Diabetische Kardiomyopathie: Frühdiagnostische Biomarker, pathogenetische Mechanismen und therapeutische Interventionen

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Jul 19, 2023

Diabetische Kardiomyopathie: Frühdiagnostische Biomarker, pathogenetische Mechanismen und therapeutische Interventionen

Cell Death Discovery Band 9, Artikelnummer: 256 (2023) Diesen Artikel zitieren 293 Zugriffe auf Metrikdetails Diabetische Kardiomyopathie (DCM) bezieht sich hauptsächlich auf eine myokardiale Stoffwechselstörung, die durch hohes Bluthochdruck verursacht wird

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Diabetische Kardiomyopathie (DCM) bezieht sich hauptsächlich auf eine durch hohe Glukosewerte verursachte Stoffwechselstörung des Herzmuskels, und Hyperglykämie ist ein unabhängiger Risikofaktor für die Herzfunktion, wenn keine koronare Atherosklerose und kein Bluthochdruck vorliegen. DCM, eine schwere Komplikation von Diabetes, ist zur Hauptursache für Herzinsuffizienz bei Diabetikern geworden. Die ersten Symptome sind unauffällig, und die Patienten zeigen nach und nach eine linksventrikuläre Dysfunktion und entwickeln schließlich eine totale Herzinsuffizienz, was eine große Herausforderung für die Früherkennung von DCM darstellt. Bisher sind die zugrunde liegenden pathologischen Mechanismen von DCM kompliziert und noch nicht vollständig aufgeklärt. Obwohl es Therapiestrategien für DCM gibt, konzentriert sich die Behandlung hauptsächlich auf die Kontrolle von Blutzucker und Blutfetten, und es mangelt an wirksamen Medikamenten gegen Myokardschäden. Daher entwickelt ein großer Prozentsatz der Patienten mit DCM unweigerlich eine Herzinsuffizienz. Angesichts der vernachlässigten Anfangssymptome, der komplizierten zellulären und molekularen Mechanismen und des Mangels an verfügbaren Medikamenten ist es notwendig, frühe diagnostische Biomarker zu erforschen, die an der Pathogenese von DCM beteiligten Signalwege besser zu verstehen, die aktuellen Therapiestrategien zusammenzufassen und neue zu entwickeln gezielte Interventionen.

Die Apoptose der Kardiomyozyten spielt eine Schlüsselrolle in der Pathogenese der diabetischen Kardiomyopathie.

Durch gezielte Hyperglykämie wird die Zytotoxizität in Kardiomyozyten reduziert.

Einige neue und alte niedermolekulare chemische Arzneimittel befinden sich in laufenden klinischen Studien zur Behandlung von DCM.

Die traditionelle chinesische Medizin und einige Naturprodukte können eine schützende Wirkung gegen diabetische Kardiomyopathie haben.

Wie identifizieren neuartige Biomarker eine frühe diabetische Kardiomyopathie?

Durch welchen Mechanismus führt Hyperglykämie zur Apoptose der Kardiomyozyten?

Wie ist Hyperglykämie am Fortschreiten der kardialen Fibroblastenaktivierung beteiligt?

Können einige neue Behandlungsstrategien für diabetische Kardiomyopathie in der klinischen Praxis eingesetzt werden?

Mit dem Wirtschaftswachstum, Veränderungen im Lebensstil und der Ernährung sowie der Alterung der Bevölkerung nehmen die Zahl der Diabetiker und die Krankheitshäufigkeit alarmierend zu. Laut Statistiken der International Diabetes Federation gab es im Jahr 2021 weltweit etwa 537 Millionen Menschen im Alter von 20 bis 79 Jahren mit Diabetes, und es wird erwartet, dass diese Zahl bis 2045 784 Millionen erreichen wird. Diabetische Kardiomyopathie (DCM), die an erster Stelle stand Der 1972 von Rullber eingeführte Diabetes ist eine häufige und schwere Komplikation von Diabetes, die zur Entwicklung einer Herzinsuffizienz führen kann. DCM, die Hauptursache für Herzinsuffizienz bei Patienten mit Diabetes, wird durch einen abnormalen Glukosestoffwechsel verursacht, der zu strukturellen Herzfehlern und Funktionsstörungen ohne andere kardiale Risikofaktoren wie koronare Herzkrankheit, Bluthochdruck und schwere Herzklappenerkrankungen führt [1] . Obwohl es derzeit therapeutische Strategien zur Behandlung von DCM gibt, konzentriert sich die Behandlung hauptsächlich auf die Kontrolle von Blutzucker und Blutfetten, und es mangelt an wirksamen Medikamenten oder Strategien, die auf geschädigtes Myokardgewebe abzielen. Daher sind das Verständnis der klinischen Symptome, die Identifizierung früher und hochempfindlicher diagnostischer Biomarker, die Aufklärung der zugrunde liegenden pathogenetischen Mechanismen und die Entwicklung neuer gezielter Interventionen für DCM von entscheidender Bedeutung, um die Prognose von Patienten zu verbessern und das Auftreten und die Entwicklung der Krankheit zu verhindern.

