糖尿病患者具有缺血性卒中發病率高，病情更嚴重，卒中再發生及死亡風險更高的特點。目前的研究顯示，伴或不伴有糖尿病的缺血性卒中患者在卒中事件發生時病理生理機制不完全相同，相應的，有益于非糖尿病患者的治療不一定同樣有益于糖尿病卒中患者。該文梳理了糖尿病合并缺血性腦卒中的病理生理機制及藥物研究現狀，為干預糖尿病合并缺血性卒中人群的相關研究提供參考。
引用本文： 朱嬋, 張強, 陳秋. 糖尿病與缺血性卒中：病理生理機制及藥物研究現狀. 華西醫學, 2024, 39(11): 1815-1822. doi: 10.7507/1002-0179.202312022 復制
版權信息： ?四川大學華西醫院華西期刊社《華西醫學》版權所有，未經授權不得轉載、改編
糖尿病（diabetes mellitus, DM）是由胰島素分泌或作用缺陷引起的碳水化合物、脂肪、蛋白質等物質代謝紊亂導致的以慢性血糖升高為特征的代謝綜合征[1]。目前，全世界有 5.37 億 DM 患者，估計至 2045 年 DM 人數將達到 7.83 億[2]；我國成年人 DM 患病率為 11.2%～12.8%，預計患病人數達 1.298 億[3]。
腦卒中是全世界范圍內造成人類殘疾和死亡的主要原因，其中缺血性卒中（ischemic stroke, IS）約占 87%[4]，2021 年中國城市居民腦血管病（粗）死亡率為 140.02/10 萬，占城市總死亡人數的 21.71%，位列城市居民全死因的第 3 位[3]。DM 是 IS 的主要危險因素，大約 30%的 IS 患者患有 DM[5]，合并 DM 的 IS 患者殘疾率、死亡率、復發率都更高[6]。從臨床角度來看，DM 合并卒中患者具有以下 3 個方面特點：① 發病率更高：罹患卒中的風險是非 DM 人群的 2～4 倍[7]，即使在 DM 前期也會增加卒中風險[8]；② 病情更嚴重：由于腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia reperfusion injury, CIRI）發生率更高，患者出現肢體功能障礙和認知障礙病情更加嚴重，住院周期更長[9]；③ 再卒中及死亡風險更高[9]。因此，DM 合并 IS 是重要研究課題。且動物研究發現，在相同疾病狀態下，DM 和非 DM 激活的下游信號通路并不一致[10]，有益于非 DM 合并卒中患者的治療也不一定同樣有益于 DM 卒中患者。因此，本文按疾病病理進展的時間順序梳理了 DM 合并 IS 的病理生理機制研究現狀，以為藥物干預 DM 卒中人群的相關研究提供參考。
1 病理生理機制
1.1 遺傳易感性
IS 是一種具有一定遺傳性的復雜疾病，因此遺傳背景可能是 IS 的危險因素，多血統全基因組關聯研究已經發現了與中風有關的 32 個風險位點[11]，DM 及其并發癥亦有明顯的遺傳成分[12]，因此了解 DM 合并 IS 的差異性基因座有助于該疾病潛在藥物的開發。
目前已有研究關注了載脂蛋白基因多態性與 DM 合并 IS 的關系，納入了 243 例 2 型單純 DM 與 210 例 2 型 DM 合并 IS 患者，發現ε 2/ε 3 基因型可能導致中國 2 型 DM 患者發生 IS 的風險增加[13]。還有研究發現組蛋白乙酰化酶 3（histone deacetylase 3, HDAC3）和 HDAC9 基因與 DM 病史的組合可能會加劇動脈粥樣硬化的惡化，從而增加 IS 的風險[14]。動物實驗也證明抑制 HDAC3 可以改善 DM 小鼠的 CIRI[15]。
1.2 內皮功能障礙
血管內皮對于維持血管結構和調節血管舒縮功能至關重要。DM 會影響腦血管結構，導致血管不良重構、病理性新生血管形成和血管退化，導致肌源性反應受損和內皮功能障礙[16]。慢性高血糖和晚期糖基化終產物通過誘導內皮損傷和細胞功能障礙加速動脈粥樣硬化[17]。一氧化氮可放松血管平滑肌并調節血管舒張，DM 會干擾一氧化氮的激活和平滑肌對一氧化氮的反應，從而導致內皮功能障礙和動脈粥樣硬化[18]。DM 會影響循環中內皮祖細胞的功能導致血管內皮生長因子和內皮一氧化氮合酶減少[19]。多項研究發現 DM 合并 IS 患者血栓成分中血凝塊纖維蛋白、白細胞含量更高，紅細胞成分更少，而非 DM 患者則沒有這種改變[20-21]。
1.3 氧化應激（oxidative stress, OS）加重
活性氧（reactive oxygen species, ROS）是激活促炎信號通路的重要介質，由于葡萄糖代謝改變，胰腺β細胞氧化損傷、內皮功能障礙等因素，DM 可以誘導產生高水平的 ROS，在巨噬細胞和內皮細胞之間串擾；同時 DM 會導致細胞抗氧化防御系統的耗竭，晚期糖基化終產物形成、葡萄糖自氧化以及微量營養素和具有抗氧化特性的細胞元素消耗[22]，氧化系統和抗氧化系統嚴重失衡造成蛋白質、脂質、碳水化合物和核苷酸的破壞，這種 OS 反應最終導致大血管并發癥的快速進展[23]，促進 IS 發生。
