病与2型糖尿病动物模型中ROS生成增多的机制可能有所不同。有研究发现，STZ诱导的糖尿病小鼠、ob/ob小鼠及肥胖的Zuckerfa/fa大鼠中可见心肌NADPH氧化酶来源的ROS产生增多，这与其他模型的研究结果“糖尿病时心脏氧化应激存在线粒体及线粒体外两种来源”相一致。

　　自体吞噬自体吞噬可能是参与糖尿病心肌病发病的一种新机制，其本身是一个生理性过程。具有双层膜结构的长寿命蛋白、核糖体、脂质及整个细胞器都能被溶酶体降解发生自体吞噬。低水平的组成型自体吞噬对维持心肌正常的细胞功能及蛋白和细胞质的质量控制至关重要。这一过程受损可导致心功能障碍和心力衰竭，尤其是在细胞应激增加时。自体吞噬参与了缺血再灌注、慢性缺血、心肌肥厚及心力衰竭等多种疾病的发病过程。自体吞噬诱导可缓解疾病的发病或是导致疾病进展。例如，在局部缺血能量耗竭时，自体吞噬过程被激活具有保护效应；但在心脏超负荷及缺血再灌注后，自体吞噬便成为适应不良。

　　目前，有关自体吞噬在糖尿病心肌病发病机制中作用的相关信息较少。近期研究表明，胰岛素信号在心肌自体吞噬中发挥了重要作用。采用含60%果糖的饮食喂养小鼠12周诱导2型糖尿病可引发心肌胰岛素抵抗，且心肌胰岛素抵抗的发生与自噬体的聚积[表现为自体吞噬标志物微管蛋白相关蛋白1A/1B-轻链3（LC3B）及核孔蛋白p62（p62）水平增加]具有相关性。磷脂酰肌醇3-激酶／丝苏氨酸蛋白激酶（PI3K／Akt）信号通路可通过抑制哺乳动物雷帕霉素靶蛋白（MTOR）对自体吞噬发挥负性调节作用。与之相对应，胰岛素抵抗心脏中自体吞噬的变化常与PI3K/Akt信号通路下调有关。这提示，心肌胰岛素抵抗可能会通过下调PI3K/Akt信号通路激活自体吞噬。目前，多项研究结果提示，自体吞噬对胰岛素抵抗心脏会产生不良影响，但对缺血心脏却具有保护作用。我们应如何看待自体吞噬诱导对缺血心脏有益而对糖尿病心脏有害的这种潜在矛盾？首先，需要强调的是，自体吞噬诱导在肥胖及胰岛素抵抗动物模型心脏中是一种代偿性适应反应还是会直接导致疾病尚有待进一步的确定。目前，大家一致认为，自体吞噬诱导可能会对抗疾病的发病机制或是直接导致疾病进展，其到底发挥怎样的作用主要取决了其范围及幅度。据此，我们可以推测，缺血心肌中的急性自体吞噬诱导可能是有益的，而糖尿病心脏或衰竭心脏中的持续性自体吞噬诱导则可能是有害的。但是自体吞噬诱导在胰岛素抵抗心脏中到底有益还是有害仍有待通过适当的模型来进一步确定。

　　Xie等在1型糖尿病模型（STZ诱导的1型糖尿病小鼠及OVE26小鼠）中发现，心功能障碍与心肌自体吞噬抑制有关。研究者认为，能量代谢传感器AMP活化蛋白激酶（AMPK）激活受损可能是其机制所在。AMPK激活后可抑制MTOR，从而激活自体吞噬。因此，通过二甲双胍治疗恢复AMPK活性则可增强自体吞噬能力，改善心功能，这提示自体吞噬作用减弱可能会与疾病的发生发展有关。因此，1型糖尿病与2型糖尿病时心脏的自体吞噬及其调节机制可能有所不同，前者自体吞噬作用减弱，相关调节信号通路为PI3K/Akt；后者自体吞噬作用增强，相关调节信号通路为AMPK。亟需更多研究进一步阐明在不同糖尿病模型中自体吞噬作用到底有益还是有害，其调节机制相同还是不同，糖尿病的严重程度及病程是否以及如何影响糖尿病心脏中自体吞噬的变化。

　　MicroRNAs糖尿病心肌病与整体模式基因表达的改变有关，而后者则与microRNAs（miRNAs）有关。miRNAs可调节基因表达，是一种内源性的、非编码、单链RNAs，平均长度为22个核苷酸，由基因组中较短的反向重复序列编码而成。miRNAs可通过抑制翻译或促进靶mRNAs的降解两种机制调节基因表达。研究显示，miRNAs水平的改变在包括糖尿病在内的多种疾病的发病过程中发挥了重要作用。近期有研究提示，miR-143、miR-181、miR-103、miR-107及miR-802在全身葡萄糖代谢及胰岛素敏感性调节中发挥了一定的作用，提示miRNAs可能参与了胰岛素抵抗及2型糖尿病的发病。