DCM wurde ursprünglich als eine durch Diabetes mellitus (DM) verursachte pathophysiologische Erkrankung beschrieben, bei der Herzfunktionsstörungen und Herzinsuffizienz auftraten, ohne dass eine koronare Herzkrankheit, Bluthochdruck oder andere Herzklappenerkrankungen vorliegen. Die ersten Symptome von DCM sind eine leichte linksventrikuläre Steifheit, eine leicht verminderte Compliance und eine diastolische Dysfunktion, die von den Patienten leicht ignoriert werden und somit die beste Gelegenheit für Diagnose und Behandlung verpassen. Die nachfolgenden klinischen Manifestationen von DCM sind Herzrhythmusstörungen, Angina pectoris und schließlich die Entwicklung einer Herzinsuffizienz, die in einigen schweren Fällen lebensbedrohlich ist. Gegenwärtig werden viele nichtinvasive Techniken, darunter Elektrokardiographie, Echokardiographie, Thoraxradiographie, gepulste Doppler-Gewebebildgebung, Computertomographie, Magnetresonanztomographie und Endokardbiopsie, eingesetzt, um Veränderungen in der Herzarchitektur und -funktion zu erkennen [2]. Die Endokardbiopsie, der Goldstandard für die klinische Diagnose von DCM, kann Herzhypertrophie, Nekrose, Myokardfibrose und andere pathologische Veränderungen erkennen. Diese Methode kann jedoch die abnormale diastolische Funktion des Herzens im frühen subklinischen Stadium nicht zeigen und ist damit verbunden mit einem gewissen Grad an Trauma [3]. Angesichts der seltenen klinischen Symptome im Frühstadium der DCM sind routinemäßige nichtinvasive Untersuchungen nahezu wirkungslos. Daher haben sich Forscher auf die Untersuchung praktikabler Methoden zur Früherkennung von DCM konzentriert.

Es gibt Hinweise darauf, dass die Serumspiegel von glykosyliertem Hämoglobin (HbA1c) und kardialem Troponin I (cTnI) in der DCM-Gruppe signifikant höher waren als in der Gruppe mit Diabetes mellitus allein, was darauf hindeutet, dass die Serum-HbA1c- und cTnI-Spiegel in engem Zusammenhang mit DCM stehen und hilfreich sein könnten als vielversprechende diagnostische Marker für DCM [4, 5]. Einige Studien haben vorgeschlagen, dass der Anstieg des atrialen natriuretischen Peptids (ANP), des natriuretischen Peptids des Gehirns (BNP) und des O-GlcNAc als Biomarker für DCM verwendet werden kann [6,7,8], ebenso wie der Anstieg des kalziumsensitiven Peptids Rezeptoren in Kardiomyozyten und Wiederherstellung der Kalziumhomöostase bei Typ-II-DCM [9]. NT-proBNP ist bei DCM signifikant erhöht und kann zur Bestimmung der Herzfunktion bei Diabetes eingesetzt werden [10, 11]. Der Nachweis von Serummarkern, wie z. B. erhöhte Entzündungsmediatoren (TNFα, Isoprostane, IL-6 und C-reaktives Protein), erhöhte fibrotische Marker (TGFβ1 und IGFBP7) und verringerte antioxidative Marker (Leptin, Adiponektin und Bilirubin), können ebenfalls durchgeführt werden bieten eine Grundlage für die frühe Diagnose und Behandlung von DCM [12]. Aktuelle Studien haben gezeigt, dass eine Reihe neuer neuartiger Marker, wie Galactin-3 (Gal-3), Adiponectin (APN) und Irisin, im klinischen Verlauf der verschiedenen Stadien der DCM signifikant verändert werden [13]. Darüber hinaus gibt es Hinweise darauf, dass Exosomen, microRNAs und lange nichtkodierende RNAs potenzielle Anwendungen als Biomarker für den Nachweis von DCM haben [14, 15]. Eine klinische Studie mit neuartigen Biomarkern für die Diagnose und Behandlung von DCM ist im Gange (ChiCTR1900027080). Die neuartige Studie zur Vorhersage und Bewertung von DCM bei Patienten mit Typ-2-Diabetes mellitus durch Magnetokardiogramm-Vektoren wurde registriert und befindet sich in der klinischen Phase 1 (ChiCTR2100049400). Die Erforschung neuer vielversprechender Biomarker, die DCM im Frühstadium erkennen können, ist entscheidend für die Reduzierung der Mortalität von Patienten mit DCM.

Die pathogenetischen Mechanismen von DCM sind komplex und noch nicht vollständig geklärt. Chronische Hyperglykämie übt während des Fortschreitens der DCM über direkte und indirekte Wege toxische Auswirkungen auf das Myokard aus und führt zu kardialen Umbauten, diastolischen und systolischen Funktionsstörungen und schließlich zu schwerer Herzinsuffizienz. In dieser Übersicht haben wir die berichteten pathogenetischen Mechanismen von DCM zusammengefasst (Abb. 1).

Eine anhaltende Hyperglykämie führt zu Hyperinsulinämie und Insulinresistenz und führt dann zu einem abnormalen Glukosestoffwechsel, Kardiomyozyten-Apoptose und Myokardfibrose. Lipide und Lipid-Zwischenmetaboliten, Endprodukte der fortgeschrittenen Glykation (AGEs), Stress des endoplasmatischen Retikulums (ERS), oxidativer Stress, Entzündung, gestörter Umgang mit Ca2+, Autophagie, Mitophagie, Aktivierung des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS), Ungleichgewicht zwischen MMPs und TIMPs und TGFβ-vermittelte Signalwege sind alle am Fortschreiten der DCM beteiligt.