CIRI 是引發梗死后病情加重的重要病理機制。在再灌注狀態下，恢復的血流供應攜帶大量的氧氣進入損傷組織，爆發性增多的氧氣具有很強的奪電子能力，導致大量的 ROS 產生，包括超氧陰離子、羥基自由基、過氧化氫，而 DM 患者抗氧化系統功能明顯減弱，引起更加嚴重的 OS 反應[24]。
1.4 內質網應激（endoplasmic reticulum stress, ERS）加重
ERS 在神經系統疾病中發揮重要作用，內質網中蛋白的錯誤折疊和積累引發多種神經系統慢性疾病，在中風和脊髓損傷中，ERS 的慢性激活被認為是導致神經元疾病的主要原因[25]。與非 DM 大鼠相比，DM 大鼠在 CIRI 發生后 ERS 標志物顯著增加，Caspase-12（ERS 誘導的凋亡因子）激活從而加速細胞凋亡[26]。
1.5 表觀遺傳失調
表觀遺傳是指在基因的 DNA 序列沒有發生改變的情況下，基因功能發生了可遺傳的變化，并最終導致了表型變化。
近來，越來越多的研究集中在與中風和 DM 合并癥相關的微小 RNA（microrna, miRNA）與長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA, lncRNA）的作用上。有研究發現在 DM 患者中風發生后血清中 miRNA-195-5p 與 miRNA-451a 的水平上調2倍，72 h 后逐漸下降，但不會完全衰減（非 DM 患者趨于完全衰減），這提示 DM 部分影響了 miRNA 的調節功能[27]。還有研究發現 2 型 DM 小鼠 IS 發生后血清和腦組織中 miR-126 水平低于未患 DM 的 IS 小鼠，而 miR-126 降低伴隨著小鼠卒中后血管和白質重塑減少以及神經功能惡化[28]。Duan 等[29]研究發現，伴有 2 型 DM 的卒中患者 miR-223 和 miR-146a 的表達降低，進一步研究發現高血糖會導致血小板和血漿中 miR-223 的下調，并導致血小板活化。還有研究顯示，在DM 合并急性 IS 患者的血漿樣本中 miR-124 水平低于單純的 DM、IS 和正常對照組的患者，lncRNA 核富集轉錄體 1（nuclear enriched abundant transcript 1, NEAT1）的表達與炎癥標志物 C 反應蛋白和 腫瘤壞死因子-α 呈正相關，與 miRNA-124 的水平呈負相關，這提示在 DM 患者中，LncRNA NEAT1 可能影響急性 IS 的發生率、嚴重程度、炎癥和預后，NEAT1 表達水平可用作 DM 患者卒中的診斷標志物[30]。
1.6 炎癥反應加劇
炎癥反應是一種高度調節的生物程序，一方面可以使先天性和適應性免疫系統能有效地工作，對機體發揮保護作用；另一方面，炎癥正常消退機制的失效可能會造成炎癥放大，造成機體損傷。低度循環炎癥是 2 型 DM 患者的常見特征，流行病學研究已經證實了炎癥生物標志物與 2 型 DM 并發癥之間的關聯[31]。由于 DM 導致的大腦低度炎癥，在最初已經破壞神經血管單元的正常功能，IS 尤其是 CIRI 發生后，以激活和釋放細胞因子、趨化因子、黏附因子和蛋白水解酶為特征的強烈炎癥反應會導致中風后的嚴重腦損傷，導致腦損傷程度更重，死亡率和殘疾增加[32]。
DM 大鼠在 CIRI 后，其腦組織的血流狀態 改變和白細胞黏附性增強，導致腦循環池中白細胞增加，再灌注損傷反應加重[33]。DM 小鼠在 IS 發生后，促炎的高遷移率族蛋白 B1 以及炎癥因子白細胞介素（interleukin, IL）-1β、IL-6、誘導型一氧化氮合成酶增高[34]。而 Zhao 等[35]使用高脂飼料喂養樹鼩 8 周后靜脈注射鏈脲佐菌素建立 DM 模型，然后建立腦血栓 IS 模型，其發現 DM+IS 組梗死面積大于 IS 組［（19.56±1.25）%］，神經細胞超微結構異常更為明顯，可推測 IL-8 表達增加和炎癥狀態激活可能是 DM 樹鼩 IS 易感性增加的原因，而使用缺血后處理可以通過改善炎癥和應激反應減少梗死面積和神經損傷[36]。除了對腦部的直接損害，由 DM 增強的炎癥反應會釋放到循環中進而引發心臟病理變化，誘發心律失常、心肌損傷和心力衰竭為特征的腦心綜合征，這是中風后階段死亡的第 2 大 原因[37]。
1.7 血腦屏障（blood brain barrier, BBB）受損加重
