临床资料表明，血管内皮功能障碍是糖尿病并发心血管疾病的早期且极其重要的步骤之一，血管内皮细胞是处于血液和血管壁之间的一道屏障，既能隔离血液与血管壁组织，又能释放一氧化氮（NO）、前列环素（PGI2）、内皮素（ET1）等小分子物质，具有调节血管紧张度、维持血管张力、合成膜底层胶原和蛋白多糖及调节免疫等功能。

　　内皮功能障碍早期主要表现为血管内皮依赖性舒张（EDR）功能下降，导致抗炎、调节血管张力和抗血小板聚集等功能减弱，由此启动心血管疾病。因此保护血管内皮功能是防治糖尿病心血管并发症的重要措施。高血糖是造成糖尿病血管内皮功能失常的最主要原因，通过多种机制改变内皮细胞功能，如激活醛糖还原酶使细胞内渗透压升高，激活蛋白激酶C（PKC）使内皮细胞活化和修饰蛋白质产生糖基化终末产物等。

　　解析介导因子
　　诸多因子介导了高血糖诱导的血管内皮功能障碍。
　　NO
      NO是维持内皮细胞功能的最重要因子，由内皮细胞NO合成酶（eNOS）以L-精氨酸为底物产生，扩散至平滑肌产生血管舒张效应。若细胞或组织存在过多超氧阴离子，NO产生后被迅速灭活形成过氧亚硝酸盐（ONOO－）。高血糖可通过减少内皮细胞释放NO或增强细胞对NO的灭活来降低NO的生物效应，使血管EDR功能下降，单核细胞对内皮细胞的黏附增强及炎症反应发生。血管EDR降低在很大程度上反映了内皮细胞功能障碍，并与内皮细胞释放NO水平正相关。

　　活性氧（ROS）ROS可灭活NO，影响细胞内正常信号的转导。高血糖通过活化还原型烟酰胺腺嘌呤二核苷酸（磷酸）[NAD（P）H]氧化酶、嘌呤氧化酶和线粒体呼吸链等产生大量ROS，也可通过损伤细胞抗氧化系统，如超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化氢酶对ROS的清除，来增加ROS含量。

　　活性氮ONOO－属于活性氮的一种，有多种细胞毒性效应，能与蛋白质的酪氨酸残基反应，产生硝基化修饰作用而改变蛋白质结构。ROS与NO反应形成ONOO－的速度较SOD对ROS的清除速度快3~4倍，故NO的生物效应在很大成度上取决于ROS含量。

　　前列环素合酶（PGIS）PGI2等一类物质与NO共同参与EDR反应，统称为内皮依赖性舒张因子（EDRF）。PGIS对 PGI2的产生起决定作用，前者活性降低导致PGI2前体物质PGH2（一种强烈的血管收缩剂）的累积。高血糖通过ONOO－硝基化PGIS的酪氨酸残基，使PGI2减少和PGH2增加，引起内皮功能障碍。

　　内皮源性收缩因子 ET1、前列腺素（PGG2/PGH2）和血栓素（TXA2）等通过相应受体导致血管收缩。激活内皮细胞TXA2/PGH2受体（TPr）可诱导细胞凋亡、黏附分子（ICAM-1和VCAM-1）的表达异常和极化性增强。

　　阐述分子机制
　　高血糖改变内皮细胞正常的氧化还原状态，通过多种机制损伤内皮功能（图）。

　　ONOO－硝基化PGIS 我们通过在临床高血糖相关的葡萄糖浓度下培养人主动脉内皮细胞后发现，高血糖增加ONOO－的形成而硝基化PGIS，使PGH2无法转化成PGI2而激活TPr，引起血管内皮保护性因子NO和PGI2缺乏及PGH2堆积，导致血管内皮血管活性因子失衡。

　　ONOO－引起内皮型eNOS去偶联eNOS最主要的功能是产生NO调节血管张力，但其在心血管疾病发生过程中具有双重作用。若维持eNOS产生NO的某些因子缺失或不足，eNOS无法产生NO，甚至反过来产生ROS，该过程被称为eNOS去偶联。