Eine anhaltende Hyperglykämie, die den DCM auslöst, verringert die Glukoseclearance und erhöht die Glukoneogenese. Unter normalen physiologischen Bedingungen deckt die Glykolyse nur 30 bis 40 % des Energiebedarfs der Kardiomyozyten zur Aufrechterhaltung der systolischen und diastolischen Funktion [2]. Die Aufnahme von Glukose hängt von den Glukosetransportern 1 und 4 (GLUT1 und GLUT4) ab. DCM verursacht eine Abnahme von GLUT1 und GLUT4 in Myokardzellen, was zu einer verminderten Glukoseaufnahme und einem abnormalen Glukosestoffwechsel führt [16]. Darüber hinaus erhöht die Glukotoxizität bei DCM-Patienten die Bildung fortgeschrittener Glykationsendprodukte (AGEs) in Myokardzellen, die sich mit Proteinen der extrazellulären Matrix (ECM) vernetzen, was zu einer erhöhten Herzfibrose und einer beeinträchtigten Myokarddiastole führt (Abb. 2) [17] .

Wichtige pathogenetische Mechanismen, die am Fortschreiten der DCM beteiligt sind.

Die Glukoseverwertung wird durch Hyperinsulinismus und kardiale Insulinresistenz bei DCM-Patienten erheblich eingeschränkt [18]. Aufgrund der beeinträchtigten Glukoseverwertung erfolgt fast der gesamte Energiestoffwechsel im Myokard durch die Oxidation nicht veresterter Fettsäuren, was zur Ablagerung von Lipiden und Lipid-Zwischenmetaboliten wie Ceramid, Diacylglycerin und Entkopplungsprotein-3 in Kardiomyozyten führt. Die Anreicherung dieser Substanzen beeinträchtigt die Energieversorgung des Myokards, verursacht Kardiomyozytennekrose, Myokardfibrose und Myokarddysfunktion und trägt schließlich zu einer abnormalen Herzstruktur und -funktion bei [17]. Darüber hinaus haben zahlreiche Studien bestätigt, dass chronische Hyperglykämie die übermäßige Freisetzung reaktiver Sauerstoffspezies (ROS) durch die Elektronentransportkette fördert. ROS aktivieren die Poly-ADP-Ribose-Polymerase (PARP), vermitteln direkt die Glykosylierung und hemmen die Phosphoglycerinaldehyd-Dehydrogenase, blockieren den normalen glykolytischen Weg und induzieren andere schädliche Kaskadenreaktionen, einschließlich eines Anstiegs der AGEs und der Aktivierung der Proteinkinase C (PKC) [19, 20]. ]. AGEs können die Kollagenexpression und -akkumulation stimulieren, die Vernetzung von Kollagen fördern und zu einer erhöhten Myokardfibrose und einer verminderten Herzmuskelcompliance führen [17, 21, 22]. Unter hohen Glukosebedingungen ist die Aktivität des Glukosetransporters 4 verringert, was den Transmembrantransport von Glukose in die Kardiomyozyten verringert, die Aufnahme von Glukose durch die Kardiomyozyten verringert und dann den Energiestoffwechsel der Kardiomyozyten beeinträchtigt, was zu einer diabetischen Kardiomyopathie führt (Abb. 2). ).

Kardiomyozytenschäden und abnormale Apoptose können im Frühstadium der DCM auftreten und stehen in direktem Zusammenhang mit Myokardhypertrophie und Herzinsuffizienz bei DCM. Die Kardiomyozyten-Apoptose ist in diabetischen Tiermodellen erhöht, was zu einem ventrikulären Umbau und einer verminderten systolischen und diastolischen Herzfunktion führt [23,24,25]. Verschiedene Faktoren sind mit einer abnormalen Kardiomyozyten-Apoptose bei DCM verbunden. Studien haben gezeigt, dass der Stress des endoplasmatischen Retikulums (ER) eine wichtige Triebkraft der Kardiomyozyten-Apoptose bei DCM ist [26,27,28]. In-vitro- und In-vivo-Studien haben die vorteilhaften Wirkungen von Chlorogensäure und Schwefelwasserstoff (H2S) gegen ER-Stress-assoziierte Apoptose in diabetischen Herzen gezeigt [29, 30]. Durch anhaltende Hyperglykämie induzierter oxidativer Stress im myokardialen endoplasmatischen Retikulum kann auch Caspase-Kaskaden aktivieren und schließlich die Apoptose der Kardiomyozyten vermitteln [31,32,33]. SFRP2 verbessert die Schädigung diabetischer Kardiomyozyten, indem es oxidativen Stress und die mitochondriale Dynamik über den AMPK/PGC1-α-Weg reguliert [34]. Es wurde berichtet, dass natürliche Produkte, darunter FNDC5/Irisin, Curcumin und Galangin, kardioprotektive Wirkungen haben, indem sie oxidativen Stress reduzieren und die Myokardapoptose bei DCM hemmen, was auf mögliche therapeutische Behandlungen für DCM hindeutet [35,36,37]. Zhang et al. fanden heraus, dass ein hoher Glukosegehalt Caspase-8 und Caspase-9, die Schlüsselpromotoren der extrinsischen und intrinsischen Apoptosewege in Kardiomyozyten, aktivieren und anschließend Caspase-3, den nachgeschalteten Executor der Apoptose, aktivieren kann, was zur Kardiomyozyten-Apoptose bei neugeborenen Ratten führt [38]. Allicin hemmt die Apoptose der Kardiomyozyten, indem es das antiapoptotische Protein Bcl-2 erhöht und das proapoptotische Protein Fas verringert (Abb. 2) [39].