BBB 是指腦毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障，它的存在使 CNS 處于免疫優勢地位。既往的動物研究表明，高血糖驅動的神經炎癥可以導致 BBB 損害從而引起 DM 小鼠的記憶喪失[38]，而抑制 HDAC3 可以改善 db/db 小鼠的 BBB 損傷[39]。DM 不僅會影響腦血管結構，還會改變腦血管功能，加重 BBB 完整性的破壞，導致大腦中血流迅速改變和大腦的微出血。腦水腫是缺血性中風患者死亡的主要原因，DM 已被證明會在 CIRI 后加重腦水腫[40]，其具體機制尚未完全清楚，目前的證據表明 DM 大鼠 IS 或 CIRI 發生后 BBB 的 Na+-K+-Cl-協同轉運和 Na+/H+交換活動增強，因此導致 DM 大鼠腦水腫和腦 Na+攝取量更大[16]。綜上，當 IS 損傷疊加在 DM 的病理結構上時，神經血管損傷更大，而且修復機制失敗，導致更大的身體和認知缺陷。
1.8 支持細胞損傷加重
少突膠質細胞、小膠質細胞、星型膠質細胞都是 CNS 的支持細胞，參與了多種的神經病理生理過程。DM 小鼠少突膠質前體細胞數量和髓鞘堿性蛋白表達水平降低，且其遷移和存活能力受到抑制[41]。有研究發現，db/db DM 小鼠在慢性腦低灌注 8 周后相比對照組表現出更嚴重的白質損傷，可能與少突膠質祖細胞募集增殖和存活減少有關[42]。與非 DM 組相比，DM 組大鼠卒中后星形膠質細胞腫脹和反應也更為明顯，而控制血糖可以部分阻止這些變化[43]。還有研究發現，DM 抑制星形膠質細胞的活化，加劇脫髓鞘并抑制髓鞘再生過程[44]。高血糖還能誘導小膠質細胞異常激活，并向 M1 方向（促炎）極化，最終可導致促炎細胞因子的持續釋放及炎癥信號的放大[45]。
1.9 血管新生減少
血管新生是一種自然防御機制，有助于在 IS 后恢復受影響腦組織的氧氣和營養供應，通過刺激血管生長，血管生成可以穩定腦灌注，從而促進神經元存活、腦可塑性和神經系統恢復。血管新生障礙在 DM 血管并發癥中普遍存在，在各種組織中都觀察到過度和有缺陷的血管生成[46]。有研究發現在 IS 發病后 14 d，DM 組大鼠的梗死周圍區域新生血管密度較非 DM 組降低，這提示 DM 損害了 IS 后的修復性血管形成，而 IS 后的血糖控制可以促進神經血管修復并改善功能結果[43]。
1.10 神經發生抑制
新神經元替換死亡或垂死的細胞有助于學習和記憶和/或維持大腦區域，在成年哺乳動物的大腦中，來自神經干/祖細胞的神經發生集中在2個區域：齒狀回的顆粒下區和側腦室的腦室下區，生成的成神經細胞遷移到其適當的位置并分別分化為成熟的顆粒細胞和嗅球中間神經元。在諸如中風等腦損傷之后，在腦室下區產生的成神經細胞也遷移到非常規區域，例如紋狀體和大腦皮質，可以恢復部分神經功能[47]。與胰島素依賴的代謝活躍組織（如脂肪和肌肉）類似，神經元也可以產生高胰島素血癥誘導的胰島素抵抗，影響神經發生，從而導致 DM 神經病變和阿爾茨海默病[48]。有研究發現在 db/db DM 小鼠中，代謝參數改善（體重、血糖、胰島素水平）和 BrdU 陽性細胞數量呈正相關，提示控制代謝有益于中樞的神經發生[49]。
1.11 神經元死亡
根據缺血的時間長短，神經細胞可呈現不同形式的損傷和修復形式，何種形式的細胞損傷修復，取決于總體損傷嚴重程度。高濃度的葡萄糖會誘導細胞凋亡，抑制內皮祖細胞增殖、遷移和體外血管生成能力[50]，此外，DM 大鼠 CIRI 后再灌注區腦組織細胞間黏附因子和環氧合酶 2 表達提前且表達量增加，神經元凋亡加劇從而干擾了組織修復的進程[51]。
1.12 其他
有研究者用高脂飲食聯合鏈脲佐菌素鏈脲佐菌素在 C57BL/6 小鼠中誘導 DM，然后對小鼠進行大腦中動脈閉塞 30 min 建立 DM 合并 IS 模型，發現 DM 小鼠在 IS 前后的下丘腦促腎上腺皮質激素釋放激素、垂體阿黑皮素原和血漿皮質酮水平升高，這表明在 DM 條件下下丘腦-垂體-腎上腺軸過度激活[52]，而使用美替拉酮（一種糖皮質激素合成抑制劑）進行卒中后治療降低了 DM 小鼠缺血性腦中的 IL-6 表達和梗死面積。
還有研究發現，非 DM 大鼠 CIRI 后緩激肽 B2 受體上調從而有效地減少了腦梗死體積及細胞損傷，而 DM 大鼠 CIRI 后出現緩激肽 B1 受體上調、B2 受體下調可能影響了修復的進程，可見著重點在于選擇性激肽受體激動劑的開發[10]。
2 藥物研究進展
胰島素是目前唯一進行臨床隨機對照實驗的藥物。動物實驗表明，胰島素使用可以減輕 DM 合并 IS 大鼠的 CIRI，這種作用與胰島素糖原合酶激酶 3β抑制劑屬性有關，而與降低血糖作用無關[53]；Cochrane 研究數據顯示在 IS 發生的最初 24 h 使用胰島素控制血糖在正常水平，并不能改善患者的神經功能以及死亡率，強化的降糖方案還會帶來低血糖風險[54]。對此，筆者認為胰島素可能有獨立于血糖控制之外的神經保護作用，但神經保護藥物用量不等同于維持正常血糖的藥物用量；同時，IS 發生前長期使用胰島素的神經保護作用也值得被關注；上述問題需要進行大規模隊列研究進一步明確胰島素的用藥時機及用藥效果，以消除動物實驗和臨床試驗的矛盾。
