低血糖及低血糖葡萄糖再灌注损伤

　　低血糖是一种由多种病因导致的临床综合征，也是糖尿病治疗中需要跨越的障碍。对于糖尿病患者，低血糖被定义为所有会使患者面临伤害的血浆葡萄糖浓度异常降低，无论有无症状[1]，其实验室诊断标准为≤3.9 mmol/L（70 mg/dl）。低血糖对于糖尿病患者的血糖值达标及预后产生不利影响。目前临床上对于严重低血糖的标准治疗方法是经静脉注射葡萄糖[2]，但动物实验和临床研究观察到葡萄糖再灌注的过程可进一步加重原有低血糖损伤，发生再灌注损伤的输入葡萄糖时机和节点尚不清楚，机制也未明了。

　　一、低血糖发生的危险因素

　　糖尿病的类型和病程对低血糖的发生产生影响。初诊的1型糖尿病患者每年发生严重低血糖事件的概率为20%，而这个比例在长病程的患者中可增加至50%。由于2型糖尿病患者数量远多于1型糖尿病患者，尤其对于接受胰岛素治疗的2型糖尿病患者，病程后期随着强化治疗及严格的血糖控制，低血糖的风险可大大增高，因此2型糖尿病患者的低血糖问题更应得到重视。文化水平低、治疗依从性差均可导致对血糖监测不积极而增加低血糖发生率[2]。控制糖尿病患者心血管风险行动计划、糖尿病与血管疾病行动研究、美国退伍军人糖尿病研究三项临床研究已发现，强化降糖治疗能显著增加患者的低血糖和严重低血糖事件的发生[3]。增龄是低血糖发生的独立危险因素。老年患者常伴发多种疾病，多种药物联合使用在一定程度上会影响患者的血糖代谢[4]。单用胰岛素治疗患者的低血糖发生率最高。二甲双胍单药治疗和噻唑烷二酮类药物单药治疗的低血糖发生率较低[5]。

　　二、低血糖的危害和相应的病理改变

　　1．低血糖增加心血管事件：

　　多项研究证实低血糖增加伴有心血管疾病的2型糖尿病患者的死亡率[6，7]，急性低血糖发作时交感神经过度兴奋，引起血流动力学的改变，包括：心率增快、中心血压下降，外周动脉阻力下降等，这种短暂的心脏负荷增加对于长病程合并心血管疾病的2型糖尿病患者会导致危险性后果[8，9]。

　　2．低血糖造成中枢神经系统损害：

　　低血糖时神经细胞腺苷三磷酸（adenosine triphosphate，ATP）的消耗：低血糖常常会引起脑能量缺失，从而引发脑功能受损，极重度低血糖会引起脑死亡。脑组织中首先摄取葡萄糖的是围绕毛细血管的星形胶质细胞，该细胞中存储糖原，氧化分解糖原产生乳酸，且消耗糖原速度较为缓慢。神经元细胞通过单羟基循环转运体摄取星形胶质细胞中的乳酸，经过三羧酸循环生成ATP维持神经元功能。低血糖动物模型中发现[10]，当血糖骤然降低至1 mmol/L，大鼠脑电图中骤然出现等位线，此时大鼠脑细胞内外的钾离子浓度梯度消失，说明在极低血糖状态下，大脑中的ATP会突然耗尽，继而依靠ATP的一系列电活动将停止。提示在发生低血糖状态时，由于星形胶质细胞中残余糖原的存在，大脑中的ATP不会马上消失殆尽，未意识到这种特性并未能在极低血糖之前摄取适量葡萄糖以纠正低血糖是极其危险的，一旦血糖处于极低状态，大脑中的ATP会迅速耗尽，将引发不可逆损伤。

　　兴奋性氨基酸的毒性作用：兴奋性氨基酸（excitatory amino acid，EAA）是广泛存在于哺乳类动物中枢神经系统的正常兴奋性神经递质，参与突触兴奋传递，学习记忆形成以及与多种神经变性疾病有关。缺血、缺氧、创伤、中毒等因素能触发中枢神经系统的EAA过度兴奋，在能量代谢失衡的基础上，异常堆积，产生神经毒性作用。兴奋性氨基酸包括谷氨酸、天冬氨酸、N-甲基-D-天冬氨酸、亮氨酸等。其中谷氨酸是中枢神经系统内含量最高的一种氨基酸。研究发现低血糖时，脑组织中兴奋性氨基酸水平有所改变，兴奋性氨基酸如谷氨酸过度活化在低血糖性脑损伤中发挥重要作用，谷氨酰胺可以在葡萄糖被剥夺的过程中保护小脑颗粒神经元线粒体膜电位的稳定。