Aktuelle Studien haben gezeigt, dass ein abnormaler Energiestoffwechsel eng mit chronischen Entzündungen zusammenhängt. Entzündungen, ein weiterer wichtiger ursächlicher Faktor der Kardiomyozyten-Apoptose während des Fortschreitens der DCM, können nicht nur die Produktion und Freisetzung von Stickoxid (NO) in Kardiomyozyten induzieren, sondern auch die Expression von Protoonkogenen fördern, was zu einer linksventrikulären diastolischen Dysfunktion führt [40]. ]. Tiermodelle für Typ-1- und Typ-2-Diabetes (T1D und T2D) zeigen relativ früh im Krankheitsverlauf eine systemische Entzündung, die durch proinflammatorische Zytokine und Chemokine ausgelöst wird [41]. Das Ungleichgewicht im Blutzuckerstoffwechsel bei DCM-Patienten führt zur Aktivierung weißer Blutkörperchen und zur Rekrutierung entzündlicher Neutrophiler, Monozyten und Makrophagen im Herzen. Hyperglykämie löst auch die Freisetzung proinflammatorischer Zytokine aus, darunter Interleukin-1β (IL-1β), IL-6, IL-18, Tumornekrosefaktor-α (TNF-α) und transformierender Wachstumsfaktor-β (1 TGF-β1). Dies führt zur Apoptose der Kardiomyozyten und begünstigt das Auftreten einer diabetischen Kardiomyopathie [42]. Der durch anhaltend hohe Glukosespiegel induzierte Anstieg der Pyrindomänen enthaltenden 3 (NLRP3)-Inflammasomen der ROS- und NLR-Familie in Kardiomyozyten kann auch Entzündungen, Kardiomyozyten-Apoptose und Myokardfibrose verursachen und die Entwicklung von DCM verschlimmern [31, 43, 44]. Es gibt Hinweise darauf, dass übermäßige Veränderungen oder Regulierung der NLRP3-Inflammasom-Aktivität die immunmodulatorische Reaktion bei DCM-Mäusen fördern können, wohingegen die Stummschaltung des NLRP3-Gens den Umbau des diabetischen Herzens verbessern und die Herzfunktion beeinträchtigen kann (Abb. 2) [45].

Darüber hinaus ist bekannt, dass intrazelluläres Ca2+ das Hauption ist, das die Myokardkontraktion vermittelt. Allerdings wurde bei diabetischen Ratten eine abnormale Gentransduktion von Ca2+-ATPase im sarkoplasmatischen Retikulum des Herzens festgestellt, die durch eine verminderte Aufnahme von Kalzium im sarkoplasmatischen Retikulum und eine relative Abnahme des Na+-Ca2+-Austauschs in der Zellmembran gekennzeichnet war, was den Ca2+-Einstrom erhöhte in Kardiomyozyten. Dadurch wurde die Ca2+-Verarbeitung beeinträchtigt, was zu einer längeren Aktionspotentialdauer, einer verkürzten systolischen Phase und einer verlängerten diastolischen Phase im Myokard führte [46,47,48]. Eine Ca2+-Überladung führte auch zu einer übermäßigen Aufnahme von Ca2+ durch die Mitochondrien, erhöhte die Permeabilität der Mitochondrien und öffnete die Übergangspore leichter, was zur Apoptose der Kardiomyozyten führte [28]. Die Kalziumsignalisierung ist auch an der Regulierung des NLRP3-Inflammasoms beteiligt, und hohe Mengen an zytosolischem Ca2+ lösen zusätzlich die NLRP3-Inflammasom-Assemblierung aus. Dieser Effekt könnte auf die verstärkte Aktivierung von JNK durch intrazelluläres Ca2+ zurückzuführen sein, das das NLRP3-Inflammasom aktiviert [49]. Die Autophagie ist hauptsächlich für die Wiederverwertung/Beseitigung beschädigter Organellen und zytoplasmatischer Inhalte verantwortlich. Bei DCM beeinträchtigt eine Autophagie-Dysfunktion die Fusion von Autophagosomen und Lysosomen in Kardiomyozyten und beeinträchtigt das Recycling und den Abbau überschüssiger Substanzen in Zellen. Die Aktivierung der autophagischen Reaktion kann Apoptose verhindern und die normale Zellfunktion bei T1D und T2D aufrechterhalten [50]. Mitophagie, also die hochspezifische Eliminierung dysfunktionaler Mitochondrien durch das Lysosomensystem, kann ebenfalls an DCM beteiligt sein, was auf ein wichtiges Ziel für die Verzögerung des Fortschreitens von DCM hindeutet (Abb. 2) [51, 52].

Myokardfibrose ist eine der wichtigsten histologischen Manifestationen von DCM und erhöht die Steifheit des Myokards, verringert die diastolische Funktion des Herzens, verursacht systolische Dysfunktion und führt schließlich zum plötzlichen Tod. In Herzabschnitten von DCM-Proben wurde eine interstitielle Kollagenablagerung beobachtet, insbesondere in den perivaskulären Bereichen [53, 54]. Dieses Phänomen wurde in Tiermodellen für Typ-1-Mellitus, der durch die Verabreichung von STZ induziert wird, und Typ-2-Diabetes, der genetisch bedingt ist oder durch fettreiche Ernährung induziert wird, dokumentiert. Im Alter von 4 Monaten weisen db/db-Mäuse eine ausgeprägte Herzfibrose auf. Langfristige Hyperglykämie und schwere Insulinresistenz fördern die Proliferation von Herzfibroblasten, die die wichtigsten zellulären Initiatoren und Effektoren der Herzfibrose sind, und erhöhen dadurch die Produktion von ECM. An der Myokardfibrose bei DCM sind mehrere Signalwege beteiligt. Der Mechanismus des Renin-Angiotensin-Aldosteron-Systems (RAAS) beim Fortschreiten von Diabetes bis hin zur Herzinsuffizienz ist gut bekannt. Viele Studien haben bestätigt, dass die Aktivierung des RAAS in engem Zusammenhang mit Myokardhypertrophie und Fibrose bei DCM-Patienten steht [6, 55]. Der Anstieg von Angiotensin II stimuliert den Angiotensinrezeptor-1 (AT-1), direkt auf Kardiomyozyten und Herzfibroblasten zu wirken, wodurch die Kollagensynthese erhöht, der Kollagenabbau verringert, Herzhypertrophie und -fibrose verursacht und eine verminderte ventrikuläre Compliance sowie eine kardiale systolische und diastolische Dysfunktion verursacht werden (Abb. 2) [56, 57].

