综述:2型糖尿病中的氧化应激生物标志物:病理生理学机制、临床意义以及对糖尿病并发症的影响

时间:2026年3月7日
来源:Diabetes Research and Clinical Practice

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本文系统评估了氧化应激(OS)在2型糖尿病(T2D)中的临床转化潜力,分析OS相关生物标志物的检测性能、生物学异质性及增量预后价值,指出当前缺乏可靠生物标志物超越传统心血管代谢风险模型,并提出结构化评估框架促进OS生物标志物的临床应用。

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博什蒂扬·马尔廷茨(Boštjan Martinc)
斯洛文尼亚共和国大学康复研究所(University Rehabilitation Institute Republic of Slovenia,URI Soča),林哈托娃街51号(Linhartova 51),卢布尔雅那1000,斯洛文尼亚

摘要

氧化应激(Oxidative Stress,OS)越来越被认为是2型糖尿病(Type 2 Diabetes,T2D)的核心机制组成部分,它将慢性高血糖、胰岛素抵抗、线粒体功能障碍、炎症以及血管并发症的发展联系在一起。实验数据和人类研究结果表明,活性氧(Reactive Oxygen Species)在β细胞功能障碍、胰岛素信号传导受损、内皮损伤和进行性组织损伤中起着重要作用。这篇综述综合了具有临床意义的氧化应激途径,并对主要的生物标志物类别进行了批判性评估,包括脂质过氧化产物、蛋白质和DNA氧化标志物、氧化还原对(redox couples)、抗氧化酶以及氧化还原敏感的调控网络。特别强调了分析的稳健性、生物变异性、方法学异质性以及这些生物标志物的转化应用成熟度。尽管有大量的关联证据,但目前还没有一种氧化应激生物标志物能够一致地展现出超出已建立的心脏代谢风险模型的额外预后价值,足以用于常规临床实践。大多数现有数据来自横断面研究或中期转化研究,其前瞻性结局验证有限。虽然降糖疗法和生活方式干预可以降低氧化应激生物标志物的水平,但尚未证实这些标志物的调节作用能带来明确的临床益处。目前,氧化应激生物标志物主要仍作为研究工具使用,要实现其临床应用,还需要对检测方法进行标准化,并严格验证其额外的预测或治疗价值。

引言

在过去的二十年里,氧化应激已从一种外周生化现象发展成为2型糖尿病及其并发症的核心机制[1]、[2]、[3]。现代模型不再将2型糖尿病的进展仅仅归因于高血糖和胰岛素抵抗,而是认为这是一个多系统过程,在这个过程中,葡萄糖毒性、脂质毒性、线粒体损伤、炎症和氧化还原失衡共同导致代谢恶化和组织损伤[1]、[2]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。现在人们认识到,活性氧的过量直接参与了胰岛素信号传导的受损、β细胞的脆弱性、内皮功能障碍以及微血管和大血管疾病的发展[1]、[2]、[3]、[4]、[6]、[7]、[8]、[9]、[10]、[11]、[12]。
在2型糖尿病中,活性氧的增多反映了线粒体功能障碍、NADPH氧化酶(NOX)的激活以及AGE-RAGE介导的炎症信号传导,同时伴随着抗氧化反应的减弱[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[9]、[13]、[14]。线粒体超氧化物的过量产生与多醇(polyols)、己糖胺(hexosamines)、蛋白激酶C(protein kinase C)和晚期糖基化终产物(Advanced Glycation End-products,AGE)途径的下游激活有关[2]、[6]、[15],而AGE受体(RAGE)的信号传导和巨噬细胞的氧化还原激活进一步加剧了炎症与代谢之间的相互作用[13]、[14]。因此,氧化损伤的DNA、脂质和蛋白质产物被认为是将代谢应激与血管损伤联系起来的可量化中间产物[16]、[17]、[18]、[19]、[20]。
临床上的问题不在于氧化应激是否存在于2型糖尿病中,而在于是否能够可靠地测量氧化应激生物标志物,并将其与并发症风险或治疗反应有意义地关联起来。尽管多种生物标志物与代谢状态和血管损伤相关[21]、[22],但由于分析方法的异质性、基质效应以及缺乏参考范围和临床阈值,这些标志物在常规糖尿病护理中的应用仍受到限制[16]、[20]。这些转化应用方面的障碍反映了生物标志物科学领域普遍存在的问题,即在心脏代谢医学中,只有那些能够超越现有临床模型的额外预测性能才能被临床采纳[23]、[24]、[25]。
本综述通过以下方面优先考虑临床相关性:(i)从机制到并发症的视角;(ii)对生物标志物性能、检测方法的稳健性和可解释性的批判性评估;(iii)在当前糖尿病治疗背景下的转化应用成熟度。
全面的综述已经阐明了2型糖尿病中氧化应激的分子基础,包括线粒体功能障碍、AGE-RAGE信号传导、NADPH氧化酶的激活以及氧化还原敏感的转录调控[1]、[2]、[4]、[5]、[6]、[7]、[13]、[14]、[26]。最近的高影响力综述,包括对循环中氧化应激生物标志物的系统评估[21]、[22]、将氧化应激与炎症和靶器官损伤联系起来的综合分析[27],以及转化医学框架[28],扩展了相关的机制和关联证据。
然而,以往的综述主要侧重于生物学上的合理性或跨横断面的关联研究,而没有系统地评估分析方法的有效性、研究的纵向独立性以及这些标志物在超越现有临床风险模型方面的额外预后贡献[23]、[24]、[25]。
本综述采用了一个预先定义的转化应用成熟度评估框架,该框架整合了检测方法的稳健性、人类证据的层次结构、正式的预后评估指标(如ΔC统计量、净重新分类改善率(Net Reclassification Improvement,NRI)、综合鉴别能力改善率(Integrated Discrimination Improvement,IDI)等,并批判性地评估了生物标志物的调节作用是反映了因果关系还是仅仅是伴随现象。通过明确区分关联一致性和经过验证的预测效用,本综述超越了描述性的总结,将氧化应激生物标志物的研究置于一个结构化的证据框架之中,以满足临床决策的需求。
虽然这里使用的证据要素(前瞻性验证、多变量调整、增量鉴别能力)在生物标志物科学中已经是公认的标准[23]、[24]、[25],但将这些要素整合到一个统一的2型糖尿病氧化应激生物标志物转化应用评估框架中尚未实现。通过在一个统一的评估框架内规范这些要素,该框架旨在具有可重复性、可转移性,并能适用于其他具有机制意义但临床应用尚不成熟的生物标志物领域。

