1、低血糖腦損害及后續(xù)效應(yīng)北京醫(yī)院 丁釤 1作者單位：丁釤 100730 北京醫(yī)院內(nèi)分泌科；*通信作者：郭立新，Email： 北京醫(yī)院內(nèi)分泌科 郭立新* 低血糖即血漿葡萄糖水平低于生理范圍的狀態(tài)，也是內(nèi)科急癥之一。原因包括藥物、肝腎功能衰竭、升糖激素缺乏，葡萄糖攝入不足、內(nèi)源性高胰島素、重癥感染等杜曉暉，華敏.老年2型糖尿病患者發(fā)生嚴(yán)重低血糖的危險因素分析J.內(nèi)科急危重癥雜志,2013,19(1):13-15。臨床上大部分低血糖發(fā)生在糖尿病人群中，尤其是使用胰島素的糖尿病患者 Ahrn B.Avoiding hypoglycemia: a key to success for glucose-lo

2、wering therapy in type 2 diabetesJ.Vasc Health Risk Manag. 2013;9:155-63.。對于非糖尿病患者，低血糖的診斷標(biāo)準(zhǔn)為血糖2.8mmol/L，正在接受藥物治療的糖尿病患者血糖3.9mmol/L即屬于低血糖范疇 中華醫(yī)學(xué)會糖尿病學(xué)分會.中國2型糖尿病防治指南(2013年版)J.中華糖尿病雜志,2014,6(7):447-498。低血糖可導(dǎo)致腦損害，這在臨床及動物實驗中均得到證實，但具體機制尚未完全明確。近年國內(nèi)外多項動物及細(xì)胞實驗發(fā)現(xiàn)，低血糖相關(guān)腦損害并不單純與血糖水平降低有關(guān)，低血糖后葡萄糖再灌注對腦功能也產(chǎn)生影響。本文對低血糖

3、導(dǎo)致的腦損害以及給予葡萄糖再灌注的后續(xù)效應(yīng)作一綜述。一、低血糖造成中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害低血糖可見于各種類型糖尿病，但在1型糖尿病中的發(fā)生率更高 Cryer PE. Diverse causes of hypoglycemia-associated autonomic failure in diabetesJ. HYPERLINK /pubmed/15163777 o The New England journal of medicine. N Engl J Med.2004,350(22):2272-2279.。根據(jù)2007年英國的低血糖研究組(Hypoglycemia Study Group)報

4、道，接受胰島素治療15年的患者低血糖的發(fā)生率為320/100患者年 UK Hypoglycaemia Study Group.Risk of hypoglyeaemia in types l and 2 diabetes:effects of treatment modalities and their durationJ.Diabetolosia,2007,50(6):1140-1147。生理狀態(tài)下葡萄糖是大腦必需的能量來源。大腦攝取的葡萄糖依賴于血液循環(huán)的供給，占吸收后總體葡萄糖攝取量的60-80 DH Wasserman.Four grams of glucoseJ.Am J Physi

5、ol Endocrinol.2009,296(1):E11-21.。大腦中葡萄糖含量僅為（11237）mg/100g，人腦組織糖原含量僅為0.1腦組織重。由于大腦不能合成葡萄糖，星形膠質(zhì)細(xì)胞也不能儲存大量糖原，所以大腦維持生理功能需要持續(xù)不斷的葡萄糖供應(yīng) Cryer PE. The prevention and correction of hypoglycemia. InHandbook of physiology. Section 7,The endocrine system.Volume 2,The endocrine pancreas and regulation of metaboli

