作者：泰达国际心血管病医院
郑刚
糖尿病患者动脉粥样硬化性心血管疾病（ASCVD）的重要临床表现包括心肌梗死、外周动脉疾病和中风。了解糖尿病患者管理ASCVD的机制和策略，以及降糖药物的潜在心血管风险和益处，对于这些人的ASCVD管理非常重要。多种细胞和分子机制已被假设参与糖尿病加速动脉粥样硬化的发展（图1）。糖尿病患者动脉粥样硬化的发展遵循与非糖尿病患者相同的疾病阶段。导致动脉粥样硬化斑块发展的共同过程包括内皮功能障碍、血流诱导的剪切应力、内皮细胞向间充质转化（EndMT）、单核细胞跨内皮迁移到动脉壁并分化为巨噬细胞、泡沫细胞形成和血管平滑肌细胞（VSMC）增殖。所有这些过程在糖尿病中都会加速（图1），其中一些影响是几十年前首次发现的。然而，随着研究技术和成像模式的进步，新发现的机制正在成为动脉粥样硬化性CVD的潜在新治疗途径。
5 不稳定动脉粥样硬化斑块
糖尿病不仅与动脉粥样硬化斑块面积增加有关，还与易破裂的不稳定动脉粥样硬化斑的形成有关
[73]
。不稳定斑块的特征是坏死核大、斑块内出血和薄纤维包膜
[73]
。临床上，糖尿病不稳定斑块的增加表现为ASCVD和糖尿病患者的临床事件发生率高于ASCVD但没有糖尿病的患者，如心肌梗死或中风
[74]
。使用串联狭窄斑块模型开发了一种不稳定动脉粥样硬化斑块的小鼠模型，在该模型中，将两个结扎物放置在左颈动脉上，在串联狭窄区域形成具有不稳定斑块特征的动脉粥样硬化病变，紧密地重新植入人类的疾病
[74]
。在糖尿病条件下（STZ诱导的糖尿病），这些小鼠表现出斑块不稳定性增加，其特征是坏死核心增大、巨噬细胞浸润增加、斑块内出血、纤维帽与斑块大小比减小、胶原蛋白形成增加和NOX4表达减少
[73]
。在这些小鼠中，作为早期干预研究，在糖尿病诱导后5周和串联狭窄后3天，用SGLT2抑制剂达格列净治疗可以减轻这些变化
[73]
。这些研究首次证明了SGLT2抑制剂可能具有直接的血管保护和抗动脉粥样硬化作用，这些作用在一定程度上独立于药物的降糖作用。SGLT2抑制剂的血管保护和抗动脉粥样硬化作用在临床研究中得到了证实
[75]
。
已有研究报道了糖尿病易感动脉粥样硬化斑块形成的其他机制。针对Apoc3的反义寡核苷酸减少了1型糖尿病小鼠模型中的坏死核心区域
[76]
。炎症激活似乎也有重要作用。在动脉粥样硬化易感小鼠中，NLRP3的缺乏（黑色素瘤2[AIM2]中不存在）或造血细胞中的胃泌素D与动脉粥样硬化病变大小的减小有关，但并不能阻止坏死核心的形成，这表明NLRP3、AIM2或胃泌素D缺乏在减小斑块大小方面的作用与巨噬细胞焦亡无关
[77]
。使用特异性NLRP3抑制剂MCC950对NLRP3进行药理学靶向也已被证明可以减少STZ诱导的糖尿病Apoe-/-小鼠的动脉粥样硬化斑块面积和坏死核心形成
[78]
。
6 表观遗传机制
基因转录受多种途径的调节，包括表观遗传学机制。为了应对环境刺激，基因调控区表观遗传状态的变化可以改变其表达。异常的基因表达可导致组织损伤，并控制疾病的发生和进展，如动脉粥样硬化
[79]
。表观遗传状态和DNA-组蛋白相互作用在建立和维持染色质结构中起着核心作用。将遗传物质包装到染色质中对于核功能至关重要，例如DNA复制和修复，以及通过促进或限制基因对转录机制的可及性来调节基因表达
[80]
。位于浓缩染色质区域的基因表达受到抑制，而开放的染色质有助于基因转录。染色质结构由参与表观遗传过程的酶维持，即DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA调节途径。这些酶和表观遗传学机制正在成为心血管疾病的重要参与者，包括糖尿病相关的CVD
[81]
。
6.1 DNA甲基化 DNA甲基化是一种酶促过程，涉及在CpG位点向胞嘧啶添加甲基
[82]
。在调控元件中，DNA甲基化可以通过直接抑制甲基化依赖性转录激活因子的结合
[83]
，或间接改变参与染色质重塑的蛋白质的亲和力来介导基因沉默
[84-86]
。DNA甲基化与炎症、内皮功能障碍、泡沫细胞有关从而表明DNA甲基化与动脉粥样硬化发展之间的关联
[87-88]
。然而，关于DNA甲基化在糖尿病诱导的动脉粥样硬化中的作用，目前可用的信息很少
[87,89-90]
。一项DNA甲基化分析研究表明，包括VEGFB、PLGF、PLCB1和FATP4在内的多个基因的低甲基化与糖尿病患者的CVD有关