章节片段

文献搜索策略和选择标准

在PubMed、Scopus和Web of Science数据库中进行了结构化的搜索(时间范围为2000年1月至2025年10月),使用了以下关键词组合:“氧化应激”、“2型糖尿病”、“生物标志物”、“脂质过氧化”、“蛋白质氧化”、“8-OHdG”、“氧化还原失衡”、“NRF2”、“线粒体功能障碍”、“NOX”和“AGE-RAGE”。纳入标准包括:(1)包含人类数据的人类临床研究或转化研究;(2)以生物标志物为重点的研究;(3)干预性研究

与2型糖尿病临床表型直接相关的氧化应激途径

2型糖尿病中的氧化应激反映了代谢过载、线粒体功能障碍、炎症信号传导和抗氧化防御减弱之间的相互作用网络。这些过程形成了自我强化的循环,可能在明显的高血糖出现之前就已经存在,并导致胰岛素抵抗、β细胞功能障碍和组织损伤[1]、[2]、[3]、[4]、[6]、[7]、[8]、[9]、[11]。表1总结了2型糖尿病中的主要氧化应激途径、它们的分子效应、临床后果以及相关的表型特征。

2型糖尿病中的氧化应激生物标志物:分析性能、可解释性和临床关联

氧化应激生物标志物提供了脂质、蛋白质和DNA氧化、氧化还原对以及抗氧化反应的间接但可测量的指标。它们的可解释性和潜在应用性不仅取决于机制上的合理性,还取决于分析方法的特异性、样品前的稳定性、基质效应以及生物变异性[16]、[20]、[29]。
对于大多数氧化应激生物标志物而言,它们在超越现有风险模型方面的额外预测价值的证据仍然有限或未得到充分验证

不一致性和异质性的来源

尽管有大量文献将氧化应激生物标志物与血糖负荷和糖尿病并发症联系起来,但不同研究之间的结果仍然存在异质性和不一致性[1]、[7]、[21]、[22]。这些差异源于多种方法学、分析学、生物学和概念上的因素。

2型糖尿病中氧化应激的治疗调节:哪些方法在临床上是可信的?

在临床糖尿病护理中,氧化应激很少作为主要的治疗终点[7]、[10]。尽管如此,一些降糖疗法和心脏代谢疗法确实与氧化应激生物标志物的降低有关,通常伴随着更广泛的代谢改善[1]、[7]。以下部分将重点讨论具有临床解释意义的证据和转化应用的可行性。

临床意义和转化应用成熟度(以临床决策为核心)

目前,氧化应激生物标志物主要用于机制研究和转化应用[1]、[7]、[21]、[28]。支持将其纳入常规临床风险分层或治疗监测的证据仍然有限[23]、[25]。

结论

许多循环和尿液中的氧化应激生物标志物与2型糖尿病中的血糖负荷以及微血管和大血管并发症存在一致的横断面关联[1]、[21]、[22]、[26]。然而,当在强调分析稳健性、前瞻性验证以及超越现有临床风险模型的额外预测性能的结构化转化应用框架内进行评估时,证据情况变得更加清晰

CRediT作者贡献声明

博什蒂扬·马尔廷茨(Boštjan Martinc):负责撰写和编辑综述全文、初稿的撰写、方法学设计、研究实施、数据分析以及概念框架的构建。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

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