可溶性细胞外AGEs可以与多种不同的细胞表面受体结合，其中对糖尿病并发症最重要的受体是高级唐基因化终产物受体（receptor for advanced glycation endproducts,RAGE）。这种受体可与包括AGEs在内的很多配体结合，RAGE的激活可刺激NADPH氧化酶和其他细胞内信号转导通路。活化的NADPH氧化酶产生大量的细胞质和细胞外超氧化物，超氧至少表明3-NT是糖尿病心肌细胞损伤的一个标记分子。体功能障碍与ROS的形成密切相关，并被认为在DCM的发生发展中起关键作用。此外，CA2+通道数量减少改变了心肌细胞膜CA2+-ATP酶的活性，并且心肌细胞膜NA+-CA2+交换功能降低亦与ROS相关。
关键词：糖尿病心肌病，金属硫蛋白，内质网应激，凋亡
近来发现除循环RAS以外，在人体其他器官或组织局部还存在着独立的RAS，如心脏本身存在RAS，它并不依赖循环中的肾素、血管紧张素和血管紧张素转换酶（ACE），而是通过局部的自分泌、旁分泌和细胞内分泌系统独立发挥生物学作用。心肌组织中的ACE可使血管紧张素I（AngI）近一步转变为血管紧张素II(AngII)，而血管紧张素转换酶抑制剂(ACEI)则可有效的抑制这种变化。心脏中多种细胞如心肌细胞、成纤维细胞、内皮细胞等均能合成AngII。AngII主要通过其受体（AT1和AT2）发挥作用。心血管组织局部RAS在维持心血管正常结构及功能方面起重要作用，同时也参与多种心血管疾病的发病过程。研究认为糖尿病早期即存在心脏局部RAS激活，表现为心肌组织血管紧张素原、肾素、AT1、AngII含量增加，ACE及AT2活性增强，AT1数目及亲和力均增加。AngII在DCM发病中的作用机制主要包括：AngII对心肌细胞及非心肌细胞的作用：肥厚心肌中肾素、AngI、AngII、ACE和AT1表达增强，这提示心脏局部RAS的异常表达参与了心肌肥厚的发生。AngII可能在引起心肌肥厚的诸多因素中起重要作用。研究发现AT1主要分布于心肌成纤维细胞上，AngII直接作用于心肌成纤维细胞，通过细胞表面的AT1刺激心肌成纤维细胞增生及胶原代谢产生AGE交联。这可能破坏胶原蛋白的降解能力，导致胶原蛋白的积累或纤维化。胶原蛋白交联和弹性蛋白交联以及由此产生的纤维化可以引起心肌僵硬和舒张功能受损。
氧化型胆固醇所致的氧化损伤。氧化型胆固醇是一种具高度毒性的胆固醇氧化衍生物。在STZ诱导的糖尿病大鼠心脏中，7-β-羟基胆固醇和7-酮基胆固醇均显著增加，且同时伴随心肌氧化损伤。在维持心肌结构的完整性上，纤维状胶原蛋白起着关键作用。细胞外胶原蛋白的量是由基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinase,MMPs）及其抑制剂（tissue inhibitor of metalloproteinase,TIMPs）介导的合成和降解平衡决定的。MMPs在心肌重塑和心脏衰竭的病人和动物模型心脏中活性增加。胶原蛋白合成和MMPs调控紊乱被认为是糖尿病心脏功能障碍的关键因素。在糖尿病大鼠组织及体外培养暴露于高糖的内皮细胞中MMPs活性显著增加。胶原蛋白合成及MMPs活性的增强均与ROS的形成有关，证据表明如果ROS的形成被抑制，则由高糖诱导的MMPs也可能被阻止。以上数据表明，由高血糖诱导ROS和RNS引起的氧化应激涉及DCM的发病。
心脏抗氧化能力下降。线粒体呼吸链是心肌细胞中重要的能量释放系统，氧化还原反应在此系统中持续发生。线粒体产生的超氧自由基，如NADPH氧化酶产生的超氧自由基能产生高活性自由基，从而损害细胞的DNA、蛋白质和脂质。因此有效的抗氧化系统，如SOD、过氧化氢化物又能与NO结合，形成高活性及破坏性过氧化亚硝酸盐。由于NO是一种重要的细胞信号分子，过氧化亚硝酸盐的形成导致NO的水平降低破坏了正常细胞信号。超氧化物也能转化为另一种