動物研究提示 GLP-1 類似物和激動劑可以改善 DM 動物 IS 和 CIRI 造成的神經損傷，其作用機制與抗 OS 及細胞凋亡，減輕興奮性毒性有關[55-58]，例如新型胰高血糖素肽-1（glucagon-like peptide-1, GLP-1）類似物 Lixisenatide 可以通過增加內皮一氧化氮合酶來緩解頸動脈內皮功能障礙從而改善 DM 合并 CIRI 大鼠的神經損傷[59]，使 IS 大鼠模型的神經發生正常化[56]。新型 GLP-1/GIP 雙重激動劑 DA3-CH 和 GLP-1 單激動劑利拉魯肽均可以改善 DM 合并 CIRI 模型大鼠的 ERS 從而減少細胞凋亡，DA3-CH 作用優于利拉魯肽[55]。
核受體過氧化物酶體增殖物激活受體 γ 的激動劑噻唑烷二酮類藥物也被認為是治療各種器官缺血的潛在有效藥物。有動物實驗發現吡格列酮可以改善 DM 大鼠 CIRI，其機制與阻斷了其氧化-炎癥-凋亡級聯反應相關[60]。
在臨床研究方面，有研究基于 MEGASTROKE 聯盟的多血統全基因關聯組分析數據和哥本哈根的大樣本研究數據集，分析總結了 8 種降糖藥物對 DM 合并 IS 的影響，發現使用 GLP-1 受體激動劑和噻唑烷二酮治療可以降低 IS 發生風險，其風險比分別為 0.85［95%置信區間（confidence interval, CI）（0.77，0.94）］和 0.82［95%CI（0.69，0.98）］，而磺脲類藥物、二肽基肽酶 4 抑制劑、鈉-葡萄糖協同轉運蛋白 2 抑制劑、α-葡萄糖苷酶抑制劑、氯茴苯酸和二甲雙胍則沒有這種效應[61]。而另一項韓國的隊列研究也顯示，使用吡格列酮可能對新發的 2 型 DM 患者的原發性 IS 有預 防作用，調整后的優勢比為 0.69［95%CI（0.60，0.80）］[62]。以上2類藥物的臨床研究證據與動物實驗結果基本一致，因此，筆者認為新型降糖藥物 GLP-1 和噻唑烷二酮可能對 DM 合并 IS 患者高危人群有益。
除此之外，單純的動物實驗研究也報道了西格列汀[63]、二甲雙胍[64]此類其他降糖藥物；七氟烷、異氟醚[65]、舒芬太尼、右美托咪定[66]等麻醉藥物；氯喹[67]、別嘌醇[68]、尼美舒利[68]等抗炎藥物；丁苯酞、單唾液酸四己糖-1 神經節苷脂[69]等營養神經藥物；鳳眼蓮[70]、銀杏葉提取物[71]、甘草酸[72]、山藥[73]、竹節參皂苷 Ⅳa[74]、金雀異黃素[75]、獨一味[76]、苦瓜[77]、姜黃素[78]等天然植物或單體；以及褪黑素[79]、微量元素硒[80]、輔酶 Q10[81]、維生素 E[82]、益生菌[83]對于 DM 合并 IS 有成效。但這些研究完全基于動物實驗，缺乏相對應的大規模臨床研究數據支持，因而研究證據單薄。
3 思考和展望
DM 對 IS 的作用貫穿疾病全程，能增強 IS 引發的一系列病理變化，例如內皮功能障礙；OS 和 ERS；表觀遺傳失調；白細胞激活、炎癥浸潤；BBB 受損；膠質細胞失能；血管和神經新生抑制等，導致神經細胞保護機制失效，神經細胞凋亡、壞死、壞死性凋亡加重，最終造成更加嚴重的腦損害。
針對 DM 合并 IS 的獨特病理生理機制，國內外研究者在藥物開發方面做了大量嘗試。以嚙齒類動物為實驗對象，使用鏈脲佐菌素腹腔注射序貫大腦中動脈閉塞手術處理是最主要的 DM+IS 實驗研究模型[52, 56, 65]，除此之外，少數研究者也使用了靈長類動物和斑馬魚[35]。有趣的是，多項研究顯示出藥物的作用并不針對單一加重的病理環節，例如 Ning 等[84]研究了一種抗炎促進物質 D-4F 對合并 1 型 DM 的 IS 大鼠的治療可以改善功能結局，發現其可以減少 BBB 損傷，減少白質損傷和炎癥因子表達，同時增加缺血腦組織中 M2 巨噬細胞極化有關，進一步研究發現 D-4F 增加 miRNA-124a 表達，并減少基質金屬蛋白酶-9、腫瘤壞死因子-α和 Toll 樣受體-4 基因在缺血性腦和原代皮質神經元和小膠質細胞培養中的表達。
IS 是一種高度復雜的疾病過程，它涉及多個環節的級聯反應，這些因素并不獨立，并且相互關聯、相互串擾，造成腦組織損傷的惡性循環，共同促使疾病快速進展。例如 IS 后內質網釋放的鈣會增加線粒體 ROS 產生，內質網錯誤折疊蛋白和線粒體內 ROS 積累擾亂了基本的細胞器功能，繼續引發炎癥反應，通過炎癥或線粒體功能障礙產生的 ROS 會加速線粒體功能障礙[85]。CIRI 還可以同時引起 ROS 生成、Ca2+超載、興奮性氨基酸、炎癥反應和細胞凋亡[86]。因此，切斷表型之間的異常串擾也是藥物開發的思路之一。