Matrix-Metalloproteinasen (MMPs) und Gewebeinhibitoren von Metalloproteinasen (TIMPs) sind wichtige Antagonisten bei der Regulierung des ECM-Abbaus. Studien haben gezeigt, dass die Expression von MMP-2 bei STZ-induzierten diabetischen Mäusen herunterreguliert ist, was mit einer Verringerung des Kollagenabbaus und einer ausgeprägten Myokardfibrose einhergeht [58]. Es wurde auch festgestellt, dass aktiviertes MMP-2 die Apoptose von Kardiomyozyten über den mitochondrialen Apoptoseweg induzieren kann [59]. Darüber hinaus beeinflusst eine hohe Glukosestimulation das Gleichgewicht zwischen MMPs und TIMPs, was zu einem Ungleichgewicht in der Synthese und dem Abbau von ECM und Kollagen führt und Myokardfibrose fördert. Der konkrete Mechanismus ist jedoch noch unklar. Darüber hinaus gibt es substanzielle Belege dafür, dass der Beginn einer Herzfibrose durch die Bildung von Inflammasomkomplexen in DCM gekennzeichnet ist [54]. Der durch Hyperglykämie und Insulinresistenz induzierte Anstieg des entzündlichen Zytokins TNF-α kann Zellschäden auslösen und schließlich bei DCM-Patienten zu Myokardfibrose führen [60]. In einem DCM-Rattenmodell könnte die Hemmung von TNF-α die Myokardfibrose reduzieren und die Herzfunktion verbessern [61]. Die Kernfaktor-κ-Genbindung (NF-кB), ein Transkriptionsfaktor verschiedener Entzündungsfaktoren, reguliert die Expression proinflammatorischer, profibrotischer und hypertrophiebezogener Gene. Die überschüssige Glukose bei Diabetikern fördert die Bildung von AGEs, die an spezifische Rezeptoren auf der Zellmembran binden, die Freisetzung großer Mengen an ROS induzieren, NF-кB aktivieren und dann die Transkription von TNF-α, IL-6, und andere Entzündungsfaktoren, die schließlich zu einer Schädigung der Gefäßendothelzellen und zur Proliferation glatter Muskelzellen führen und die Herzfibrose bei DCM fördern [62].

TGF-β1 ist ein zentraler Regulator der Proliferation und Differenzierung von Herzfibroblasten und übt eine starke profibrotische Wirkung auf andere Zellen im Myokard aus, was das Fortschreiten der Myokardfibrose verursacht und zu deren Fortschreiten beiträgt [63]. Viele Faktoren können TGF-β-vermittelte Signalreaktionen in diabetischen Herzen induzieren, wie z. B. erhöhte Spiegel von Angiotensin II, Zytokinen, Chemokinen, Integrinen und ROS, indem sie lokale TGF-β-Speicher aktivieren und so die Transkription und Sekretion von TGF-β fördern Isoformen und induzieren die Synthese und Externalisierung von TGF-β-Rezeptoren (TGFβr1 oder TGFβr2) auf der Zelloberfläche [64,65,66,67]. Die Verstärkung der TGF-β-Signalübertragung im Myokardgewebe von DM-Modellen führt zu einer abnormalen ECM-Akkumulation über kanonische Smad-abhängige Signalwege und Nicht-Smad-Signalwege. TGF-β1 aktiviert die Phosphorylierung von Smad2 und Smad3 und reguliert die Expression von Smad7 in Modellen von T1D und T2D herunter, die mit Herzfibrose assoziiert sind [58, 68, 69, 70]. Andererseits koordinieren TGF-β1-vermittelte Smad-unabhängige ERK- oder c-Jun-Amino-Terminal-Kinase (JNK) und p38-Mitogen-aktivierte Proteinkinase (MAPK)-Signalwege mit Smad-abhängigen Signalen im Zellkern, um das zu fördern Transkription von profibrotischen Markern wie α-Glattmuskel-Aktin (α-SMA), ECM-Proteinen (Kollagen I, Kollagen III und Fibronektin), Blutplättchen-Wachstumsfaktor (PDGF), Fibroblasten-Wachstumsfaktor (FGF) und angiogenem Wachstumsfaktor (VEGF) [71, 72]. Bemerkenswert ist, dass die genauen Mechanismen und direkten Beweise für TGF-β-Signalwege, die an der Herzfibrose von DCM beteiligt sind, unzureichend sind und weiter untersucht werden müssen (Abb. 2).