　　心肌miRNAs含量的变化可能是心功能变化的机制之一。通过心肌细胞特异性敲除dicer使心脏中miRNAs的生物合成调节发生障碍，可导致急进性扩张型心肌病及心力衰竭。此外，近期研究表明，特定miRNAs的调节障碍与糖尿病心肌病的发病密切相关。MicroRNA-1约占总心肌miRNA池的40%，在STZ诱导的1型糖尿病小鼠中可下调Pim-1的表达；恢复Pim-1的水平则能预防心肌细胞凋亡、心室扩张及心力衰竭。在四氧嘧啶诱导的1型糖尿病家兔中，心肌miRNA-133表达增加，可通过调节CTGF表达调节结缔组织含量。这提示，miRNA-133参与了糖尿病心脏的纤维化。人类基因组中有1000多种miRNAs，超过60%的哺乳动物基因都是miRNAs的保守调控对象，且有强力证据表明“特定miRNAs在全身代谢调节中发挥了重要作用”，故未来研究有望进一步发现可导致糖尿病心肌病相关分子缺陷的其他特定miRNAs的新型调节障碍。

　　表观遗传学表观遗传学指的是非DNA序列改变所致的基因表达模式的可遗传性改变。组蛋白修饰，尤其是组蛋白乙酰化，是调节基因表达的最主要的表观遗传学机制。组蛋白乙酰化的平衡主要是通过催化组蛋白乙酰化的组蛋白乙酰转移酶与使组蛋白脱乙酰化的组蛋白去乙酰化酶（HDACs）之间的相互作用来实现的。组蛋白乙酰化失调可导致多种疾病发病，抑制HDAC有望成为治疗癌症、神经退行性病变、炎症及心血管疾病等多种疾病的潜在治疗方法。

　　根据序列同源性及结构域不同，可将HDACs分为四类。其中，第二类HDACs（HDAC5和HDAC9）可抑制心肌肥厚；第一类HDACs则能促进心肌肥厚。在db/db2型糖尿病小鼠中，单侧肾切除诱导的肾衰竭可促进心肌组蛋白H3第23位及第9位赖氨酸的乙酰化，使心肌病相关基因表达增加、心肌肥厚。上述观察性结果表明，在2型糖尿病时尿毒症与心肌肥厚可通过心肌细胞组蛋白H3的表观遗传学变化相互关联。

　　另一种比较公认的表观遗传学调节是核DNA的甲基化。DNA甲基化主要发生于很多基因5’调节区的CpG岛。在癌症等很多疾病发病过程中均可见基因启动子区CpG岛异常过甲基化，而过甲基化可最终导致转录后基因沉默。Monkemann等发现，在STZ诱导的糖尿病大鼠之心肌细胞中，5’侧翼区的去甲基化可使编码p21之基因的过表达；甲基化可使编码细胞周期蛋白D1之基因表达下调，而p21及细胞周期蛋白D1可参与细胞周期调控。综上可见，表观遗传学修饰可能会对整个基因组的表达产生影响，有可能是糖尿病心肌病的另一潜在发病机制。

　　内质网应激ER的主要功能是蛋白质折叠和修饰。氧化应激、钙稳态失调等多种因素均可影响蛋白质折叠和修饰，使非折叠蛋白聚积，最终导致细胞凋亡。作为一种质量控制机制，非折叠蛋白反应（UPR）可增加ER中参与蛋白折叠的分子伴侣及其相关蛋白的水平，从而有效预防非折叠蛋白的产生。1型糖尿病及2型糖尿病的动物模型显示，ER应激可通过诱导UPR信号蛋白及内质网应激相关凋亡信号蛋白如葡萄糖调节蛋白（GPR）78、GPR94、活化转录因子6（ATF6）、磷酸化eIF2α、C/EBP同源蛋白（CHOP）及caspase12引发心肌细胞凋亡。另有研究提示，糖尿病心肌病时ER应激可能是由氧化应激增加所介导的。非常有趣的是，GLP-1激动剂可影响糖尿病心肌病的多种发病机制。近期，有研究显示，GLP-1激动剂治疗可缓解ER应激。

　　糖尿病时，多种分子机制共同作用损伤心功能，引发心肌细胞损伤：

　　信号转导改变（胰岛素信号、肾素-血管紧张素信号）

　　代谢变化及线粒体功能障碍

　　结构及信号蛋白的翻译后修饰

　　凋亡、自体吞噬及内质网应激等细胞稳态过程的变化

　　基因调节方面的变化（转录因子激活，microRNAs及表观遗传学机制）

　　结论

　　目前大量证据支持存在糖尿病心肌病，且其患病率伴随肥胖的流行而增加。糖尿病患者更易发生心血管并发症及心力衰竭，提示研发新的治疗方法具有重要意义。有关糖尿病心肌病的发病机制，人们提出并研究了很多可能的潜在机制，其中有些针对性措施已在临床前模型中被证实能改善糖尿病心肌病的病理特征，而自体吞噬、microRNAs及表观遗传学等机制仍有待进一步的研究。因此，我们尚需进一步阐明糖尿病心肌病发病的基本机制，并将其结果从临床前模型研究向人类试验转化。