α-硫辛酸與糖尿病未梢神經病變

  α-硫辛酸是一個在少數細胞內合成的二硫化合物。它的天然功能是作爲丙酮酸脫氫酶和 酮戊二酸脫氫酶線粒體酶複合體中的輔酶。藥理劑量下， 硫辛酸是一個多功能的抗氧化劑，在德國已經用於糖尿病神經病變超過30年。最近的研究報道，2型糖尿病病人靜脈輸注 硫辛酸可以增加胰島素介導的葡萄糖利用，所以， 硫辛酸可以作爲一個安全有效的胰島素增敏輔助治療藥物。
1 α-硫辛酸的基本認識 1937年，人們發現土豆提取物中的一種被稱爲“土豆生長因子”的成分是乳酸菌生
長必需的營養物質。之後經過數個實驗室的努力，1951年人們分離並純化了這個活性成分，它就是α-硫辛酸。一個手性中心的八碳二硫化合物(見圖1)。α-硫辛酸在體內被還原爲同樣具有生物活性的雙硫醇結構
二氫硫辛酸<DHLA)。

  圖1 α-硫辛酸與二氫硫辛酸的化學結構式。α-硫辛酸的右旋結構爲其天然形式，人工合成的旺．硫辛酸爲消旋形式．含有右旋和左旋兩種形式。從細菌到人體等有機體都可以合成α-硫辛酸，人體內的 硫辛酸可以在肝臟及其他組織內合成，之後作爲一個多酶系統脫氫酶複合體的天然輔助因子發揮作用，如丙酮酸脫氫酶(PDH)及n一酮戊二酸脫氫酶複合體。丙酮酸脫氫酶存在於線粒體內，催化丙酮酸轉化爲乙酰輔酶A過程中的氧化脫羧基作用，這是葡萄糖氧化代謝中的一個關鍵步驟。在丙酮酸脫氫酶複合體中，α- 硫辛酸共價結合在一個乙酰轉移酶的賴氨酸側鏈上。形成硫辛酰胺基，它可以接受乙酰基團並將其轉化爲輔酶A。

  由此可見，α-硫辛酸在線粒體內葡萄糖轉化爲能量的途徑中起到重要的作用。 α-硫辛酸和二氫硫辛酸同樣都是強力的抗氧化劑，α-硫辛酸再生谷胱甘肽的作用可能有特別的生理重要性。因爲谷胱甘肽是細胞內主要的巰基抗氧化劑。在體內氧化應激增加時。谷胱甘肽可以促進對氧化還原反應敏感蛋白的保護作用。 硫辛酸與二氫硫辛酸除了可以再生已有的谷胱甘肽外。還可以更新它的合成。   2 線粒體、自由基與氧化應激 自由基是正常代謝、衰老或疾病等狀態下所有細胞都會產生的高反應性分子結構副產品。線粒體在細胞代謝中起着重要作用，也是電子轉移的場所和自由基生成的主要來源。電子轉移的過程是通過位於內層線粒體原蛋白鏈完成的，這樣在膜兩側就會形成pH梯度，促使ATP生成，此過程有時也會發生在呼吸鏈以外的氧分子。使其得到電子。這個單純的還原反應。或者說是一個電子的轉移，就會生成帶有未配對電子的分子。這就是所謂的自由基。這一通過電子轉移鏈轉移電子的過程中存在着一個固有的缺陷，並且這一缺陷會隨着年齡的增長或疾病的存在而加重。所以年齡增長或疾病狀態下體內的自由基水平會增加。出現所謂的氧化應激狀態。如果自由基產生過多或被抗氧化劑中和不足，就會導致蛋白、脂肪及DNA的損傷。由於線粒體是產生自由的主要場所，所以線粒體內的成分就成爲自由基攻擊的首要目標。例如，據估計每個人每年可以產生大約1公斤的氧自由基，這會引起每天每個細胞內線粒體DNA受到近1萬次的氧化攻擊。線粒體DNA遭受的這些不可避免氧化攻擊長期累積後就會導致DNA突變頻率的增加。產生功能受損的蛋白。由於線粒體的基本功能是滿足體內能量的生理需要，所以當線粒體功能發生改變時就會引起身體的病理反應，推薦應用抗氧化劑的目的就是在於補充內源性屏功能。有實驗數據提示 硫辛酸可以對線粒體起到有效的保護作用，在老鼠實驗中。α-硫辛酸可以部分地恢復下降的線粒體功能及隨着年齡而增加的氧化應激。