　　氧化应激增加：活性氧簇（reactive oxygen species，ROS）的产生是导致细胞凋亡的重要因素，细胞外锌离子的释放可诱导活性氧的产生，并与发生低血糖时的温度相关[11]，而低血糖时的神经小胶质细胞可被激活，通过释放ROS来引发神经元损伤。聚腺苷酸二磷酸核糖转移酶1[poly（ADP-ribose）polymerase-1，PARP-1]是存在于真核细胞中催化聚腺苷二磷酸糖化的细胞核酶，在DNA修复和细胞凋亡中发挥着重要作用，酰胺腺嘌呤二核苷酸（NAD+）是糖酵解的必需物质，PARP-1会消耗细胞质中的NAD+使得糖酵解无法正常进行，从而加重神经元的能量缺失[12]。

　　低血糖诱导细胞凋亡：采用鼠脑皮层神经元研究低血糖对神经元的影响发现，低血糖时伴有神经元腺苷释放增加，细胞内钙离子浓度发生变化，血糖浓度越低，神经元生存力越弱，通过早期给予A1腺苷受体拮抗剂(8-环戊基-1，3-丙基黄嘌呤等)，神经元生存能力及钙离子浓度变化可得到扭转，并发现低血糖可诱导程序性细胞凋亡前酶即半胱氨酸酶3（caspase-3）的表达，而A1腺苷受体拮抗剂可逆转低血糖引起的caspase-3激活。结果表明，低血糖引起腺苷释放、A1腺苷受体激活导致钙离子变化，在低血糖引起的神经元损伤中起着重要作用。

　　三、低血糖的防范和救治策略

　　指南及专家共识建议推荐通过加强患者的管理和教育、自我血糖监测（SMBG）、个体化治疗等手段减少低血糖的发生[1]。对于有症状的低血糖，患者应该确保速效碳水化合物的即时供应，然后再使用长效碳水化合物预防症状复发。1型糖尿病患者及病程长的2型糖尿病患者应加强血糖浓度的监测，及时发现无症状的低血糖，避免血糖进一步降低，造成不可逆性中枢神经损伤。

　　四、低血糖-葡萄糖再灌注性损伤

　　严重低血糖发生后给予葡萄糖输注进行救治，研究发现，葡萄糖输入过程有可能加重中枢神经系统损伤，并与葡萄糖的输入速度和浓度相关，葡萄糖再灌注时高糖诱导的ROS产生增加对脑细胞的损伤[10]，体内实验在链霉素诱导的糖尿病大鼠的海马细胞中检测出高于基线的ROS水平，还原型辅酶Ⅱ（nicotinamide adenine dinucleotide phosphate，NADPH）氧化酶主要来自于己糖磷酸旁路，葡萄糖可以促进NADPH氧化酶亚基P22phox的mRNA表达，以及蛋白激酶-C的合成和丙酮的形成。Suh等[10]的体外脑细胞实验观察到：缺乏NADPH氧化酶P47phox亚基的低血糖大鼠在经历葡萄糖再灌注后表现出较少的过氧化物生成和较轻微的脑损伤，证实ROS的产生主要发生在低血糖后的葡萄糖再灌注过程中，而NADPH氧化酶的激活是产生ROS的主要因素。Suh等[12]的另一项实验证实，低血糖/葡萄糖再灌注促进了血管内皮一氧化氮（nitric oxide，NO）的产生，从而引发了血管中锌离子的释放，反过来又会激活NADPH氧化酶，该氧化酶诱导的ROS的产生又会使得锌离子不断蓄积、PRAP-1的激活、ROS的不断生成，从而导致细胞坏死。故提出高选择性锌离子螯合剂的使用会减少再灌注过程中锌离子的释放和易位。Ceriello等[13]观察15例持续2年内无低血糖病史的1型糖尿病患者，予以低血糖钳夹至血糖(2.9&plusmn;0.1) mmol/L，持续2 h后再予20%葡萄糖静脉注射提高血糖水平，纠正血糖水平至正常范围(4.5 mmol/L)时，检测到反映内皮细胞氧化应激的标记物可溶性细胞间黏附分子1、异前列腺素F2α、硝基酪氨酸和白细胞介素6较基础值升高，内皮氧化应激加重。这些标志物在更高灌注水平（15 mmol/L）时增加更为显著。褚秀丽等[14]的大鼠实验发现，极低血糖（<1 mmol/L）后给予葡萄糖再灌注治疗，实验组较对照组大鼠神经元死亡均严重，且>9 mmol/L组大鼠海马CA1区和DG区可见明显的TUNEL和FBJ染色阳性细胞，且>9 mmol/L组大鼠行为学上表现为更明显的神经损伤状态，提示低血糖后再灌注速度越快，水平越高脑损害越严重。赵维元[15]的实验观察到极低血糖大鼠模型中，再灌注组的神经细胞在HE和TUNEL染色中有坏死的表现。血糖迅速升高至10~15 mmol/L组与迅速升高至1~2 mmol/L组比较，神经元表现为更明显的肿胀、核仁染色加深等凋亡表现。以上实验均证明了血糖升高速度对极低血糖大鼠神经元的影响，血糖升高过快组相较过慢组，神经元坏死程度较重，且其机制可能为激活了细胞凋亡，葡萄糖再灌注诱导细胞自噬。在体外培养的小鼠脑神经瘤细胞Neruo2α中，低血糖引起神经细胞死亡，且低血糖时间越长，细胞死亡越多。低血糖发生期间，细胞自噬相关蛋白—微管相关蛋白1轻链3（LC3）剪切程度增加、p62蛋白降低、剪切后的caspase-3增多、PARP增加均反映出细胞自噬增强。如果低血糖后给予葡萄糖再灌注则可以观察到神经细胞中细胞自噬的标志物caspase-3、溶酶体蛋白酶、组织蛋白酶B/D的异常活化。溶酶体蛋白酶抑制剂可使得自噬现象减轻[16]。因此通过对自噬过程的阻断可以减轻葡萄糖再灌注损伤。