　　我们在研究高血糖引起PGIS硝基化时发现，高血糖对eNOS基因敲除小鼠和SOD高表达转基因小鼠的PGIS硝基化作用减弱，表现为ROS产生减少而PGIS活性正常。因为在此条件下，NO产生受抑制，但ROS得到及时清除，无法形成ONOO－，故eNOS源性ONOO－可能是高糖引起PGIS硝基化的重要原因。同源二聚体状态下的eNOS是其活性形式，锌离子与4个硫醇基团共同维持结构稳定。该结构带正电荷，易受到带负电荷基团（如ONOO－）的攻击。在高糖状态下，内皮细胞的锌离子从eNOS中释放，导致eNOS去偶联，失去产生NO的功能却产生ROS。此外，ONOO－氧化eNOS独特的锌-硫醇结构亦参与了高糖引起的内皮细胞功能损伤。

　　除外锌离子，四氢生物蝶呤（BH4）对维持eNOS结构与功能也发挥了重要作用。BH4是eNOS的协同因子，在eNOS合成NO的过程中，协助电子从一个eNOS单体的还原区域传递到另一个eNOS单体的氧化区域。BH4缺失是引起eNOS去偶联的重要因素，对于糖尿病动物或患者，补充足量BH4能显著恢复因糖尿病受损的EDR。内皮细胞维持BH4含量主要靠从头合成，GTPCH1是关键的限速酶。在糖尿病高血糖状态下，血管内皮GTPCH1蛋白表达量下降，而GTPCH1转基因或内皮特异高表达GTPCH1能增加BH4含量，从而改善血管内皮功能。反之，敲除小鼠GTPCH1能去偶联eNOS，使血压升高。此外，泛素-蛋白酶体系统（UPS）也介导了高糖对GTPCH1蛋白表达减少的过程，导致BH4缺失，引起eNOS去偶联。

　　ONOO－引起IRIR主要源于磷脂酰肌醇3激酶（PI3K）依赖的胰岛素信号转导受损。越来越多的证据表明，活性氮簇(RNS）和ROS均能引起IR。我们的研究表明，高血糖产生的ONOO－激活LKB1依赖的磷酸酶-张力蛋白酶（PTEN），从而去磷酸化Akt，阻断PI3K信号继续下传。动物模型研究表明，高血糖产生IR及内皮细胞凋亡通过下调Akt信号通路来实现，依赖LKB1并由ONOO－介导。

　　AMPK作为防治糖尿病血管内皮功能失常的药物新靶点
　　我们的研究证实，二甲双胍通过激活腺苷酸活化蛋白激酶（AMPK）产生多种心血管保护效应，且他汀和胰岛素增敏剂等药物的部分效应也由AMPK介导。AMPK主要受上游激酶LKB1和CaMKK调节。最近，我们综述了AMPK在调节内皮细胞功能方面的重要作用，并发现AMPK具有调节内皮细胞合成NO和抗氧化损伤的能力。

　　AMPK调节eNOS活性

      AMPK参与雌激素对eNOS的活化作用，且该作用与AMPK促进eNOS和热休克蛋白90（HSP90）结合有关。二甲双胍对eNOS的激活作用与雌激素相似，通过激活AMPK使eNOS和HSP90结合，最终上调内皮细胞NO的产生。AMPKα1和α2亚型均能调节eNOS活性。AMPK还能通过抑制UPS系统阻止高血糖降解GTPCH1，使eNOS复偶联。

　　AMPK抑制内皮细胞的氧化应激反应
     AMPK活化能增强细胞内抗氧化能力使之免于受损。缺失AMPKα2的小鼠主动脉组织ROS产量增加，伴随EDR降低。AMPK活化剂（如AICAR）能上调糖尿病野生型小鼠线粒体解偶联蛋白2的表达，同时降低ROS和PGIS硝基化水平，但对AMPKα2敲除的糖尿病小鼠无效。此外，二甲双胍还能通过增加Mn-SOD抑制高血糖引起的ROS上调。上述结果表明，AMPK是内皮细胞抗氧化应激反应的重要武器。