高活性ROS，这种羟自由基可以破坏蛋白质、脂类和核酸。通过升高胞内自由基及激活多个信号通路，活化RAGE的受体上调应激相关的转录因子NF-KB69并修正整个细胞的基因表达，在转基因高表达RAGE的啮齿目DCM动物模型中，可以降低Ca2+流失及延长Ca2+储存，心脏局部肾素-心血管紧张素（RAS）系统激活。虽然CHOP在生理状态下很少被检测到，但是在ERS状态可被强烈诱导。利用过表达和CHOP基因定位突变的研究表明，在ERS中CHOP可促进细胞凋亡。辅酶Q是线粒体能量代谢的一个重要组成部分，也是一个潜在的抗氧化剂。在糖尿病大鼠心脏的线粒体中，维生素E的浓度增加，但是辅酶Q9、辅酶Q10的浓度明显下降。研究发现糖尿病时Na+-K+-ATP酶和Ca2+-ATP酶活性异常。糖尿病可以抑制心肌肌酸激酶（CK）的火星，由于该酶含基易被氧化，因此这种变化也与ROS的形成相关IRE1-XBP1和ATF6通路可以上调CHOP、PERK-eIF2a通路选择性上调ATF4，ATF4可激活CHOP及氨基酸代谢、转运及氧化还原反应中涉及的其他基因。CHOP基因的活化石由3个内质网应激的感应蛋白即PERK，IRE-1和ATF6介导的。对于CHOP导致凋亡的下游靶目标仍然不清楚。
ASK1/JNK途径：在ERS的促凋亡期，持续活化的PERK可以上调TRAF2，进而激活ASK1，引起JNK激活，最终导致细胞凋亡。活化的IRE-1胞质酶结构域招募接头分子TRAF2并与ASK1共同形成IRE-1-TRAF2-ASK1复合物，继而亦激活JNK及下游线粒体/APaf-1依赖的caspase。此外，JNK抑制激酶（c-JUN-N-terminal inhibitory-kinase,JIK）与活化的IRE1相互作用，并进一步促进TRAF2和IRE-1的协同与磷酸化。ASK1会诱导细胞的凋亡，而在Ask1-/-的细胞中，ERS则不能诱导JNK的激活以及细胞凋亡，表明ASK1石ERS诱导JNK的激活以及细胞凋亡所必需的。JNK磷酸化Bcl2抑制其抗凋亡活性，也可以磷酸化Bim增加其促凋亡功能。ASK1也可激活P38进而磷酸化修饰CHOP调节细胞的凋亡，因此在ERS过程中，PERK和IRE-1可能通过调节CHOP活性增加彼此的促凋亡效果。Caspase途径：caspase-12是caspase亚家族成员，其氨基端与caspase-1及caspase-11分别有39％和38％的同源性，高水平表达在肌肉、肾、肝组织中，在脑组织中有适量表达。Caspase-12定位于内质网外膜，是介导ERS凋亡的关键分子，在死亡受体或线粒体凋亡途径中均不被活化。Caspase-12缺陷鼠能抵抗ERS引起的凋亡而其他死亡刺激仍可诱导其发生凋亡，这表明caspase-12与ERS介导凋亡的机制有关，而与非ERS介导的凋亡无关。Caspase-12与其他的caspases一样一无活性的酶原形式存在。在ERS的促凋亡器中，活化的PERK能激活caspase-12，激活后，在啮齿类动物（但不包括人类）中，caspase-12从内质网移位至细胞质，在细胞质内剪接并激活caspase-9，活化的caspase-9激活caspase-3等效应，caspases， caspase-3不需要线粒体的放大而导致细胞凋亡。Caspase-12对caspase-9的激活与线粒体凋亡途径成分Apaf-1和细胞色素C的释放无关。Caspase-4被认为在人类完成这一功能。另外，延长的内质网应激与内质网储存的Ca2+释放有关，这可以干扰线粒体引起氧化应激。Ca2+诱导的氧化应激可以诱导细胞凋亡和NF-KB的激活。增加的胞职内Ca2+可以激活钙蛋白酶，后者可以蛋白水解酶Bcl-XL（抑制其活性）及caspase-12（激活）。在光治疗中内质网Ca2+消耗后，细胞凋亡迅速启动，并且在线粒体中严格需要BAX/BAK。