[91]
。使用甲基化DNA免疫沉淀芯片（MeDIP芯片）微阵列筛查患有或没有糖尿病的个体以及没有糖尿病或CVD病史的对照个体的血液样本中的差异甲基化基因（每组n=3）。在大量样本中（对照组40个，糖尿病组57个，CVD组48个），使用甲基化特异性PCR和定量PCR的基因表达分析验证了这些发现
[91]
。几种DNMT抑制剂正在临床开发中，用于治疗癌症。两种DNMT抑制剂已被美国食品药品监督管理局批准用于治疗骨髓发育不良，包括5-氮杂胞苷和5-氮杂-2-脱氧胞苷
[92]
。尽管很少有临床前研究表明DNMT抑制剂具有有前景的动脉粥样硬化保护作用
[93-94]
，但这些抑制剂尚未在ASCVD的临床试验中进行测试。缺乏使用DNMT抑制剂的临床研究的一个可能原因是，DNA甲基化是跨细胞类型和组织的普遍基因调控机制，因此，靶向这一过程通常与系统性脱靶效应有关。使用纳米载体将DNMT抑制剂递送到损伤部位的特定细胞类型的靶向治疗可能是克服这一局限性的另一种方法。
基因表达的表观遗传调控也由使DNA去甲基化的酶介导。甲基胞嘧啶双加氧酶TET2（TET2）通过催化5-甲基胞嘧啶氧化为5-羟甲基胞嘧啶（5hmC）介导DNA去甲基化。TET2与动脉粥样硬化的病理生物学有关，包括炎症途径和内皮功能障碍
[95-97]
。TET2也与糖尿病微血管并发症有关，包括糖尿病视网膜病变
[98]
。潜在的机制主要与TET2靶基因的去甲基化或甲基化状态有关，包括KFL4和自噬相关基因
[97,99-100]
。此外，TET2也是动脉粥样硬化中与不确定潜能克隆造血（CHIP）相关的研究最为深入的基因之一
[101]
。CHIP被定义为造血细胞中单个获得性体细胞突变导致的造血细胞克隆扩增过程。CHIP已成为ASCVD的主要危险因素，独立于标准危险因素
[102]
。有趣的是，与健康个体相比，糖尿病患者的循环白细胞中5hmc水平显著降低，这与糖尿病患者TET2活性的丧失有关
[103]
。此外，临床前研究表明，糖尿病可以诱导骨髓生成和增加致动脉粥样硬化单核细胞的产生，从而加速动脉粥样硬化的发展
[104]
。确定靶向CHIP相关基因的潜在治疗方法是一项重大挑战。一些针对TET2活性的方法在临床前研究中显示出有希望的结果
[105-106]
。维生素C已被证明可以促进TET2功能，从而恢复TET2-/-小鼠的造血功能
[106]
。此外，靶向去乙酰化酶1也被证明会影响小鼠造血干细胞中的TET2活性
[107]
。
6.2 组蛋白修饰 组蛋白是染色质的蛋白质成分。组蛋白的氨基末端尾部受到共价翻译后修饰，如乙酰化、甲基化、磷酸化、类泛素化和泛基化
[108]
。这些组蛋白修饰可以通过将染色质结构改变为开放或封闭的构象来调节基因表达
[80]
。组蛋白修饰是一个酶介导的过程，因此可以通过控制酶活性来调节
[80]
。组蛋白乙酰化和甲基化是研究最多的组蛋白翻译后修饰。已经开发出乙酰化酶、脱乙酰酶、甲基转移酶和脱甲基酶的特异性抑制剂，其中许多抑制剂已在ASCVD的临床前研究中进行了测试
[109]
，阳性结果表明存在潜在的治疗机会。然而，这些策略都还没有进展到临床开发阶段。研究还评估了亚型特异性和细胞特异性HDAC抑制在动脉粥样硬化中的作用。例如，抑制HDAC3或HDAC9可减少动脉粥样硬化小鼠模型中的动脉粥样硬化
[4,5110]
。使用ESM-HDAC528，HDAC也被特异性靶向巨噬细胞和单核细胞，ESM-HDAC528—一种泛HDAC抑制剂，含有酯酶敏感化学基序（ESM），允许特异性靶点表达羧酸酯酶1的细胞，如单核髓系细胞
[111]
。羧酸酯酶1优先在单核细胞和巨噬细胞中表达，具有ESM的药物大多在这些细胞中水解，从而导致药物特异性地积聚在单核电池和巨噬细胞中
[112]
。然而，在小鼠中施用ESM-HDAC528对动脉粥样硬化的影响有限
[111]
。虽然动脉粥样硬化斑块大小没有减少，但病变表现出向较轻表型的实质性转变，表明该药物具有相关的动脉粥样硬化保护作用
[111]
。
在患有ASCVD和2型糖尿病的患者中，与没有糖尿病的ASCVD患者相比，外周血单核细胞的表观基因组范围组蛋白乙酰化发生了改变
[113]
。组蛋白3在赖氨酸9（H3K9ac）的乙酰化在118位点增加，在62位点减少，这表明组蛋白乙酰化在糖尿病ASCVD中起作用
