NF-κB、PKC與糖尿病及胰島素的抗炎作用

肖醉萱，鄧德明 孫愛(ài)萍

(長(zhǎng)江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 荊州 434023) (長(zhǎng)江大學(xué)附屬第一醫(yī)院 荊州市第一人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖北 荊州 434000)

NF-κB、PKC與糖尿病及胰島素的抗炎作用

肖醉萱，鄧德明 孫愛(ài)萍

(長(zhǎng)江大學(xué)醫(yī)學(xué)院，湖北 荊州 434023) (長(zhǎng)江大學(xué)附屬第一醫(yī)院 荊州市第一人民醫(yī)院內(nèi)分泌科，湖北 荊州 434000)

糖尿病；胰島素；核因子Kappa?B(NF?κB)；蛋白激酶C(PKC)

胰島素抵抗(IR)和胰島素分泌不足是2型糖尿病(T2DM)發(fā)病的兩個(gè)關(guān)鍵因素,但其機(jī)制尚未完全闡明。近年來(lái)越來(lái)越多的研究顯示，慢性、亞臨床性、非特異性的炎癥狀態(tài)與糖尿病的發(fā)生發(fā)展有密切關(guān)系。胰島素(Insulin,INS)具有抗炎、保護(hù)血管內(nèi)皮、擴(kuò)張血管、抗血小板聚集、抗動(dòng)脈粥樣硬化及心臟保護(hù)等多種非降糖作用，其中抗炎作用是這些作用的核心。因此，早期胰島素干預(yù)治療，應(yīng)成為糖尿病及其并發(fā)癥治療方案中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。胰島素抗炎機(jī)制十分復(fù)雜，對(duì)核因子Kappa- B(nuclear factor kappa B，NF-κB))及蛋白激酶C(Protein kinase C，PKC)信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的抑制，可能是中心環(huán)節(jié)。

1 NF-κB與糖尿病及其并發(fā)癥

研究顯示，線粒體超氧化物產(chǎn)生過(guò)多是糖尿病并發(fā)癥的統(tǒng)一機(jī)制，多元醇通路代謝亢進(jìn)、蛋白質(zhì)非酶糖化(糖基化)及其終末產(chǎn)物(AGES)形成增加、PKC激活、己糖胺通路活性增高及NF-κB等的激活都是高糖誘導(dǎo)線粒體內(nèi)電子傳遞呼吸鏈產(chǎn)生超氧化物過(guò)多后造成的下游事件[1]。目前，已證實(shí)氧化應(yīng)激和高血糖作用的主要靶點(diǎn)是轉(zhuǎn)錄因子NF-κB，并通過(guò)其調(diào)控與炎癥、細(xì)胞增殖、細(xì)胞分化等密切相關(guān)的多種基因的表達(dá)[2]，PKC 通路的異常變化則可能是高糖引起各種紊亂的共同通路。

1.1NF-κB簡(jiǎn)介NF-κB 是由Rel蛋白家族的成員以同源或異源二聚體的形式組成的一組轉(zhuǎn)錄因子。在多數(shù)細(xì)胞中，NF-κB與其抑制蛋白(inhibitor of kappaB，I-kB)結(jié)合，以復(fù)合物的形式存在于胞質(zhì)中。在受到某些活化因素的作用下，NF-κB 與I-κB 解離，使NF-κB 活化、DNA 結(jié)合位點(diǎn)暴露并轉(zhuǎn)位于細(xì)胞核，與NF-κB反應(yīng)性基因的κB 位點(diǎn)結(jié)合，從而調(diào)控NF-κB反應(yīng)性基因的轉(zhuǎn)錄。

1.2NF-κB與糖尿病NF-κB、P38、c-Jun氨基端激酶( c-Jun N-terminal kinase,JNK) 等旁路的活化，能共同引起誘導(dǎo)型NO合酶(iNOS)的表達(dá)；NF-κB 的持續(xù)活化還可導(dǎo)致其下游一系列凋亡相關(guān)基因的表達(dá)，引起胰島β細(xì)胞的凋亡[3]，從而導(dǎo)致1型糖尿病。Sriwijitkamol等[4]的研究揭示NF-κB的活化和外周骨骼肌的IR密切相關(guān)；近年來(lái)研究也發(fā)現(xiàn)，與2型糖尿病及IR聯(lián)系緊密的抵抗素，也是通過(guò)NF-κB旁路引發(fā)TNF-a和IL-12在人體的表達(dá)增多，通過(guò)巨噬細(xì)胞促進(jìn)炎性反應(yīng)，使IR進(jìn)一步加重，導(dǎo)致2型糖尿病。