總之，對于 DM 合并 IS 的病理生理機制已經進行了多角度的研究，同時也進行了較多的藥物開發和探索，目前存在主要問題是：雖然體外和動物模型中可以獨立操縱疊加的高血糖及腦缺血因素，但無法完全模擬人類 DM 合并 IS 完整病理損傷的真實世界。這些復雜而不完全獨立的因素存在引起了實驗設計的困擾，進一步引起了統計方法的選擇障礙，甚至出現沖突的結果，因此很難推動 Ⅰ 期臨床實驗，給 DM 合并 IS 的新藥開發帶來了極大的困難。中醫藥與現代藥物的研發程序不同，是采取“從臨床出療效，從實驗找證據”的逆向推進過程，同時，有良好的群眾基礎和強大的政策支持，或許能為 DM 合并 IS 的治療帶來新的思路。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。
糖尿病（diabetes mellitus, DM）是由胰島素分泌或作用缺陷引起的碳水化合物、脂肪、蛋白質等物質代謝紊亂導致的以慢性血糖升高為特征的代謝綜合征[1]。目前，全世界有 5.37 億 DM 患者，估計至 2045 年 DM 人數將達到 7.83 億[2]；我國成年人 DM 患病率為 11.2%～12.8%，預計患病人數達 1.298 億[3]。
腦卒中是全世界范圍內造成人類殘疾和死亡的主要原因，其中缺血性卒中（ischemic stroke, IS）約占 87%[4]，2021 年中國城市居民腦血管病（粗）死亡率為 140.02/10 萬，占城市總死亡人數的 21.71%，位列城市居民全死因的第 3 位[3]。DM 是 IS 的主要危險因素，大約 30%的 IS 患者患有 DM[5]，合并 DM 的 IS 患者殘疾率、死亡率、復發率都更高[6]。從臨床角度來看，DM 合并卒中患者具有以下 3 個方面特點：① 發病率更高：罹患卒中的風險是非 DM 人群的 2～4 倍[7]，即使在 DM 前期也會增加卒中風險[8]；② 病情更嚴重：由于腦缺血再灌注損傷（cerebral ischemia reperfusion injury, CIRI）發生率更高，患者出現肢體功能障礙和認知障礙病情更加嚴重，住院周期更長[9]；③ 再卒中及死亡風險更高[9]。因此，DM 合并 IS 是重要研究課題。且動物研究發現，在相同疾病狀態下，DM 和非 DM 激活的下游信號通路并不一致[10]，有益于非 DM 合并卒中患者的治療也不一定同樣有益于 DM 卒中患者。因此，本文按疾病病理進展的時間順序梳理了 DM 合并 IS 的病理生理機制研究現狀，以為藥物干預 DM 卒中人群的相關研究提供參考。
1 病理生理機制
1.1 遺傳易感性
IS 是一種具有一定遺傳性的復雜疾病，因此遺傳背景可能是 IS 的危險因素，多血統全基因組關聯研究已經發現了與中風有關的 32 個風險位點[11]，DM 及其并發癥亦有明顯的遺傳成分[12]，因此了解 DM 合并 IS 的差異性基因座有助于該疾病潛在藥物的開發。
目前已有研究關注了載脂蛋白基因多態性與 DM 合并 IS 的關系，納入了 243 例 2 型單純 DM 與 210 例 2 型 DM 合并 IS 患者，發現ε 2/ε 3 基因型可能導致中國 2 型 DM 患者發生 IS 的風險增加[13]。還有研究發現組蛋白乙酰化酶 3（histone deacetylase 3, HDAC3）和 HDAC9 基因與 DM 病史的組合可能會加劇動脈粥樣硬化的惡化，從而增加 IS 的風險[14]。動物實驗也證明抑制 HDAC3 可以改善 DM 小鼠的 CIRI[15]。
1.2 內皮功能障礙
血管內皮對于維持血管結構和調節血管舒縮功能至關重要。DM 會影響腦血管結構，導致血管不良重構、病理性新生血管形成和血管退化，導致肌源性反應受損和內皮功能障礙[16]。慢性高血糖和晚期糖基化終產物通過誘導內皮損傷和細胞功能障礙加速動脈粥樣硬化[17]。一氧化氮可放松血管平滑肌并調節血管舒張，DM 會干擾一氧化氮的激活和平滑肌對一氧化氮的反應，從而導致內皮功能障礙和動脈粥樣硬化[18]。DM 會影響循環中內皮祖細胞的功能導致血管內皮生長因子和內皮一氧化氮合酶減少[19]。多項研究發現 DM 合并 IS 患者血栓成分中血凝塊纖維蛋白、白細胞含量更高，紅細胞成分更少，而非 DM 患者則沒有這種改變[20-21]。
1.3 氧化應激（oxidative stress, OS）加重
活性氧（reactive oxygen species, ROS）是激活促炎信號通路的重要介質，由于葡萄糖代謝改變，胰腺β細胞氧化損傷、內皮功能障礙等因素，DM 可以誘導產生高水平的 ROS，在巨噬細胞和內皮細胞之間串擾；同時 DM 會導致細胞抗氧化防御系統的耗竭，晚期糖基化終產物形成、葡萄糖自氧化以及微量營養素和具有抗氧化特性的細胞元素消耗[22]，氧化系統和抗氧化系統嚴重失衡造成蛋白質、脂質、碳水化合物和核苷酸的破壞，這種 OS 反應最終導致大血管并發癥的快速進展[23]，促進 IS 發生。
CIRI 是引發梗死后病情加重的重要病理機制。在再灌注狀態下，恢復的血流供應攜帶大量的氧氣進入損傷組織，爆發性增多的氧氣具有很強的奪電子能力，導致大量的 ROS 產生，包括超氧陰離子、羥基自由基、過氧化氫，而 DM 患者抗氧化系統功能明顯減弱，引起更加嚴重的 OS 反應[24]。