6、sm.。血糖水平正常或升高時，從循環(huán)進(jìn)入大腦的葡萄糖速率高于大腦糖代謝的速率；如果血糖降低，進(jìn)人大腦的葡萄糖速度降低，此時大腦應(yīng)用葡萄糖能量受限，導(dǎo)致能量奪獲，最終導(dǎo)致腦功能受損。低血糖造成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害具有一定的區(qū)域選擇性，傳統(tǒng)上認(rèn)為海馬CA1區(qū)、海馬齒狀回、基底節(jié)以及大腦皮質(zhì)層更易受累 Falkowska A,Gutowska I,Goschorska M.et al.Energy Metabolism of theBrain, Including the Cooperation between Astrocytes and Neurons, Especially in the Con

7、text of Glycogen MetabolismJ.Int J Mol Sci.2015,16(11):25959-25981.。近年影像學(xué)檢查如核磁共振的擴(kuò)散加權(quán)成像(DWI)發(fā)現(xiàn)低血糖(1.42.2mmol/L)造成的腦損害不限于上述部位，敏感部位可能還包括雙側(cè)內(nèi)囊、放射冠和胼胝體壓部Endo H,Shimizu H,Tominaga T,et al.Transient hyperintensity lesions on diffusion.weighted MRI in tlle bilateral intemal capsules due to hypoglycemic coma

8、J. HYPERLINK /pubmed/12685001 o No to shinkei = Brain and nerve. No To Shinkei.2003,55(2):174-175。低血糖的臨床表現(xiàn)與血糖水平、血糖的下降速度及基礎(chǔ)疾病有關(guān)，從癥狀上可分為腎上腺素樣作用和中樞神經(jīng)功能不全癥狀兩大類。前者可表現(xiàn)為顫抖、無力、心悸、焦慮、出汗、饑餓感等交感神經(jīng)興奮癥狀，后者可以表現(xiàn)為行為異常、煩躁不安、定向力下降、視力障礙、木僵、癲癇、抽搐、甚至昏迷等。其中意識障礙是低血糖最常見的神經(jīng)系統(tǒng)癥狀 Russo VC, Kobayashi K，Naldovska S，et a1Neurona

9、l protection from glucose deprivation via modulation of glucose transport and inhibition of apoptosis：a role for the insulin-like growth factor systemJ.Brain Res.2004,1009(1-2):40-53.。與高血糖所致并發(fā)癥需要多年積累得以顯現(xiàn)不同，低血糖的影響可以在幾分鐘內(nèi)產(chǎn)生，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)，任其發(fā)展可導(dǎo)致認(rèn)知功能受損、運動功能受損，嚴(yán)重者可在幾個小時之內(nèi)造成昏迷甚至死亡 Casey M, Donovan, Alan G,et

10、al.Peripheral and Central Glucose Sensing In Hypoglycemic DetectionJ. Physiology (Bethesda). 2014,29(5):314-324.。低血糖造成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害與低血糖的嚴(yán)重性成正比 Kahn, K.J, and Myers, R.E,et a1.Insulin-induced hypoglycaemia in the nonhuman primate. I. Clinical consequences. InBrain hypoxia. J.B. Brierly and B.S. Meldrum,

11、editors. William Heinemann Medical Books Ltd. London, United Kingdom. 185194.。但低血糖造成的中樞神經(jīng)系統(tǒng)損害不僅與能量奪獲有關(guān)。低血糖可以導(dǎo)致中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)環(huán)境紊亂，以及線粒體膜通透性的改變。海馬CA1區(qū)、海馬齒狀回、基底節(jié)以及大腦皮質(zhì)層等低血糖易損神經(jīng)細(xì)胞受到豐富的谷氨酸能神經(jīng)支配，低血糖時造成谷氨酸受體持續(xù)興奮和激活導(dǎo)致毒性作用，使這些神經(jīng)細(xì)胞受到損害 HYPERLINK /pubmed/?term=Amaral AIAuthor&cauthor=true&cauthor_uid=23109064 Amaral