   研究發現，應用 硫辛酸治療同樣還可以逆轉與年齡相關的谷胱甘肽的減少，削弱年齡相關的脂質過氧化的增加。
  3 氧化應激與糖尿病很明顯。氧化應激的增加與多種病理狀態有關，如糖尿病、動脈粥樣硬化、心血管疾病、以及神經源性疾病，並且氧化應激似乎在這些疾病中起到一個病因作用，特別是在糖尿病，它與增加的氧化劑刺激具有非常明顯的相關性，這一方面可能與自由基的增加有關，另一方面也可能與抗氧化防禦能力的下降有關。
有相當可觀的證據提示氧化應激在糖尿病併發症的發病中起到重要的作用。很多與高血糖有關的生化通路(如蛋白糖基化、多元醇途徑、葡萄糖自身氧化)都可以導致自由基產生增多。氧化應激不但與糖尿病併發症有關，而且還與胰島素抵抗有關。體外實驗證明，氧化應激在多種水平上引起胰島素抵抗。一個另外的潛在氧化應激目標有可能是8細胞。葡萄糖刺激胰島素生成的過程是相當複雜的，且依賴很多因子的參與，其中線粒體代謝功能在刺激胰島素分泌中的重要作用是經過廣泛認同的。正如前述探討過的。線粒體既是自由基的生成來源，也是自由基的攻
擊對象。所以，氧化應激(如過氧化氫)可以損傷8細胞線粒體進而影響胰島素分泌的觀點並不奇怪。更糟糕的是，由於8細胞線粒體內低水平的抗氧體防禦功能，所以特別容易受到氧化攻擊。與此相一致，已經有越來越多的證據顯示包括二氫硫辛酸、維生素C、維生素E、以及N一乙酰一L_半胱氨酸在內的抗氧化劑，都可以針對自由基對胰島細胞的攻擊產生直接的保護作用。在齧齒類動物糖尿病模型中，抗氧化劑還可以對抗葡萄糖介導的毒性。根據氧化應激增加可以引起負面生理影響的觀點，應用藥理性的抗氧化劑減少氧化應激治療2型糖尿病的提議已經取得了越來越多的實驗支持及臨牀上的接受。
  4 α-硫辛酸與糖尿病神經病變 1959年 硫辛酸在德國被首次成功地用於治療急性肝中毒及其它肝病。很快，α- 硫辛酸即被用於治療糖尿病性神經病變，雖然當時關於這一病變的病因解釋還很少。人們相信α-硫辛酸可以提高外周神經對葡萄糖的利用，而且有報道糖尿病人、部分多發神經炎病人及心血管疾病病人體內的 硫辛酸水平降低爲該治療方法提供了一定的理論依據(也就是一種替代治療)。Berkson是第一個在美國成功應用a一硫辛酸的學者，在1977年他用 α-硫辛酸治療食用條蕈(Amanita phaUoides)中毒引起的肝衰竭病人。
  硫辛酸在德國作爲處方藥用於糖尿病神經病變已經起過3O年。近期已經完成了四個評估 硫辛酸用於治療糖尿病神經病變的臨牀研究，以及一個α- 硫辛酸用於治療 6-血管自主神經病變的臨牀研究。總體結果是：①靜脈應用 硫辛酸(600mg)3周可以減少糖尿病神經病變的主要症狀；②同時可觀察到神經病變缺陷的改善；③121服 硫辛酸(800—1800mg)4—7個月可以改善神經病變缺陷以及 6-髒自主神經病變；④初步數據還提示 硫辛酸可以改善下肢運動及感覺神經功能；⑤121服a一硫辛酸高達1800mg／kg時仍具有良好的安全性；⑥我國的臨牀研究也顯示從用藥第二天開始，周圍神經病變的症狀就開始減輕，特別是疼痛感的減輕。