1.4 內質網應激（endoplasmic reticulum stress, ERS）加重
ERS 在神經系統疾病中發揮重要作用，內質網中蛋白的錯誤折疊和積累引發多種神經系統慢性疾病，在中風和脊髓損傷中，ERS 的慢性激活被認為是導致神經元疾病的主要原因[25]。與非 DM 大鼠相比，DM 大鼠在 CIRI 發生后 ERS 標志物顯著增加，Caspase-12（ERS 誘導的凋亡因子）激活從而加速細胞凋亡[26]。
1.5 表觀遺傳失調
表觀遺傳是指在基因的 DNA 序列沒有發生改變的情況下，基因功能發生了可遺傳的變化，并最終導致了表型變化。
近來，越來越多的研究集中在與中風和 DM 合并癥相關的微小 RNA（microrna, miRNA）與長鏈非編碼 RNA（long non-coding RNA, lncRNA）的作用上。有研究發現在 DM 患者中風發生后血清中 miRNA-195-5p 與 miRNA-451a 的水平上調2倍，72 h 后逐漸下降，但不會完全衰減（非 DM 患者趨于完全衰減），這提示 DM 部分影響了 miRNA 的調節功能[27]。還有研究發現 2 型 DM 小鼠 IS 發生后血清和腦組織中 miR-126 水平低于未患 DM 的 IS 小鼠，而 miR-126 降低伴隨著小鼠卒中后血管和白質重塑減少以及神經功能惡化[28]。Duan 等[29]研究發現，伴有 2 型 DM 的卒中患者 miR-223 和 miR-146a 的表達降低，進一步研究發現高血糖會導致血小板和血漿中 miR-223 的下調，并導致血小板活化。還有研究顯示，在DM 合并急性 IS 患者的血漿樣本中 miR-124 水平低于單純的 DM、IS 和正常對照組的患者，lncRNA 核富集轉錄體 1（nuclear enriched abundant transcript 1, NEAT1）的表達與炎癥標志物 C 反應蛋白和 腫瘤壞死因子-α 呈正相關，與 miRNA-124 的水平呈負相關，這提示在 DM 患者中，LncRNA NEAT1 可能影響急性 IS 的發生率、嚴重程度、炎癥和預后，NEAT1 表達水平可用作 DM 患者卒中的診斷標志物[30]。
1.6 炎癥反應加劇
炎癥反應是一種高度調節的生物程序，一方面可以使先天性和適應性免疫系統能有效地工作，對機體發揮保護作用；另一方面，炎癥正常消退機制的失效可能會造成炎癥放大，造成機體損傷。低度循環炎癥是 2 型 DM 患者的常見特征，流行病學研究已經證實了炎癥生物標志物與 2 型 DM 并發癥之間的關聯[31]。由于 DM 導致的大腦低度炎癥，在最初已經破壞神經血管單元的正常功能，IS 尤其是 CIRI 發生后，以激活和釋放細胞因子、趨化因子、黏附因子和蛋白水解酶為特征的強烈炎癥反應會導致中風后的嚴重腦損傷，導致腦損傷程度更重，死亡率和殘疾增加[32]。
DM 大鼠在 CIRI 后，其腦組織的血流狀態 改變和白細胞黏附性增強，導致腦循環池中白細胞增加，再灌注損傷反應加重[33]。DM 小鼠在 IS 發生后，促炎的高遷移率族蛋白 B1 以及炎癥因子白細胞介素（interleukin, IL）-1β、IL-6、誘導型一氧化氮合成酶增高[34]。而 Zhao 等[35]使用高脂飼料喂養樹鼩 8 周后靜脈注射鏈脲佐菌素建立 DM 模型，然后建立腦血栓 IS 模型，其發現 DM+IS 組梗死面積大于 IS 組［（19.56±1.25）%］，神經細胞超微結構異常更為明顯，可推測 IL-8 表達增加和炎癥狀態激活可能是 DM 樹鼩 IS 易感性增加的原因，而使用缺血后處理可以通過改善炎癥和應激反應減少梗死面積和神經損傷[36]。除了對腦部的直接損害，由 DM 增強的炎癥反應會釋放到循環中進而引發心臟病理變化，誘發心律失常、心肌損傷和心力衰竭為特征的腦心綜合征，這是中風后階段死亡的第 2 大 原因[37]。
1.7 血腦屏障（blood brain barrier, BBB）受損加重
BBB 是指腦毛細血管壁與神經膠質細胞形成的血漿與腦細胞之間的屏障和由脈絡叢形成的血漿和腦脊液之間的屏障，它的存在使 CNS 處于免疫優勢地位。既往的動物研究表明，高血糖驅動的神經炎癥可以導致 BBB 損害從而引起 DM 小鼠的記憶喪失[38]，而抑制 HDAC3 可以改善 db/db 小鼠的 BBB 損傷[39]。DM 不僅會影響腦血管結構，還會改變腦血管功能，加重 BBB 完整性的破壞，導致大腦中血流迅速改變和大腦的微出血。腦水腫是缺血性中風患者死亡的主要原因，DM 已被證明會在 CIRI 后加重腦水腫[40]，其具體機制尚未完全清楚，目前的證據表明 DM 大鼠 IS 或 CIRI 發生后 BBB 的 Na+-K+-Cl-協同轉運和 Na+/H+交換活動增強，因此導致 DM 大鼠腦水腫和腦 Na+攝取量更大[16]。綜上，當 IS 損傷疊加在 DM 的病理結構上時，神經血管損傷更大，而且修復機制失敗，導致更大的身體和認知缺陷。