12、AI.Effects of hypoglycaemia on neuronal metabolism in the adult brain: role of alternative substrates to glucoseJ.J Inherit Metab Dis. 2013,36(4):621-634.。低血糖會使神經(jīng)細(xì)胞外液中谷氨酸和天冬氨酸的濃度若干倍升高，對突觸前谷氨酸受體的消融可以防止低血糖導(dǎo)致的神經(jīng)元死亡Singh P,Jain A,Kaur G.Impact of hypoglycemia and diabetes on CNS: correlation of mitochon

13、drial oxidative stress with DNA damageJ. Mol Cell Biochem,2004,260(1-2):153-159.。此后陸續(xù)有研究發(fā)現(xiàn)，低血糖可以引起氧化應(yīng)激、炎癥和內(nèi)皮功能損害Wang J, Alexanian A, Ying R,et al.Acute exposure to low glucose rapidly induces endothelial dysfunction and mitochondrial oxidative stress: role for AMP kinaseJ. Arterioscler Thromb Vasc B

14、iol, 2012,32(3):712-720.。在1型糖尿病患者中，胰島素誘導(dǎo)產(chǎn)生低血糖（2.9mmol/L）2小時后，循環(huán)中血管內(nèi)皮氧化應(yīng)激的相關(guān)因子明顯升高Antonio Ceriello,Anna Novials,Emilio Ortega,et al.Vitamin C further improves the protective effect of GLP-1 on the ischemia-reperfusion-like effect induced by hyperglycemia post-hypoglycemia in type 1 diabetesJ.Cardiova

15、sc Diabetol,2013,12:97.。而氧化應(yīng)激是公認(rèn)的糖尿病并發(fā)癥的發(fā)病機制中的關(guān)鍵角色Giacco F,Brownlee M.Oxidative stress and diabetic complicationsJ.Circ Res, 2010,107(9)：10581070.。低血糖產(chǎn)生的活性氧自由基（reactive oxygen species，ROS）進(jìn)而促使DNA修復(fù)酶poly(ADP-ribose) polymerase-1,PARP-1)的激活，在神經(jīng)細(xì)胞凋亡的產(chǎn)生中起到重要作用。二、低血糖后葡萄糖再灌注造成腦損害然而上述負(fù)面效應(yīng)并不只在低血糖時出現(xiàn)，低血糖發(fā)生后給

16、予葡萄糖再灌注時同樣會產(chǎn)生 Suh SW, Gum ET, Hamby AM,et a1. Hypoglycemic neuronal death is triggered by glucose reperfusion and activation of neuronal NADPH oxidaseJ. J Clin Invest. 2007,117(4):910-918。有研究證實，在1型糖尿病的低血糖癥后高血糖通過氧化應(yīng)激產(chǎn)生并加重內(nèi)皮功能障礙和炎癥 Ceriello A, Novials A, Ortega E,et a1.Evidence that hyperglycemia afte

17、r recovery from hypoglycemia worsens endothelial function and increases oxidative stress and inflammation in healthy control subjects and subjects with type 1 diabetesJ. Diabetes. 2012,61:29932997.。這些結(jié)果表明，低血糖后高血糖產(chǎn)生類似“缺血后再灌注”的作用。可能的機制如下：（1）葡萄糖再灌注引起過氧化損害：Suh等在實驗中發(fā)現(xiàn)，在大鼠和體外培養(yǎng)的神經(jīng)細(xì)胞中，由胰島素誘導(dǎo)低血糖后給予不同血糖濃度再灌注

18、，可以成比例的引起神經(jīng)元細(xì)胞死亡并且促使過氧化反應(yīng)增加。該實驗發(fā)現(xiàn)葡萄糖再灌注期間神經(jīng)細(xì)胞的還原型煙酰胺腺嘌呤二核苷酸（NADPH）氧化酶活性增高，這可能是低血糖導(dǎo)致過氧化現(xiàn)象和神經(jīng)元死亡的原因之一。NADPH氧化酶廣泛存在于人體中，它的活化可使活性氧簇(ROS)自線粒體中釋放，消耗胞質(zhì)中的還原型谷胱甘肽(GSH)以及NADPH，直接損害DNA并造成神經(jīng)元凋亡及壞死。如果在低血糖后輸注葡萄糖的同時給予NADPH氧化酶抑制劑，可以一定程度的減輕神經(jīng)細(xì)胞損害。同時實驗發(fā)現(xiàn)，超氧化物的形成、NADPH的激活與神經(jīng)細(xì)胞死亡與低血糖后再灌注期間增加血糖濃度升高有關(guān)。但是尚未確定具體速度與幅度的具體數(shù)值2