综述，糖尿病心肌病与金属硫蛋白的保护目前认为由于葡萄糖异常代谢而引起的氧化或氮化应激是糖尿病诱发心肌病关键的原因。因此，DCM的抗氧化治疗已成为一种颇具吸引力的侧罗。一些临床抗氧化治疗糖尿病性心血管疾病的实
验正在进行，但并未得到有益的结果，因为很难保持恒定的血浆抗氧化剂的浓度，并且无法控制抗氧化剂分布到靶点，如心脏；再者，在所有糖尿病并发症中起到关键作用的是超氧化物的过量表达，而典型的抗氧化剂如维生素C和维生素E对超氧化物并不能起到良好的清除作用。因此，新的低分子量化合物如SOD类似物曾经被考虑作为良好的抗氧化剂。然而，这些特异清除剂在清除氧化物的同时又能产生新种类的氧化物质。如图3所示，SOD可以转变成为氧化氢和超氧化物。如果过氧化氢不能被充分地转化为水，它会转化为氢氧基，引起大分子的损伤，如蛋白质，脂质和DNA。因此，必须寻找一种内源性的、非特异性的高效抗氧化剂（能清除几乎所有的氧化产物）去清除这些活性基因，这可能比应用外源性的特异性的抗氧化剂能更有效地预防DCM。金属硫蛋白（metallothionein，MT）正好符合这个标准。
MT的生化特征：MT是细胞内一组低分子量（6-7千道尔顿）、富含半胱氨酸（61-62个氨基酸中的20个氨基酸为半胱氨酸）、无芳香或组氨酸残基的金属结合蛋白。MT有四种异构体，但MT-I和MT=I主要存在于人类和动物的心脏等器官内。MT半胱氨基酸残基的严格保守性确保了其结合金属的特性。在胜利条件下，MT主要是与必需金属锌离子(Zn2+)或铜离子（Cu2+）结合。例如在新生儿的发育过程中，在体内通过半光氨基酸硫配体形成高和金属基鳌合簇。体外金属结合研究表明，MT存在与Cd2+、Hg2+、Bi3+、Pt2+、Ag+、As3+、Au+、Co2+和Fe2+等金属结合的差异性，此外，一些重要金属与MT结合决定其蛋白构象亦存在差异性。在其完全金属化后，哺乳动物的MT具有两个截然不同的金属基螯合簇从而形成两个不同的结构域：N端的β结构域和C端的α结构域。体内各种金属超负荷可引起MT显著上调，并且由于Zn与MT的亲和力较低，镉（Cd）和铜（Cu）在体内的增高可以取代Zn而与MT结合。虽然Cu也是人体内的必需微量元素，但当其在组织内积累过量则有毒性。事实上，由于锌具有诱导MT的特性，因此补锌已成为治疗威尔逊病的一线治疗方法，由此也体现而来MT在预防铜中毒方面的重要性。游离的铜有毒性，其与铜蓝蛋白或MT结合后便可降低其毒性。因此，有症状的威尔逊病的治疗不再是以清除积累的Cu为目的，而是将血液中游离铜浓度转化为正常化从而达到治疗铜中毒的目的。由此可见通过诱导MT的Zn治疗可以安全有效的解除游离铜造成的毒性。MT结合的铜可以储存在肠道粘膜并通过粪便排出体外。
在氧化还原稳态中的作用在组织中以两种状态存在：去金属蛋白-前MT（硫蛋白，apo-MT），一斤金属化蛋白-MT。最近Krezel和Maret证明了apo-MT在体内以及体外的两种形式。因此，MT有三种存在状态：一种是与七个Zn2+结合的MT，另外两种是apo-MT，或者完全还原（硫蛋白，TR）或者完全氧化（硫堇，TO）。Krezel和Maret认为MT的这三种状态之间是互相作用的。TR和TO形成了氧化还原对，并且TR/TO取决于细胞的氧化还原电位。TR与Zn2+结合形成金属化MT，在氧化物质如NO和过氧化氢作用下MT释放出Zn2+，增加可利用的游离Zn。游离Zn可以对细胞信号产生多重影响，其作用是通过对金属反应元件结合转录因子-1（MTF-1）的结合，进而激活转录基因以调节细胞Zn的动态平衡及于抗氧化反应，由于其螯合和还原能力，TR或者终止Zn信号或者参与TR与TO的氧化还原反应。同时也表明，多中心好通路可以调控的TR水平，这反过来又影响Zn的氧化还原信号及Zn介导的基因表达（抗氧化防御）。此外，与Zn结合的MT，通过氧化剂氧化释放Zn并且形成To。因此一氧化氮和过氧化物等引起的氧化应激反应可以改变TR/TO的比例，也可以直接氧化
可溶性细胞外AGEs可以与多种不同的细胞表面受体结合