1.8 支持細胞損傷加重
少突膠質細胞、小膠質細胞、星型膠質細胞都是 CNS 的支持細胞，參與了多種的神經病理生理過程。DM 小鼠少突膠質前體細胞數量和髓鞘堿性蛋白表達水平降低，且其遷移和存活能力受到抑制[41]。有研究發現，db/db DM 小鼠在慢性腦低灌注 8 周后相比對照組表現出更嚴重的白質損傷，可能與少突膠質祖細胞募集增殖和存活減少有關[42]。與非 DM 組相比，DM 組大鼠卒中后星形膠質細胞腫脹和反應也更為明顯，而控制血糖可以部分阻止這些變化[43]。還有研究發現，DM 抑制星形膠質細胞的活化，加劇脫髓鞘并抑制髓鞘再生過程[44]。高血糖還能誘導小膠質細胞異常激活，并向 M1 方向（促炎）極化，最終可導致促炎細胞因子的持續釋放及炎癥信號的放大[45]。
1.9 血管新生減少
血管新生是一種自然防御機制，有助于在 IS 后恢復受影響腦組織的氧氣和營養供應，通過刺激血管生長，血管生成可以穩定腦灌注，從而促進神經元存活、腦可塑性和神經系統恢復。血管新生障礙在 DM 血管并發癥中普遍存在，在各種組織中都觀察到過度和有缺陷的血管生成[46]。有研究發現在 IS 發病后 14 d，DM 組大鼠的梗死周圍區域新生血管密度較非 DM 組降低，這提示 DM 損害了 IS 后的修復性血管形成，而 IS 后的血糖控制可以促進神經血管修復并改善功能結果[43]。
1.10 神經發生抑制
新神經元替換死亡或垂死的細胞有助于學習和記憶和/或維持大腦區域，在成年哺乳動物的大腦中，來自神經干/祖細胞的神經發生集中在2個區域：齒狀回的顆粒下區和側腦室的腦室下區，生成的成神經細胞遷移到其適當的位置并分別分化為成熟的顆粒細胞和嗅球中間神經元。在諸如中風等腦損傷之后，在腦室下區產生的成神經細胞也遷移到非常規區域，例如紋狀體和大腦皮質，可以恢復部分神經功能[47]。與胰島素依賴的代謝活躍組織（如脂肪和肌肉）類似，神經元也可以產生高胰島素血癥誘導的胰島素抵抗，影響神經發生，從而導致 DM 神經病變和阿爾茨海默病[48]。有研究發現在 db/db DM 小鼠中，代謝參數改善（體重、血糖、胰島素水平）和 BrdU 陽性細胞數量呈正相關，提示控制代謝有益于中樞的神經發生[49]。
1.11 神經元死亡
根據缺血的時間長短，神經細胞可呈現不同形式的損傷和修復形式，何種形式的細胞損傷修復，取決于總體損傷嚴重程度。高濃度的葡萄糖會誘導細胞凋亡，抑制內皮祖細胞增殖、遷移和體外血管生成能力[50]，此外，DM 大鼠 CIRI 后再灌注區腦組織細胞間黏附因子和環氧合酶 2 表達提前且表達量增加，神經元凋亡加劇從而干擾了組織修復的進程[51]。
1.12 其他
有研究者用高脂飲食聯合鏈脲佐菌素鏈脲佐菌素在 C57BL/6 小鼠中誘導 DM，然后對小鼠進行大腦中動脈閉塞 30 min 建立 DM 合并 IS 模型，發現 DM 小鼠在 IS 前后的下丘腦促腎上腺皮質激素釋放激素、垂體阿黑皮素原和血漿皮質酮水平升高，這表明在 DM 條件下下丘腦-垂體-腎上腺軸過度激活[52]，而使用美替拉酮（一種糖皮質激素合成抑制劑）進行卒中后治療降低了 DM 小鼠缺血性腦中的 IL-6 表達和梗死面積。
還有研究發現，非 DM 大鼠 CIRI 后緩激肽 B2 受體上調從而有效地減少了腦梗死體積及細胞損傷，而 DM 大鼠 CIRI 后出現緩激肽 B1 受體上調、B2 受體下調可能影響了修復的進程，可見著重點在于選擇性激肽受體激動劑的開發[10]。
2 藥物研究進展
胰島素是目前唯一進行臨床隨機對照實驗的藥物。動物實驗表明，胰島素使用可以減輕 DM 合并 IS 大鼠的 CIRI，這種作用與胰島素糖原合酶激酶 3β抑制劑屬性有關，而與降低血糖作用無關[53]；Cochrane 研究數據顯示在 IS 發生的最初 24 h 使用胰島素控制血糖在正常水平，并不能改善患者的神經功能以及死亡率，強化的降糖方案還會帶來低血糖風險[54]。對此，筆者認為胰島素可能有獨立于血糖控制之外的神經保護作用，但神經保護藥物用量不等同于維持正常血糖的藥物用量；同時，IS 發生前長期使用胰島素的神經保護作用也值得被關注；上述問題需要進行大規模隊列研究進一步明確胰島素的用藥時機及用藥效果，以消除動物實驗和臨床試驗的矛盾。
動物研究提示 GLP-1 類似物和激動劑可以改善 DM 動物 IS 和 CIRI 造成的神經損傷，其作用機制與抗 OS 及細胞凋亡，減輕興奮性毒性有關[55-58]，例如新型胰高血糖素肽-1（glucagon-like peptide-1, GLP-1）類似物 Lixisenatide 可以通過增加內皮一氧化氮合酶來緩解頸動脈內皮功能障礙從而改善 DM 合并 CIRI 大鼠的神經損傷[59]，使 IS 大鼠模型的神經發生正常化[56]。新型 GLP-1/GIP 雙重激動劑 DA3-CH 和 GLP-1 單激動劑利拉魯肽均可以改善 DM 合并 CIRI 模型大鼠的 ERS 從而減少細胞凋亡，DA3-CH 作用優于利拉魯肽[55]。