19、0。（2）葡萄糖再灌注引起細(xì)胞自噬：在體外培養(yǎng)的小鼠腦神經(jīng)瘤細(xì)胞Neuro2a中，低血糖引起神經(jīng)細(xì)胞死亡，且低血糖時間約長細(xì)胞死亡越多。低血糖發(fā)生期間，細(xì)胞自噬相關(guān)蛋白微管相關(guān)蛋白1輕鏈3（Microtubule-associated proteins light chain 3，LC3）剪切程度增加、p62蛋白降低、剪切后的caspase3增多、PARP增加均反映出細(xì)胞自噬增強。這提示自噬和凋亡的活化參與到神經(jīng)細(xì)胞死亡的過程中。如果低血糖后給予葡萄糖再灌注時可以觀察到神經(jīng)細(xì)胞中細(xì)胞自噬的標(biāo)志物caspase3、溶酶體蛋白酶、組織蛋白酶B/D的異?；罨?。如果給予溶酶體蛋白酶抑制劑，則自噬現(xiàn)象減

20、輕。雖然目前對于自噬在神經(jīng)損害中的效應(yīng)存在爭論，但該實驗結(jié)果提示葡萄糖再灌注損害中存在自噬，且與神經(jīng)細(xì)胞死亡有關(guān)。而caspase3和溶酶體蛋白酶可能是葡萄糖再灌注誘導(dǎo)自噬的主要驅(qū)動力 Bong Geom Jang, Bo Young Choi, Jin Hee Kim. Impairment of Autophagic Flux Promotes Glucose Reperfusion-Induced Neuro2A Cell Death after Glucose DeprivationJ.PLoS One. 2013,8(10):e76466。（3）葡萄糖再灌注導(dǎo)致動物海馬神經(jīng)元損害：胰

21、島素誘導(dǎo)的低血糖大鼠葡萄糖再灌注后有不同程度的腦損害，在相同時間(1h)達(dá)到不同的血葡萄糖水平梯度并維持相同的灌注時間(3 h)，更高的血糖水平組大鼠海馬神經(jīng)元凋亡更加明顯，其行為學(xué)改變也有差異，提示灌注速度與幅度對低血糖后再灌注的重要影響，即葡萄糖灌注的速度越快，濃度越高，則死亡的神經(jīng)細(xì)胞越多褚秀麗，趙玉武，米亞靜等.血糖升高水平對大鼠低血糖性腦損害影響的實驗研究J.中華糖尿病雜志,2012,4(3):170-176。（4）葡萄糖再灌注引起循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)氧化應(yīng)激：Ceriello等觀察了15例一般狀態(tài)良好且2年內(nèi)無低血糖病史的1型糖尿病患者，予以低血糖鉗夾至血糖（2.90.1mmol/L）共2小

22、時后再予20%葡萄糖靜脈注射提高血糖水平，糾正血糖水平至正常范圍（4.5mmol/L）時，反應(yīng)內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激的一些因子如可溶性細(xì)胞間粘附分子1（sICAM-1）、8異前列腺素F2（8-iso-PGF2）、硝基酪氨酸和 IL-6較基礎(chǔ)值仍是升高的。如果低血糖后予以糾正血糖至較高水平（15mmol/L）則上述各種反應(yīng)氧化應(yīng)激程度的標(biāo)志物升高的更加明顯19。提示低血糖后葡萄糖再灌注造成循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)過氧化反應(yīng)增加，這勢必會影響到中樞神經(jīng)系統(tǒng)，可能在低血糖后葡萄糖再灌注時的腦損害過程中占有一定作用。三、低血糖腦損害的防治目前臨床上治療低血糖的唯一方法是給予患者補充葡萄糖，將血糖水平調(diào)整至正常范圍內(nèi)。但在