Die optimale gezielte Interventionsstrategie für DCM besteht darin, den Blutzucker wirksam zu kontrollieren und die Kardiotoxizität zu reduzieren. Zu den gängigen oralen Medikamenten zur Blutzuckerkontrolle gehören Sulfonylharnstoffe, Biguanide und Insulin. Sulfonylharnstoffe stimulieren die β-Inselzellen zur Insulinfreisetzung, ohne die Insulinsynthese des Patienten zu beeinträchtigen. Im Gegensatz dazu ist diese Medikamentenklasse auf Patienten beschränkt, deren Insel-Betazellfunktion intakt bleibt, und hat keine Wirkung auf Patienten, deren Insel-Betazellfunktion beeinträchtigt ist. Darüber hinaus kann die langfristige Einnahme dieser Medikamente eine hypoglykämische Reaktion hervorrufen [73, 74]. Bei Diabetikern mit Herzinsuffizienz besteht bei der Behandlung mit Metformin im Vergleich zur Behandlung mit Sulfonylharnstoff oder Insulin ein geringes Mortalitätsrisiko [75]. Metformin, ein Antidiabetikum der ersten Wahl, verbessert DCM, indem es den Glykolipidstoffwechsel reguliert, die AGE-Erzeugung reduziert, das NLRP3-Inflammasom hemmt und die Mitochondrienfunktion verbessert, was zu einer kardioprotektiven Wirkung führt [44, 76]. Die neuesten Erkenntnisse zeigten jedoch, dass Metformin das Fortschreiten einer Herzfunktionsstörung bei frühen DCM-Mäusen, die durch eine fettreiche, saccharosereiche Diät (HFHSD) hervorgerufen wurde, nicht verhinderte [77]. Die Behandlung mit Metformin kann das Zielen implantierter mesenchymaler Stammzellen aus dem Knochenmark (BM-MSCs) beeinträchtigen und die Wirksamkeit der Therapie mit mesenchymalen Stammzellen zur Herzreparatur während DCM verringern [76]. Dadurch sind weitere neue Klassen antihyperglykämischer Wirkstoffe entstanden. Glucagon-ähnliche Peptid-1 (GLP-1)-Rezeptoragonisten wie Exenatid, Liraglutid und Semaglutid können die Empfindlichkeit des Myokards gegenüber Insulin erhöhen, die Glukoseaufnahmerate verbessern, den Energiestoffwechsel des Myokards fördern und die Apoptose der Kardiomyozyten hemmen, was dazu beiträgt Behandlung von DCM [78,79,80]. Dipeptidylpeptidase-4 (DPP-4)-Inhibitoren wie Linagliptin, Sitagliptin und Saxagliptin können Herzfunktionsstörungen vorbeugen, indem sie das Nlrp3/ASC-Inflammasom hemmen und den JAK/STAT-Signalweg modulieren [81, 82]. Es ist erwähnenswert, dass DPP-4-Inhibitoren in vorläufigen Studien und ersten Daten aus klinischen Studien der Phasen 2 und 3 tatsächlich eine gewisse kardioprotektive Wirkung entfalten, wohingegen nachfolgende CV-Ergebnisstudien bei Typ-2-DM-Patienten keine Überlegenheit gegenüber dem Placebo zeigten. Saxagliptin war mit einem unerwartet erhöhten Risiko einer Krankenhauseinweisung wegen Herzinsuffizienz verbunden [83]. Natrium-Glukose-Cotransporter-Typ-2-Inhibitoren (SGLT-2), eine weitere Klasse oraler Glukose-senkender Wirkstoffe, die die Rückresorption von Glukose verhindern, können die Herzfunktion in DCM-Modellen erheblich beeinflussen und bieten eine neue und vielversprechende Therapieoption für DCM [ 84,85,86]. Da Insulin an diesem Prozess nicht beteiligt ist, können diese Inhibitoren in jedem Stadium von T2DM eingesetzt werden (Abb. 3).

Gezielte Interventionen für DCM.

Zusätzlich zur Blutzuckerkontrolle wurde in DCM-Modellen gezeigt, dass verschiedene Medikamente positive Auswirkungen auf das Herz haben. Es wurde gezeigt, dass Statine, die die Cholesterinsynthese hemmen, die Expression der vaskulären endothelialen Stickoxidsynthase reduzieren, die Synthese von ROS verringern, die linksventrikuläre Funktion verbessern und Myokardfibrose hemmen, um DCM zu verhindern [87, 88]. Klinische Langzeitdaten zeigten jedoch, dass diese Medikamente zwar das Auftreten unerwünschter kardiovaskulärer Ereignisse reduzieren, lipophile Statine jedoch den Blutzuckerspiegel erhöhen und die Schwere von Diabetes verschlimmern können, was darauf hindeutet, dass die Veränderungen des Blutzuckers bei Patienten mit DCM währenddessen überwacht werden sollten die klinische Anwendung von Statinen [89,90,91]. RAAS-Blocker können den Blutdruck und die Insulinresistenz senken und die diastolische Myokardfunktion bei DCM verbessern [92, 93]. Obwohl die Inzidenz und Mortalität aufgrund von Herz-Kreislauf-Erkrankungen bei Diabetikern, die Angiotensin-Rezeptor-Blocker (ARBs) und Angiotensin-Converting-Enzym-Hemmer (ACEIs) einnahmen, verringert waren, war der Effekt nicht offensichtlich [94]. Spironolacton, ein Aldosteronantagonist, kann die Reaktion auf oxidativen Stress bei diabetischen Mäusen hemmen, indem es die antioxidative Aktivität von Glutathionperoxidase und Katalase erhöht, um die Herzfunktion zu verbessern [95, 96]. β-Rezeptor-Antagonisten können die Glukoseaufnahme durch Kardiomyozyten reduzieren, die Werte der oxidativen Stressfaktoren (SOD1 und SOD2) erhöhen und die Produktion von oxidativen Stressprodukten in DCM hemmen, um den Herzstoffwechsel zu modulieren und die Herzfunktion zu verbessern [97, 98]. Ca2+-Kanalantagonisten können direkt auf Ca2+-Kanäle vom L-Typ einwirken, um die intrazelluläre Ca2+-Konzentration zu reduzieren und dadurch Herzschäden bei Patienten mit DCM zu lindern [99]. Eine Langzeitbehandlung mit Verapamil kann die Myokardhypertrophie und -fibrose durch Regulierung des intrazellulären und extrazellulären Ca2+-Gleichgewichts wirksam verbessern (Abb. 3) [100, 101].