   綜合考慮這些結果發現靜脈給予 硫辛酸對糖尿病神經病變的症狀是有效的，但是口服α-硫辛酸卻只能提供一些邊緣效果。一個重要的題目爲“硫辛酸用於神經病變的評估研究(NATHAN)”的多中心臨牀，正在歐洲及北美進行，目的在於評價口服 硫辛酸延緩神經病變進展的效果。該研究採用了迄今爲止最爲嚴格的統計設計及臨牀療效的定量表達方法，如果結果顯示有效，那麼 硫辛酸將成爲第一個美國FDA認證的用於糖尿病神經病變的治療藥物。α-硫辛酸對於2型糖尿病葡萄糖代謝及胰島素敏感性的作用 這一方面已經有了數個臨牀研究，這些臨牀研究中葡萄糖代謝及胰島素敏感性採用正常血糖高胰島索鉗夾技術(euglycemic hyperinsulinemic clamp)ie-tdi。1995年，Jacob等人首次報道了單次靜脈應用lO00mg a一硫辛酸可以明顯增加2型糖尿病人胰島素刺激的代謝清除率(MCR)以及胰島素敏感性。研究病人(13例)單純依靠飲食控制或飲食加格列苯脲，血糖控制良好。在 硫辛酸治療後，葡萄糖輸注率增加47％(P<0．05)，代謝清除率提高55％(P<0．05)，胰島素敏感性提高57％(P<0．05)。在鹽水治療組沒有觀察到任何改善。之後，同一組人員報道了重複靜脈應用 硫辛酸500mg(×10天)可以影響胰島索刺激的葡萄糖的代謝。研究病人(20例)單純依靠飲食或飲食加格列苯脲和／或阿卡波糖，血糖控制良好。應用 α-硫辛酸1O天后，代謝清除率及胰島素敏感性顯著提高近3O％(P<0．05)。
   如果報道的代謝清除率及胰島索敏感性提高與應用Ⅱ．α-硫辛酸相關．那麼它與已經廣泛應用的增加胰島索敏感性及葡萄糖利用的藥物二甲雙胍(glu．cophageVM，Bristol—Myers Squibb，Princeton NJ)就會有很好的可比性。例如，在2型糖尿病人，每天應用2g二甲雙胍(單一治療)，持續三個月後，通過正常血糖高胰島索鉗夾技術檢測可以觀察到外周葡萄糖代謝提高25％(P<0．03)。羅格列酮(AvandiaTM，SmithKlineBeecham．Phi／ade／ph／a，PA)，最近被審批爲用於治療2型糖尿病的藥物。是可以改善胰島索敏感性的噻唑烷二酮類藥物中效果最強的藥物(與曲格列酮或吡格列酮比)。目前我們還沒注意到任何已經報道的單一應用羅格列酮(Act0s m，Takeda Pharmaceuticals，Lin—colnshire,IL and Eli LiLly，Indianapolis，IN；pioglitazone)對於2型糖尿病的胰島索敏感性及葡萄糖利用方面的數據，只有一份關於羅格列酮(4和8rod天)對最大劑量二甲比胍(2．5d天)相比的研究，結果說明它可以更多地改善胰島索敏感性，應用動態平衡模型評估法(HOMA)間接測得的數據爲：4mg時提高1。7個單位，8mg時提高3．8個單位。a一葡萄苷酶抑制劑阿卡波糖，也同樣被評價過對2型糖尿病人及糖耐量減低病人的胰島素感性的作用，結果具有爭議性，現在看來雖然阿卡波糖現在正在進行一個國際性研究，目的在於評估其延緩從糖耐量減低發展爲2型糖尿病進程的效果。已經報道的Ⅱ．硫辛酸對於代謝清除率影響的臨牀研究結果可以總結出很明顯靜脈給予 硫辛酸可通過增加胰島索刺激的葡萄糖代謝能力(MCR)給2型糖尿病人帶來益處。在單次及慢性重複用藥的方案中，靜脈應用a一硫辛酸均可以明顯提高胰島索的敏感性。

