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衛(wèi)生部中日友好醫(yī)院作者：李宏亮
胰島素抵抗(IR)和胰島β細(xì)胞功能減退是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病的兩個(gè)關(guān)鍵因素，但T2DM的病因和發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明。近年來眾多證據(jù)表明，肥胖時(shí)伴有細(xì)胞應(yīng)激和炎癥信號(hào)通路的激活，并提出氧化應(yīng)激學(xué)說、炎癥病因?qū)W說等，且2004年氧化應(yīng)激及2007年炎癥學(xué)說相繼獲得ADA大獎(jiǎng)（Banting）。近研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與糖尿病IR和β細(xì)胞功能減退密切相關(guān)，也是此次ADA研究熱點(diǎn)之一，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)學(xué)說能否獲得下一個(gè)ADA大獎(jiǎng)呢？這也是備受大家關(guān)注的問題。
1.氧化應(yīng)激與2型糖尿病
2004年6月，在第64屆ADABanting獎(jiǎng)獲得者Brownlee教授闡明了高血糖誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，是糖尿病并發(fā)癥發(fā)生的共同病理生理通路。糖尿病患者持續(xù)的高血糖水平，誘導(dǎo)了細(xì)胞內(nèi)產(chǎn)生大量反應(yīng)性氧化產(chǎn)物（ROS），并導(dǎo)致細(xì)胞損傷?，F(xiàn)認(rèn)為T2DM時(shí)高血糖癥誘導(dǎo)了氧化應(yīng)激，而后者參與了胰島β細(xì)胞功能受損及外周胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。
氧化應(yīng)激損傷胰島β細(xì)胞的具體機(jī)制目前尚不完全清楚。研究發(fā)現(xiàn)ROS可導(dǎo)致PDX-1mRNA表達(dá)降低，誘導(dǎo)PDX-1合成降低，從而使胰島素合成減少。ROS對(duì)PDX-1基因表達(dá)及其活性的影響主要是通過激活JNK通路而實(shí)現(xiàn)的。此外，ROS可減少血漿還原型谷胱苷肽水平，損傷胰島β細(xì)胞膜的結(jié)構(gòu)和功能，降低胰島素的分泌。UCP-2可減少ROS生成，誘導(dǎo)UCP2表達(dá)上調(diào)可降低葡萄糖刺激的胰島素分泌。ROS也可通過細(xì)胞膜脂質(zhì)過氧化及影響線粒體ATP生成，使細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子增加，進(jìn)而激活磷脂酶促進(jìn)膜磷脂分解，并激活脂加氧酶和環(huán)加氧酶形成具有高度生物活性的炎性介質(zhì)導(dǎo)致β細(xì)胞損傷調(diào)亡。
氧化應(yīng)激時(shí)被激活的多種應(yīng)激敏感通路可能與外周組織胰島素抵抗發(fā)生有關(guān)，如NF-κB、PI-3K、MAPK及JNK通路等。尤其近來發(fā)現(xiàn)在中國(guó)倉鼠卵巢細(xì)胞中，氧化應(yīng)激活化的JNK通路可增加IRS-1的絲氨酸磷酸化及抑制胰島素刺激的酪氨酸磷酸化，抑制胰島素信號(hào)通路轉(zhuǎn)導(dǎo)。另外TNFα是一種致炎因子，能導(dǎo)致ROS升高，使用ROS清除物質(zhì)可減輕胰島素抵抗，過度表達(dá)ROS清除物質(zhì)可提高胰島素敏感性。有關(guān)機(jī)制仍需進(jìn)一步探討。
2.炎癥反應(yīng)與2型糖尿病
20007年第67屆ADA授予Larry C.Deeb博士杰出的科學(xué)成就獎(jiǎng)（又稱班丁科學(xué)獎(jiǎng)）。其演講題目是《肥胖和糖尿病的炎癥基礎(chǔ)》。肥胖常伴有胰島素抵抗、代謝異常和炎癥反應(yīng)，而脂肪組織與炎癥發(fā)生有關(guān)。白色脂肪組織含有成熟脂肪細(xì)胞和基質(zhì)血管細(xì)胞均有TNFα表達(dá)。TNFα表達(dá)增強(qiáng)可導(dǎo)致外周組織胰島素抵抗，將TNFα基因敲除小鼠后，TNFα表達(dá)降低，可緩解胰島素抵抗。胰島素作用于脂肪細(xì)胞胰島素受體，通過下游PI3K和Ras復(fù)合物發(fā)揮共生理和病理作用。TNFα可使胰島素受體絲氨酸磷酸化增強(qiáng)，胰島素受體酪氨酸磷酸化降低，起到抑制胰島素生物學(xué)作用。另外研究發(fā)現(xiàn)JNK這一重要激酶，在代謝病炎癥反應(yīng)發(fā)生中起積極作用。TNFα可激活JNK，將JNK基因敲除后則可使TNFα誘導(dǎo)的炎癥反應(yīng)緩解，胰島素抵抗改善。