[113]
。然而，只有少数研究测试了糖尿病相关动脉粥样硬化中组蛋白修饰物的抑制剂。I类HDAC抑制剂丙戊酸钠已被证明可以减轻糖尿病Apoe-/-小鼠的动脉粥样硬化
[114]
。在另一项研究中，与没有糖尿病的动脉粥样硬化患者相比，糖尿病患者主动脉弓标本中动脉粥样硬化斑块中的巨噬细胞显示HDAC3水平升高
[115]
。斑块巨噬细胞中的HDAC3水平与血浆LDL、甘油三酯和HDL水平相关
[115]
。然而，本研究仅提供了有限的临床参数信息。使用溶菌酶2启动子控制的Cre-flox系统，巨噬细胞中的Hdac3缺失被证明可以显著减少喂食高脂肪饮食的Apoe-/-小鼠的动脉粥样硬化
[115]
。然而，高脂肪饮食的小鼠模型不是糖尿病的经典小鼠模型，溶菌酶控制的Cre系统不是巨噬细胞特异性的，而是髓细胞特异性的。因此，需要进一步的遗传学和药理学研究来研究HDAC3在糖尿病相关动脉粥样硬化中的细胞特异性作用。
6.3 训练有素的免疫力 训练免疫是一个术语，用于描述一种现象，指的是先天免疫系统通过表观遗传机制记住以前的入侵因子或无菌触发因子，并对次要的相似或无关刺激作出更强烈反应的能力
[116]
。训练有素的免疫力是非特异性的，可以在很长一段时间内维持激活的先天免疫表型。各种刺激可以诱导这种特殊类型的免疫，包括oxLDL和高血糖
[117-120]
。训练免疫被认为是慢性炎症的潜在机制在糖尿病患者发生的加速动脉粥样硬化中观察到
[121]
。
代谢和表观遗传重编程对于建立和维持先天免疫细胞的长期记忆都很重要
[122]
。表观遗传学研究已经确定了与训练免疫相关的特定组蛋白修饰，包括组蛋白3赖氨酸4单甲基化（H3K4me1）、H3K4三甲基化（H3P4me3）、H3K9二甲基化（H3 K9me2）和H3K27乙酰化（H3K27ac），表明表观遗传机制是这种非特异性免疫的核心
123-126
。
其他研究调查了与1型或2型糖尿病患者外周单核细胞高血糖诱导炎症相关的表观遗传变化的性质。这些变化包括白介素8（IL8）基因上H3K4me2水平的降低和IL1A基因上H3K9me2水平的升高，这与慢性炎症有关
[127]
。此外，在1型或2型糖尿病患者的单核细胞中，编码炎症蛋白（包括肿瘤坏死因子和环氧化酶2）的基因启动子中也观察到H3K9ac、H3K14ac、H4K5ac和H4K12ac的组蛋白乙酰化水平升高
[128]
。高葡萄糖浓度已被证明可以在体外以糖酵解依赖的方式诱导巨噬细胞中促炎和促动脉粥样硬化基因的表达
[118]
。来自糖尿病小鼠的骨髓源性巨噬细胞在正常葡萄糖条件下培养后保持促炎基因表达谱
[118]
。这一发现表明，高血糖可以诱导训练有素的免疫力。在非糖尿病易动脉粥样硬化的Ldlr-/-小鼠中，与非糖尿病小鼠骨髓移植相比，糖尿病小鼠骨髓的移植增加了动脉粥样硬化负担，这表明训练有素的先天免疫在糖尿病相关动脉粥样硬化中发挥了作用
[118]
。转录因子RUNX1被鉴定为高血糖诱导的人类和小鼠训练免疫背景下的重要转录调节因子
[118]
。RUNX1的基因靶点在人类动脉粥样硬化斑块和外周血白细胞中都富集，表明RUNX1在人类中的潜在作用
[118]
。此外，对RUNX1的药理学抑制减弱了骨髓源性巨噬细胞体外训练免疫反应，支持在糖尿病诱导的训练免疫中靶向该转录因子的治疗潜力
[118]
。进一步发现药物生态学调节糖尿病相关动脉粥样硬化训练先天免疫反应的新靶点是一条有前景的治疗途径。
糖尿病的患病率在全球范围内以惊人的速度增长，心血管疾病仍然是糖尿病患者发病率和死亡率增加的主要原因。目前可用的治疗针对高血糖、血脂和血压，以及糖尿病中存在的促血栓形成状态。某些新型抗血糖药物，如SGLT2抑制剂和GLP1受体激动剂，即使与降血糖作用无关，也对心血管结果显示出积极作用。尽管取得了这些进展，但很大一部分糖尿病患者仍会患上心血管疾病。已经确定了糖尿病相关动脉粥样硬化的几种病理生物学机制，包括与湍流、炎症和氧化应激相关的血管细胞的转录组和表型变化。表观遗传变化与血管细胞活化和损伤以及EndMT有关。这些变化原则上是可逆的代表了与表观遗传途径相关的可药物靶点，从而为这些患者的额外治疗方法提供了新的途径。
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