核受體過氧化物酶體增殖物激活受體 γ 的激動劑噻唑烷二酮類藥物也被認為是治療各種器官缺血的潛在有效藥物。有動物實驗發現吡格列酮可以改善 DM 大鼠 CIRI，其機制與阻斷了其氧化-炎癥-凋亡級聯反應相關[60]。
在臨床研究方面，有研究基于 MEGASTROKE 聯盟的多血統全基因關聯組分析數據和哥本哈根的大樣本研究數據集，分析總結了 8 種降糖藥物對 DM 合并 IS 的影響，發現使用 GLP-1 受體激動劑和噻唑烷二酮治療可以降低 IS 發生風險，其風險比分別為 0.85［95%置信區間（confidence interval, CI）（0.77，0.94）］和 0.82［95%CI（0.69，0.98）］，而磺脲類藥物、二肽基肽酶 4 抑制劑、鈉-葡萄糖協同轉運蛋白 2 抑制劑、α-葡萄糖苷酶抑制劑、氯茴苯酸和二甲雙胍則沒有這種效應[61]。而另一項韓國的隊列研究也顯示，使用吡格列酮可能對新發的 2 型 DM 患者的原發性 IS 有預 防作用，調整后的優勢比為 0.69［95%CI（0.60，0.80）］[62]。以上2類藥物的臨床研究證據與動物實驗結果基本一致，因此，筆者認為新型降糖藥物 GLP-1 和噻唑烷二酮可能對 DM 合并 IS 患者高危人群有益。
除此之外，單純的動物實驗研究也報道了西格列汀[63]、二甲雙胍[64]此類其他降糖藥物；七氟烷、異氟醚[65]、舒芬太尼、右美托咪定[66]等麻醉藥物；氯喹[67]、別嘌醇[68]、尼美舒利[68]等抗炎藥物；丁苯酞、單唾液酸四己糖-1 神經節苷脂[69]等營養神經藥物；鳳眼蓮[70]、銀杏葉提取物[71]、甘草酸[72]、山藥[73]、竹節參皂苷 Ⅳa[74]、金雀異黃素[75]、獨一味[76]、苦瓜[77]、姜黃素[78]等天然植物或單體；以及褪黑素[79]、微量元素硒[80]、輔酶 Q10[81]、維生素 E[82]、益生菌[83]對于 DM 合并 IS 有成效。但這些研究完全基于動物實驗，缺乏相對應的大規模臨床研究數據支持，因而研究證據單薄。
3 思考和展望
DM 對 IS 的作用貫穿疾病全程，能增強 IS 引發的一系列病理變化，例如內皮功能障礙；OS 和 ERS；表觀遺傳失調；白細胞激活、炎癥浸潤；BBB 受損；膠質細胞失能；血管和神經新生抑制等，導致神經細胞保護機制失效，神經細胞凋亡、壞死、壞死性凋亡加重，最終造成更加嚴重的腦損害。
針對 DM 合并 IS 的獨特病理生理機制，國內外研究者在藥物開發方面做了大量嘗試。以嚙齒類動物為實驗對象，使用鏈脲佐菌素腹腔注射序貫大腦中動脈閉塞手術處理是最主要的 DM+IS 實驗研究模型[52, 56, 65]，除此之外，少數研究者也使用了靈長類動物和斑馬魚[35]。有趣的是，多項研究顯示出藥物的作用并不針對單一加重的病理環節，例如 Ning 等[84]研究了一種抗炎促進物質 D-4F 對合并 1 型 DM 的 IS 大鼠的治療可以改善功能結局，發現其可以減少 BBB 損傷，減少白質損傷和炎癥因子表達，同時增加缺血腦組織中 M2 巨噬細胞極化有關，進一步研究發現 D-4F 增加 miRNA-124a 表達，并減少基質金屬蛋白酶-9、腫瘤壞死因子-α和 Toll 樣受體-4 基因在缺血性腦和原代皮質神經元和小膠質細胞培養中的表達。
IS 是一種高度復雜的疾病過程，它涉及多個環節的級聯反應，這些因素并不獨立，并且相互關聯、相互串擾，造成腦組織損傷的惡性循環，共同促使疾病快速進展。例如 IS 后內質網釋放的鈣會增加線粒體 ROS 產生，內質網錯誤折疊蛋白和線粒體內 ROS 積累擾亂了基本的細胞器功能，繼續引發炎癥反應，通過炎癥或線粒體功能障礙產生的 ROS 會加速線粒體功能障礙[85]。CIRI 還可以同時引起 ROS 生成、Ca2+超載、興奮性氨基酸、炎癥反應和細胞凋亡[86]。因此，切斷表型之間的異常串擾也是藥物開發的思路之一。
總之，對于 DM 合并 IS 的病理生理機制已經進行了多角度的研究，同時也進行了較多的藥物開發和探索，目前存在主要問題是：雖然體外和動物模型中可以獨立操縱疊加的高血糖及腦缺血因素，但無法完全模擬人類 DM 合并 IS 完整病理損傷的真實世界。這些復雜而不完全獨立的因素存在引起了實驗設計的困擾，進一步引起了統計方法的選擇障礙，甚至出現沖突的結果，因此很難推動 Ⅰ 期臨床實驗，給 DM 合并 IS 的新藥開發帶來了極大的困難。中醫藥與現代藥物的研發程序不同，是采取“從臨床出療效，從實驗找證據”的逆向推進過程，同時，有良好的群眾基礎和強大的政策支持，或許能為 DM 合并 IS 的治療帶來新的思路。
利益沖突：所有作者聲明不存在利益沖突。