   6 O．-硫辛酸的藥代動力學特點a一硫辛酸的半衰期較短，系統前清除(presystemic elimination)較強。人體藥代動力學研究發現無論是口服還是靜脈應用a+硫辛酸，其血漿半衰期大約只有30分鐘，而且即使重複應用 硫辛酸在血漿中的積蓄，由此可推論出Ⅱ-硫辛酸較短的半衰期及較強的系統統前清除(目前人們認爲系統前清除的主要場所是肝臟)。由於上述原因，人們假設靜脈應用Ⅱ．硫辛酸改善胰島索敏感性的超強能力源於血漿藥物的長時間、高水平維持。
   7 硫辛酸對於細胞內葡萄糖代謝及胰島素作用的影響30年前首次報道的 硫辛酸的作用是提高體外鼠膈肌中的葡萄糖利用，雖然a一硫辛酸的效果比較小(約35％)，但是在胰島素缺乏且又部分依賴胰島素的組織中的作用是相當明顯的。與胰島素的快速作用相比，a一硫辛酸發揮作用需要2小時。研究者提示α-硫辛酸的這種刺激作用可能源於其結構中的巰基。在同一年發表的一份研究報告中，顯示擁有巰基的硫醇具有胰島索樣作用。
最近，有報道a一硫辛酸對體外培養的L6鼠肌細胞及3T3一L1鼠脂肪細胞的葡萄糖轉移作用，這一作用可以被磷脂酰肌醇3激酶(phosphatidylinositol 3 ki—n~o,e，PI 3一kinase)抑制劑wortmannin阻斷，但是部分依賴胰島索的結果提示Ⅱ．硫辛酸利用了部分而非全部的胰島索途徑。與早期的研究相似的是，本研究的觀察結果提示a一硫辛酸可以刺激血漿膜靶GLUT1和GLUT4的轉換。提高胰島素受體及IRS～1的酪氨酸磷酸化。並增加磷脂酰肌醇3激酶及蛋白激酶B(PKB)的活性。前述結果進一步證明了高濃度的Ⅱ．硫辛酸可以激活胰島素通道、提高葡萄糖的轉移和利用。近來還有報道離體心肌細胞實驗中毫摩爾濃度的a一硫辛酸對於葡萄糖轉移的渥曼青黴索的敏感作用，它是一種直接的刺激作用，但是毫摩爾濃度Ⅱ．硫辛酸對葡萄糖轉移的直接作用與它對病人的治療作用之間關係的顯著性需要進一步明確。最近的實驗結果表明了Ⅱ．硫辛酸對於葡萄糖代謝的附加作用，更重要的是a一硫辛酸在治療範圍的血漿濃度時可發揮這種作用。分子水平的研究結果提示引起氧化應激的物質(如過氧化氫)可以減弱胰島素的作用。在3"／'3一L1脂肪細胞及L6肌細胞，給予過氧化氫可以降低胰島素刺激的葡萄糖轉移、GLUT4移位、
以及糖元合成。過氧化氫的抑制作用發生在胰島索發揮作用的早期步驟，包括對胰島素受體以及IRS一1酪氨酸磷酸化的抑制，因此氧化應激可使細胞對胰島索產生抵抗。在3T3一L1脂肪細胞及L6肌細胞，a一硫辛酸可以對急性過氧化氫介導的氧化應激損傷提供重要的蛋白保護(Evans JL and Goldfine ID，Manuscript submit—ted．)，並且a一硫辛酸改善細胞內葡萄糖利用的作用在每一細胞類型都很大程度上與氧化應激有關。