　　五、低血糖葡萄糖再灌注损伤的应对

　　目前对于低血糖后葡萄糖再灌注的时机及灌注节点尚无统一结论，同时也没有研究专门针对葡萄糖再灌注损伤的治疗。

　　Shin等[17]的研究中，随着颅内温度的降低（由40 ℃降至33 ℃），大鼠神经元中的锌离子释放减少，ROS的合成相应减少，神经胶质细胞的损伤减轻，说明葡萄糖再灌注脑损伤是温度依赖性的，通过对颅内温度的调节可以减轻葡萄糖再灌注引发的氧化应激损伤。Ceriello等[18]在给予15例1型糖尿病患者葡萄糖再灌注的同时，给予GLP-1的灌注，之前检测到的氧化应激相关标记物明显减低，而在GLP-1灌注基础上给予维生素C，标记物几乎接近基线水平，提示GLP-1和维生素C对于葡萄糖再灌注内皮损伤的修复作用。

　　大量研究证实转录因子Nrf-2是细胞防御机制中的重要调节因子，能抵御广谱的毒性物质和病原体对细胞的损伤，McNeilly等[19]观察到，反复中度低血糖的1型糖尿病小鼠认知功能出现损伤，同时测到Nrf2和靶基因Hmox-1、Nqo1的表达增强，而Nrf-2表达敲除的小鼠，在1型糖尿病状态和低血糖状态时均会发生海马的氧化应激损伤和炎症反应，从而得出结论，低血糖会诱发Nrf-2依赖的抗氧化反应，以此对抗氧化应激损伤。这是否意味着可以以Nrf-2为靶点治疗反复低血糖及葡萄糖再灌注诱发的氧化应激损伤，有待进一步研究。

　　α-硫辛酸(alpha-lipoic acid，ALA)是一种天然的抗氧化剂，分子量小，易于通过血脑屏障，能清除活性氧和自由基，螯合金属离子，再生体内的抗氧化剂，从而减弱氧化应激。国内的一项针对硫辛酸减轻脑缺血再灌注损伤的研究中[20]，与假手术组相比，再灌注前腹腔注射ALA的大鼠脑组织中的一氧化氮、一氧化氮合酶等活性显著降低，推测ALA在葡萄糖再灌注所致氧化应激损伤中有治疗价值。

　　六、结语

　　目前国内外针对糖尿病低血糖及葡萄糖再灌注损伤的研究关注重点在脑损伤，而机制方面偏重于细胞内皮的氧化应激，缺乏对其他代谢通路的研究。葡萄糖作为治疗低血糖的第一选择，目前对葡萄糖的灌注时机及怎样的灌注方法可以最大程度避免再灌注损伤尚无定论，将成为未来研究及讨论的重点。