23、糾正低血糖及葡萄糖再灌注神經(jīng)損害方面，尚未發(fā)現(xiàn)明確有效的措施。研究發(fā)現(xiàn)，低血糖后葡萄糖再灌注損害也受體溫(顱內(nèi)溫度)的影響，隨著溫度的降低(40逐漸降至33)，鋅離子釋放減少，過氧化物產(chǎn)生減少，神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞活性損害減輕，提示再灌注損害是溫度依賴性的，在糾正低血糖時適度降低顱內(nèi)溫度可能有益 Shin BS,Won sj,Yoo BH,et al.Prevention of hypoglycemia-induced neuronal death by hypothermiaJ. HYPERLINK /pubmed/19861976 o Journal of cerebral blood flow

24、and metabolism : official journal of the International Society of Cerebral Blood Flow and Metabolism. J Cereb Blood Flow Metab.2010,30(2):390-402.。胰高血糖素樣肽-1（GLP-1）抑制胃排空，減少腸蠕動，故有助于控制攝食，減輕體重，并能夠保護(hù)胰腺細(xì)胞功能，在糖尿病治療中具有重要地位。近期發(fā)現(xiàn)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有GLP-1特異性受體。GLP-1可以改善內(nèi)皮功能并減輕內(nèi)皮細(xì)胞的氧化應(yīng)激反應(yīng)，甚至在心臟缺血再灌注過程中具有保護(hù)作用。前述Ceriello等人的另

25、一項研究中，如果在由低血糖恢復(fù)至正常血糖范圍（4.5mmol/L）甚至高血糖（15mmol/L）的同時給予GLP-1，則內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激因子sICAM-1、8-iso-PGF2、硝基酪氨酸和 IL-6相比于葡萄糖再灌注時明顯降低，提示內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激減輕。這提示GLP-1在低血糖后葡萄糖再灌注過程中減輕內(nèi)皮細(xì)胞氧化應(yīng)激的作用。在GLP-1基礎(chǔ)上同時給予維生素C，則可以使各項因子降低的更加顯著，幾乎接近基線水平。維生素C具有清除氧自由基的作用，可能增強了GLP-1在葡萄糖再灌注下對內(nèi)皮的的保護(hù)效果19。由此可以猜測GLP-1及其類似物可能會在葡萄糖再灌注腦損害中起到保護(hù)作用，但尚需研究證實。氯化

26、鋰是一種臨床上用于治療雙相情感障礙的藥物，最近發(fā)現(xiàn)在壓力導(dǎo)致的動物神經(jīng)系統(tǒng)應(yīng)激及紊亂中，氯化鋰具有神經(jīng)保護(hù)作用。并且，在低血糖誘發(fā)PC12神經(jīng)元細(xì)胞凋亡時，如給予氯化鋰可以通過降低wnt3a蛋白及-鏈蛋白（-catenin）水平和提高GSK-3水平級來抑制Went信號通路，從而逆轉(zhuǎn)凋亡過程。故而推測氯化鋰在低血糖引起的腦損害中具有潛在的治療價值 HYPERLINK /pubmed/?term=Xu YAuthor&cauthor=true&cauthor_uid=27241942 Xu Y, HYPERLINK /pubmed/?term=Wang QAuthor&cauthor=true&cauthor_uid=27241942 Wang Q, HYPERLINK /pubmed/?term=Li DAuthor&cauthor=true&cauthor_uid=27241942 Li D, HYPERLINK /pubmed/?term=Wu ZAuthor&cauth