當L6肌細胞暴露於過氧化氫產生系統(葡萄糖與葡萄糖氧化酶)產生應激狀態時，胰島素刺激的葡萄糖轉移作用幾乎消失，而提前18小時給予Ⅱ．硫辛酸則可以預防這種胰島素作用的消失。a一硫辛酸的作用在lOt~M 濃度時即可觀察到，最大的作用濃度爲300~M(Evans JLand Goldfine ID，Manuscript submitted．)。有趣的是，這一濃度範圍與增加細胞內谷胱甘肽的重新合成所需的有效濃度相一致。在3T'3一L1脂肪細胞， 硫辛酸對於過氧化氫誘導的胰島素刺激的葡萄糖吸收水平下降。GLUT4轉移水平下降及蛋白激酶B激活水平下降等都具有保護作用。因爲 硫辛酸的治療濃度是在
這一微摩爾濃度範圍內，所以很可能 硫辛酸的體外胰島素功能的保護作用與體內的治療作用相關聯。a一硫辛酸是如何對氧化應激介導的胰島素抵抗產生對抗作用的，目前還不十分明確，它可能反映了a一硫辛酸維持細胞內氧化還原平衡的作用，這種作用可能是直接的，也可能是通過提高谷胱甘肽水平而發揮間接的作用。通過這種方式， 硫辛酸的靶組織(包括胰島素敏感組織)都將受到保護，並由此推論這些組織較少受到應激誘導的絲氨酸激酶激活的影響。增加的離散絲氨酸或蘇氨酸位點胰島素體底物磷酸化可以降低它們的酪氨酸磷酸化的程度，並且與受損的胰島素功能相一致。與這種可能性相結合。保持細胞內的氧化還原平衡狀態可能同樣有助於阻斷應激介導的氧化作用及蛋白酪氨酸磷酸酶(PTPases)的失活。在相當長時間內，人們已經瞭解磷酸酪氨酸的逆轉對於胰島素
的脂肪細胞及肌肉細胞內葡萄糖轉移非常重要。雖然選擇性地抑制某種蛋白酪氨酸磷酶如PTP一1B可能改善胰島素的功能，但是催化活性需要的非選擇性的半胱氨酸代謝物的氧化作用可以滅活PTPases並似中
導致胰島素抵抗。多種刺激，包括自由基、氧化劑、氧化磷酸化的抑制劑、紫外線等，可以提高細胞內應激水平，導致絲氨酸／蘇氨酸激酶信息傳導的激活。離散的絲氨酸或蘇氨酸位點(pSe~)可以減少它們的酪氨酸磷酸化程度。損害胰島素功能。另外，氧化物(如過氧化氫)對在蛋白酪氨酸磷酸酶催化位點上的絲氨酸代謝物的氧化作用可以使酶滅活，干擾磷酸酪氨酸(pY)逆轉，並抑制胰島素刺激的葡萄糖轉移(GT)。 硫辛酸及二氫硫辛酸對
氧化應激介導的胰島素抵抗的保護作用可能與它維持細胞內氧化還原平衡能力有關，這種平衡能力可以是a．硫辛酸的直接作用，也可以是通過谷胱甘肽間接作用。

   8 糖尿病治療的結論和指導 硫辛酸的天然作用是作爲與葡萄糖氧化代謝及細胞內能量生成有關的數個線粒體酶複合體的成分。當作爲藥物應用時，a．硫辛與二氫硫辛酸的功能則是獨特有效的抗氧化劑。可以再生維生素c及維生素E，可以提高谷胱甘肽的。它有可能通過提高細胞內谷胱甘肽水平來維持細胞內氧化還原平衡，因此可提供針對自由基攻擊的保護作用。這爲應激介導的細胞信息酶改變、基因表達改變等有害作用提供了強大的壁壘，並且最終可能起到保護線粒體功能的作用。臨牀研究顯示靜脈應用 硫辛酸可以明顯提高2型糖尿病患者的胰島素敏感性。而且，對 α-硫辛酸用於糖尿病神經病變的臨牀研究也同樣提示效果顯著。α-硫辛酸可作爲一個胰島素增敏的安全有效的附加治療劑。