Bemerkenswert ist, dass es einige neue und alte niedermolekulare chemische Arzneimittel in abgeschlossenen und laufenden klinischen Studien zur Behandlung von DCM gibt (Tabelle 1). Unter ihnen sind AT-001 (Caficrestat) und Ninerafaxstat (IMB-1018972) neu entwickelte niedermolekulare chemische Arzneimittel zur Behandlung von DCM. AT-001 ist ein neuartiger und wirksamer oraler Aldosereduktasehemmer gegen AKR1B1, der sich in der klinischen Phase 3 zur Behandlung von DCM befindet (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress-detail/0a5aea2aa5058d22852a258dea9d44aa). Eine klinische Studie (NCT04365699) zur Rolle von COVID-19 mit und ohne Behandlung mit AT-001 auf die Herzstruktur und -funktion bei Patienten, die wegen der Behandlung einer COVID-19-Infektion ins Krankenhaus eingeliefert wurden, wurde abgeschlossen und ergab eine Verringerung der Mortalität des AT-001. 001-Behandlungsgruppe (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress-detail/ed5e59202eae554e9d29a40542aea820). Eine klinische Studie zur Bewertung der Auswirkungen von Ninerafaxstat auf die Myokardenergie, den Stoffwechsel und die Funktionen bei T2DM und Fettleibigkeit mit HFpEF ist noch im Gange. Trimetazidin, ein Inhibitor von ACAA2, kann die DCM verbessern, indem es Nox2/TRPC3-induzierten oxidativen Stress hemmt [102], die Ablagerung von Fettsäuren reduziert [103], Fibrose verhindert, Apoptose reduziert und die Autophagie steigert [104]. Die Auswirkungen von Trimetazidin auf die linksventrikuläre Funktion und Entzündungsmarker bei Typ-2-Diabetikern wurden in einer klinischen Phase-2-Studie getestet (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress-detail/55d254aea55e524d82a2e2534e5e282e). Es wurde berichtet, dass Alpha-Liponsäure, ein kleines Molekül mit antioxidativen Eigenschaften, den kardialen Umbau im diabetischen Herzen lindert [105], und eine klinische Studie über die Wirkung von Alpha-Liponsäure auf DCM läuft derzeit (https://synapse .zhihuiya.com/clinical-progress-detail/08490325eaa4e895d5a0e53324e54822). Empagliflozin und Dapagliflozin, die ersten Medikamente, die auf SGLT2 abzielen, konnten in Diabetikermodellen nachweislich die Herzfunktion schützen [106,107,108]. Eine kontinuierliche PDE5-Hemmung durch Tadalafil kann positive Auswirkungen auf die kardiorenalen Komplikationen von T2DM haben [109] (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress-detail/04e25ea32d0d3a889adae2a208aae855). Die antifibrotische Wirkung von Spironolacton auf das Herz bei Patienten mit Typ-2-Diabetes mellitus wurde durch nichtinvasive Herzbildgebung in einer klinischen Studie nachgewiesen (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress-detail/9a22aa02522ea9d092ea289500d5ed5a). Die Mechanismen, die für den abnormalen Energiestoffwechsel des Herzens verantwortlich sind, und die Wirkung von Perhexilin, das die Stoffwechselstörung bei Diabetikern vor der Entwicklung einer Herzinsuffizienz verbessert, wurden in einer klinischen Studie untersucht und bewertet (https://synapse.zhihuiya.com/clinical-progress). -detail/222ae22992aeaa3a0ee394ae852a24d2).

Im Laufe der Jahre haben Forscher einige neue Interventionsstrategien entdeckt, wie Vaspin, Melatonin, CoQ, miRNA, circRNA und Stammzelltransplantation (SCT), die bestimmte schützende Wirkungen auf das Herz bei DCM haben [110,111,112,113,114]. Darüber hinaus wurde bestätigt, dass die traditionelle chinesische Medizin und einige Naturprodukte wie Ginsenosid, Esveratrol, Berberin, Curcumin, Epigallocatechingallat, Flavonoid, Ginkgo-Biloba-Extrakt und Astragalus-Polysaccharid antioxidative, entzündungshemmende, antiapoptotische und antidiabetische Wirkungen haben wichtige Rollen bei der Regulierung der Herzfunktion in DCM-Modellen [50, 115]. Die chinesischen Kräuterpräparate Fufang Zhenzhu Tiao Zhi (FTZ), Erzhi Pill (EZP) und Si-Miao-Yong-An-Abkochung (SMYA) können DCM lindern, indem sie oxidativen Stress und die Aktivierung des NLRP3-Inflammasoms reduzieren, die Apoptose hemmen und den Energie- und Glukolipidstoffwechsel verbessern verschiedene Signalwege [116,117,118]. Lycium chinense-Blattextrakt (LCME) schützt vor DCM, indem es oxidativen Stress, Entzündungen, Apoptose und Fibrose hemmt [119]. Panax Notoginseng-Saponin kann die diabetische Kardiomyopathie verbessern, indem es die Lipotoxizität verringert, oxidativen Stress hemmt und die Mitochondrienfunktion verbessert [120]. Notoginsenosid R1 (NGR1) übt kardioprotektive Wirkungen gegen DCM aus, indem es Herzfibrose und -hypertrophie unterdrückt [121]. Diese Beweise deuten darauf hin, dass chinesische Kräuterrezepte und Naturprodukte neue Quellen für Arzneimittelkandidaten zum Schutz vor DCM darstellen können (Abb. 3). Schließlich sind Lebensstilinterventionen unerlässlich. Es ist bekannt, dass eine gesunde Ernährung und angemessene körperliche Betätigung sich positiv auf die Verbesserung der Blutzucker- und Gewichtskontrolle sowie die Förderung der Insulinsensitivität auswirken, um die Belastung des Herzens bei DCM zu verringern (Abb. 3) [43, 122].

