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細胞功能減退是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病的兩個關(guān)鍵因素，但T2DM的病因和發(fā)病機制尚未完全闡明。近年來眾多證據(jù)表明，肥胖時伴有細胞應激和炎癥信號通路的激活，并提出氧化應激學說、炎癥病因?qū)W說等，且2004年氧化應激及2007年炎癥學說相繼獲得ADA大獎（Banting）。近研究發(fā)現(xiàn)，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激與糖尿病IR和β細胞功能減退密切相關(guān)，也是此次ADA研究熱點之一，內(nèi)質(zhì)網(wǎng)學說能否獲得下一個ADA大獎呢？這也是備受大家關(guān)注的問題。
1.氧化應激與2型糖尿病
2004年6月，在第64屆ADABanting獎獲得者Brownlee教授闡明了高血糖誘導的氧化應激，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，誘導了細胞內(nèi)產(chǎn)生大量反應性氧化產(chǎn)物（ROS），并導致細胞損傷。現(xiàn)認為T2DM時高血糖癥誘導了氧化應激，而后者參與了胰島β細胞功能受損及外周胰島素抵抗的發(fā)生發(fā)展。
氧化應激損傷胰島β細胞的具體機制目前尚不完全清楚。研究發(fā)現(xiàn)ROS可導致PDX-1mRNA表達降低，誘導PDX-1合成降低，從而使胰島素合成減少。ROS對PDX-1基因表達及其活性的影響主要是通過激活JNK通路而實現(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UCP2表達上調(diào)可降低葡萄糖刺激的胰島素分泌。ROS也可通過細胞膜脂質(zhì)過氧化及影響線粒體ATP生成，使細胞內(nèi)游離鈣離子增加，進而激活磷脂酶促進膜磷脂分解，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)導致β細胞損傷調(diào)亡。
氧化應激時被激活的多種應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)在中國倉鼠卵巢細胞中，氧化應激活化的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，抑制胰島素信號通路轉(zhuǎn)導。另外TNFα是一種致炎因子，能導致ROS升高，使用ROS清除物質(zhì)可減輕胰島素抵抗，過度表達ROS清除物質(zhì)可提高胰島素敏感性。有關(guān)機制仍需進一步探討。
2.炎癥反應與2型糖尿病
20007年第67屆ADA授予Larry C.Deeb博士杰出的科學成就獎（又稱班丁科學獎）。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，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胞和基質(zhì)血管細胞均有TNFα表達。TNFα表達增強可導致外周組織胰島素抵抗，將TNFα基因敲除小鼠后，TNFα表達降低，可緩解胰島素抵抗。胰島素作用于脂肪細胞胰島素受體，通過下游PI3K和Ras復合物發(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，胰島素受體酪氨酸磷酸化降低，起到抑制胰島素生物學作用。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誘導的炎癥反應緩解，胰島素抵抗改善。
炎癥分子標記物的發(fā)現(xiàn)不僅有助于了解發(fā)病機制，而且能針對關(guān)鍵部位進行新的治療靶點，例如JNK在一些代謝病如肥胖病、糖尿病、動脈粥樣硬化，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)是重要的細胞器，是蛋白質(zhì)翻譯合成的場所。當內(nèi)質(zhì)網(wǎng)處于應激狀態(tài)，可有非折疊的蛋白質(zhì)反應，導致炎癥。內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（ERS）可通過JNK通路活化胰島細胞凋亡，分泌功能受損。通過藥物如通道伴侶蛋白修復內(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)控炎癥反應的關(guān)鍵性蛋白。脂肪組織缺乏STAMP2可導致過度的炎癥反應。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，胰島素抵抗，糖尿量受損和脂代謝的紊亂，推測STAMP2和JNK參與了炎癥反應和代謝性疾病的發(fā)生。
3．內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激與2型糖尿病
內(nèi)質(zhì)網(wǎng)（ER）是真核細胞中蛋白質(zhì)翻譯合成和細胞內(nèi)鈣離子的儲存場所，對細胞應激反應起調(diào)節(jié)作用。ERS是指由于某種原因使細胞內(nèi)質(zhì)網(wǎng)生理功能發(fā)生紊亂的一種亞細胞器病理狀態(tài)。目前研究發(fā)現(xiàn)ERS在T2DM的胰島β細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大會研究熱點。
胰島β細胞具有高度發(fā)達的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，過度的ERS可能導致β細胞功能受損，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)均存在著嚴重的β細胞缺乏及胰島素含量顯著降低，從而提示eIF2α在高脂誘導的胰島功能損傷中起到了保護作用。ERS通過CHOP、JNK和Caspases途徑介導的β細胞調(diào)亡是導致糖尿病發(fā)病另一重要機制。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，使蛋白錯誤折疊，加重內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激，誘導CHOP表達增強，導致β細胞調(diào)亡；而在CHOP敲除小鼠中誘導Akita突變后，可保護β細胞數(shù)目并使得高血糖發(fā)生被延遲。
Ozcan U等發(fā)現(xiàn)肝細胞發(fā)生ERS時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JNK依賴性的IRS-1絲氨酸磷酸化而影響胰島素的受體信號通路，導致胰島素抵抗。進一步說明ERS可通過JNK通路活化導致細胞胰島素受體信號通路抑制。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可保護細胞免受ERS所致?lián)p傷。
4.JNK通路與2型糖尿病
氧化應激、炎癥反應及內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激導致T2DM胰島β細胞功能損傷和外周胰島素抵抗的機制均十分復雜，有許多的因子和通路被激活并發(fā)揮作用，而ERS、氧化應激及炎癥反應均可通過誘導活化JNK通路參與T2DM的發(fā)生發(fā)展，阻斷JNK通路可改善胰島β細胞功能和胰島素抵抗。
Kaneto H等發(fā)現(xiàn)在體外誘導小鼠胰島發(fā)生氧化應激時先是JNK通路被活化，誘導PDX-1活性的降低，抑制胰島素基因轉(zhuǎn)錄，造成了β細胞功能受損。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，對糖尿病來說是一種潛在性治療途徑。
5．展望
總之，氧化應激、炎癥反應及ERS在糖尿病發(fā)病中均起了重要作用，隨著ERS學說研究的不斷深入，不斷的完善，可能揭示糖尿病發(fā)病的新機制，我們相信該學說非常有可能獲得下一個ADA大獎。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。