炎癥分子標(biāo)記物的發(fā)現(xiàn)不僅有助于了解發(fā)病機(jī)制，而且能針對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行新的治療靶點(diǎn)，例如JNK在一些代謝病如肥胖病、糖尿病、動(dòng)脈粥樣硬化，非酒精性脂肪肝炎發(fā)生中的起重要作用，炎癥因子可以抑制胰島素的作用。Larry C.Deeb博士還指出內(nèi)質(zhì)網(wǎng)是重要的細(xì)胞器，是蛋白質(zhì)翻譯合成的場(chǎng)所。當(dāng)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于應(yīng)激狀態(tài)，可有非折疊的蛋白質(zhì)反應(yīng)，導(dǎo)致炎癥。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（ERS）可通過JNK通路活化胰島細(xì)胞凋亡，分泌功能受損。通過藥物如通道伴侶蛋白修復(fù)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)或抑制JNK通路是一種治療措施，能改善胰島細(xì)胞生存活力和胰島素分泌。另外還指出STAMP2是與內(nèi)臟脂肪組織相關(guān)，調(diào)控炎癥反應(yīng)的關(guān)鍵性蛋白。脂肪組織缺乏STAMP2可導(dǎo)致過度的炎癥反應(yīng)。內(nèi)臟脂肪STAMP2基因敲除的小鼠可表現(xiàn)出過度的炎癥反應(yīng)，胰島素抵抗，糖尿量受損和脂代謝的紊亂，推測(cè)STAMP2和JNK參與了炎癥反應(yīng)和代謝性疾病的發(fā)生。
3．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激與2型糖尿病
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）是真核細(xì)胞中蛋白質(zhì)翻譯合成和細(xì)胞內(nèi)鈣離子的儲(chǔ)存場(chǎng)所，對(duì)細(xì)胞應(yīng)激反應(yīng)起調(diào)節(jié)作用。ERS是指由于某種原因使細(xì)胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細(xì)胞器病理狀態(tài)。目前研究發(fā)現(xiàn)ERS在T2DM的胰島β細(xì)胞功能受損及外周胰島素抵抗中占據(jù)著重要的地位，也是今年ADA大會(huì)研究熱點(diǎn)。
胰島β細(xì)胞具有高度發(fā)達(dá)的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，過度的ERS可能導(dǎo)致β細(xì)胞功能受損，甚至凋亡。Scheuner D等研究發(fā)現(xiàn)eIF2α突變純合子鼠其胚胎和新生鼠體內(nèi)均存在著嚴(yán)重的β細(xì)胞缺乏及胰島素含量顯著降低，從而提示eIF2α在高脂誘導(dǎo)的胰島功能損傷中起到了保護(hù)作用。ERS通過CHOP、JNK和Caspases途徑介導(dǎo)的β細(xì)胞調(diào)亡是導(dǎo)致糖尿病發(fā)病另一重要機(jī)制。研究發(fā)現(xiàn)雜合子Akita小鼠，由于胰島素基因突變干擾了胰島素二硫鍵的形成，使蛋白錯(cuò)誤折疊，加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激，誘導(dǎo)CHOP表達(dá)增強(qiáng)，導(dǎo)致β細(xì)胞調(diào)亡；而在CHOP敲除小鼠中誘導(dǎo)Akita突變后，可保護(hù)β細(xì)胞數(shù)目并使得高血糖發(fā)生被延遲。
Ozcan U等發(fā)現(xiàn)肝細(xì)胞發(fā)生ERS時(shí)IRS-1的酪氨酸磷酸化明顯降低，而JNK依賴性的絲氨酸磷酸化是升高的；而阻斷JNK通路后，可逆轉(zhuǎn)ERS引發(fā)的上述變化，提示ERS可通過促進(jìn)JNK依賴性的IRS-1絲氨酸磷酸化而影響胰島素的受體信號(hào)通路，導(dǎo)致胰島素抵抗。進(jìn)一步說明ERS可通過JNK通路活化導(dǎo)致細(xì)胞胰島素受體信號(hào)通路抑制。氧調(diào)節(jié)蛋白150（ORP150）是一種內(nèi)質(zhì)網(wǎng)分子伴侶，研究表明ORP150可保護(hù)細(xì)胞免受ERS所致?lián)p傷。
4.JNK通路與2型糖尿病
氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激導(dǎo)致T2DM胰島β細(xì)胞功能損傷和外周胰島素抵抗的機(jī)制均十分復(fù)雜，有許多的因子和通路被激活并發(fā)揮作用，而ERS、氧化應(yīng)激及炎癥反應(yīng)均可通過誘導(dǎo)活化JNK通路參與T2DM的發(fā)生發(fā)展，阻斷JNK通路可改善胰島β細(xì)胞功能和胰島素抵抗。
Kaneto H等發(fā)現(xiàn)在體外誘導(dǎo)小鼠胰島發(fā)生氧化應(yīng)激時(shí)先是JNK通路被活化，誘導(dǎo)PDX-1活性的降低，抑制胰島素基因轉(zhuǎn)錄，造成了β細(xì)胞功能受損。Kaneto等還構(gòu)建一種JNK抑制性多肽，經(jīng)腹腔注射到C57BL/KsJ-db/db鼠體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)接受JHTF處理鼠的非空腹血糖水平明顯降低。目前認(rèn)為JNK通路活化參與了肥胖及糖尿病外周組織胰島素抵抗的發(fā)生。Hirosumi J等將高脂喂養(yǎng)肥胖鼠的JNK基因敲除后，發(fā)現(xiàn)其同野生型鼠比較，IRS-1絲氨酸磷酸化水平降低，胰島素敏感性增加，提示阻斷JNK通路可減輕胰島素抵抗及改善糖耐量，對(duì)糖尿病來說是一種潛在性治療途徑。
5．展望
總之，氧化應(yīng)激、炎癥反應(yīng)及ERS在糖尿病發(fā)病中均起了重要作用，隨著ERS學(xué)說研究的不斷深入，不斷的完善，可能揭示糖尿病發(fā)病的新機(jī)制，我們相信該學(xué)說非常有可能獲得下一個(gè)ADA大獎(jiǎng)。另外，JNK通路是上述三者的共同通路，抑制JNK通路能夠改善β細(xì)胞合成分泌胰島素功能，并可能改善胰島素抵抗，從而可能成為糖尿病治療的潛在性靶點(diǎn)。