DCM, eine der Hauptkomplikationen von Diabetes, wird als eine durch Diabetes verursachte Schädigung der Myokardstruktur und -funktion ohne Arteriosklerose in der Koronararterie oder Bluthochdruck angesehen. Aufgrund der atypischen klinischen Manifestationen von DCM ist die aktuelle klinische Diagnose dieser Krankheit begrenzt und basiert hauptsächlich auf der umfassenden Bewertung der Krankengeschichte des Patienten, der Symptome, der Echokardiographie, der Magnetresonanztomographie und einiger neu auftretender Biomarker wie Serum-HbA1c und cTnI Ebenen. Unerwarteterweise sind die Sensitivität und Spezifität dieser Diagnosemethoden nicht ausreichend. Darüber hinaus ist die Pathogenese von DCM komplex, vielfältig und nicht vollständig verstanden. Ein abnormaler Glukose- und Lipidstoffwechsel führt zu Insulinresistenz, mitochondrialer Dysfunktion, ERS, Entzündung, Ungleichgewicht der Kalziumstabilität, Autophagie, Kardiomyozyten-Apoptose und Myokardfibrose. Diese Faktoren interagieren miteinander und verstärken Störungen des Energiestoffwechsels und Entzündungsreaktionen zusätzlich. Hierin stellten wir die Wirkmechanismen gängiger Medikamente und gezielter Interventionsstrategien zur Behandlung von DCM vor und fassten die Vorteile und Einschränkungen zusammen. Obwohl die aktuellen Interventionsstrategien die DCM-Symptome bis zu einem gewissen Grad lindern können, können sie Myokardschäden nicht wirksam rückgängig machen. Daher mangelt es immer noch an spezifischen Therapien. Es ist dringend erforderlich, den pathophysiologischen Mechanismus von DCM weiter zu erforschen und zu verstehen, um eine neue Richtung für die Verbesserung von Prognosemethoden und die Entwicklung neuer therapeutischer Ziele und Medikamente mit guter Wirksamkeit und weniger Nebenwirkungen vorzugeben.

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Diese Arbeit wurde von der China Postdoctoral Science Foundation (Nr. 2022M722892 und Nr. 2022M722901), dem Key R&D and Promotion Special Project der Provinz Henan (Nr. 232102311171) und dem National Natural Science Foundation of China Young Scientists Project (Nr. 82200796) finanziert ) und das Joint Project Medical Science and Technology Research Plan der Provinz Henan (Nr. LHGJ20220289 und Nr. LHGJ20200364).

Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Jin-Ling Huo, Qi Feng.

Integrierte Abteilung für Nephrologie für traditionelle chinesische Medizin, das erste angegliederte Krankenhaus der Zhengzhou-Universität, Zhengzhou, 450052, VR China

Jin-Ling Huo, Qi Feng, Shaokang Pan, Wen-Jia Fu und Zhangsuo Liu

Forschungsinstitut für Nephrologie, Zhengzhou-Universität, Zhengzhou, 450052, VR China

Jin-Ling Huo, Qi Feng, Shaokang Pan, Wen-Jia Fu und Zhangsuo Liu

Forschungszentrum für Nierenerkrankungen der Provinz Henan, Zhengzhou, 450052, VR China

Jin-Ling Huo, Qi Feng, Shaokang Pan, Wen-Jia Fu und Zhangsuo Liu

Schlüssellabor für Präzisionsdiagnose und Behandlung chronischer Nierenerkrankungen in der Provinz Henan, Zhengzhou, 450052, VR China

Jin-Ling Huo, Qi Feng, Shaokang Pan, Wen-Jia Fu und Zhangsuo Liu

Abteilung für Chinesische Medizin, Das erste angegliederte Krankenhaus der Zhengzhou-Universität, Zhengzhou, 450052, VR China

Zhenzhen Liu

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Jin-Ling Huo und Qi Feng konzipierten die Ideen und entwarfen und verfassten das Originalmanuskript. Wenjia Fu, Shaokang Pan, Zhangsuo Liu und Zhenzhen Liu überarbeiteten das Manuskript. Alle Autoren überprüften das Manuskript und genehmigten die endgültige Fassung des Manuskripts zur Einreichung.

Korrespondenz mit Zhangsuo Liu oder Zhenzhen Liu.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Huo, JL., Feng, Q., Pan, S. et al. Diabetische Kardiomyopathie: Frühdiagnostische Biomarker, pathogenetische Mechanismen und therapeutische Interventionen. Zelltod-Entdeckung. 9, 256 (2023). https://doi.org/10.1038/s41420-023-01553-4

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Eingegangen: 3. Mai 2023

Überarbeitet: 06. Juli 2023

Angenommen: 12. Juli 2023

Veröffentlicht: 21. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41420-023-01553-4

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