1.3NF-κB與糖尿病并發(fā)癥動(dòng)脈粥樣硬化(AS)形成發(fā)展過(guò)程中，細(xì)胞黏附分子幾乎參與了單核細(xì)胞黏附和遷移的整個(gè)過(guò)程，而前者又受NF-кB的調(diào)控；AS炎癥反應(yīng)過(guò)程所涉及的許多因子都是由NF-кB 激活，可見(jiàn)NF-кB是炎癥的核心調(diào)節(jié)因子。Hofmann 等[5]研究發(fā)現(xiàn):與無(wú)腎臟病變的糖尿病患者相比，糖尿病腎病( diabetic nephropathy，DN) 患者NF-κB表現(xiàn)出更高的活性，且其活性與蛋白尿程度和血漿血栓調(diào)節(jié)蛋白濃度相關(guān)，說(shuō)明NF-κB的活性與DN及其程度密切相關(guān)。在糖尿病眼底血管病變的相關(guān)研究中，也觀察到糖尿病大鼠體內(nèi)高血糖所致的氧化應(yīng)激與視網(wǎng)膜病理改變之間存在很強(qiáng)的相關(guān)性，NF-κB被氧化應(yīng)激活化可能是中心環(huán)節(jié)[6]。同樣的情況也存在于糖尿病周圍神經(jīng)病變發(fā)生的病理過(guò)程中，經(jīng)Haslbeck等[7]研究糖尿病神經(jīng)病變證實(shí)，AGE與其受體RAGE結(jié)合引起NF-κB持續(xù)活化，可調(diào)控其下游一系列細(xì)胞因子的表達(dá)，在糖尿病周圍神經(jīng)病變甚至更早期的糖耐量異常相關(guān)的周圍神經(jīng)病變患者中，活檢發(fā)現(xiàn)活化的NF-κB可在神經(jīng)束膜及神經(jīng)外膜血管和部分神經(jīng)內(nèi)膜血管上表達(dá)。

2 PKC與糖尿病及其并發(fā)癥

2.1PKC簡(jiǎn)介蛋白激酶C是多種不同結(jié)構(gòu)不同生物活性的同工酶組成的絲氨酸/蘇氨酸蛋白激酶家族。目前在哺乳動(dòng)物中發(fā)現(xiàn)的PKC至少包含12種同工酶，每種同工酶的結(jié)構(gòu)既高度保守又高度變異，其編碼基因位于不同染色體。根據(jù)它們不同的活化條件分為三大類[8]:①經(jīng)典的PKC(conventional PKC，cPKC)：包括PKC-α、PKC-β1、PKC-β2和PKC-γ，此亞型含全部的氨基酸序列，依賴磷脂酰絲氨酸(PS) 、Ca2+和二酯酰甘油(DAG)或波脂激活；②新型PKC(novel PKC，nPKC)：包括PKC-δ、PKC-ε、PKC-η、PKC-θ、PKC-μ和PKC-υ，此類的激活只需DAG，無(wú)須Ca2+的參與；③非典型PKC(atypical PKC，aPKC)：包括PKC -ζ、PKC-ι、PKC-λ，其膜結(jié)合區(qū)僅有一個(gè)鋅指結(jié)構(gòu)，激活依賴PS，對(duì)Ca2+和DAG均不依賴。除β1和β2型是由同一基因編碼外，其它同工酶都分別由單獨(dú)的基因編碼[9]。正常情況下， PKC靜息狀態(tài)下主要以無(wú)活性的形式存在于胞質(zhì)內(nèi)，N末端與C末端催化區(qū)的底物結(jié)合位點(diǎn)結(jié)合，使PKC處于失活狀態(tài)；受到外界刺激時(shí)，PKC受特異性底物蛋白吸引，自胞質(zhì)向胞膜轉(zhuǎn)移，通過(guò)多種膜蛋白的磷酸化作用使構(gòu)象改變， N末端與催化區(qū)解離，導(dǎo)致PKC激活[8]。

2.2PKC與糖尿病研究表明，在胰島素分泌的級(jí)聯(lián)反應(yīng)中，蛋白激酶A(PKA)和PKC協(xié)同作用于胞吐過(guò)程上游的不同環(huán)節(jié)[10]。葡萄糖氧化的中間產(chǎn)物可直接合成DAG，高血糖狀態(tài)下DAG在細(xì)胞內(nèi)大量合成，并使DAG-PKC 通路活性異常增高，從而磷酸化及下調(diào)胰島素受體。不同的PKC 同工酶對(duì)胰島素信號(hào)途徑的調(diào)節(jié)不同，如PKC-θ和PKC-ε可磷酸化胰島素受體，抑制胰島素作用，在骨骼肌中尤其明顯；而PKC-ζ作為PI3K下游的靶點(diǎn)，介導(dǎo)胰島素促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)運(yùn)、糖原合成等作用。

2.3PKC與糖尿病并發(fā)癥血糖正常時(shí)總PKC活性和葡萄糖敏感的PKCβ2表達(dá)降低40%，而糖尿病患者單核細(xì)胞胞膜中PKC活性增強(qiáng)。高血糖通過(guò)PKC—NF—κB 可上調(diào)系膜細(xì)胞內(nèi)ICAM-1及其mRNA的表達(dá)，促進(jìn)單核細(xì)胞粘附[11]，而單核細(xì)胞的活化及向巨噬細(xì)胞的轉(zhuǎn)化是動(dòng)脈粥樣硬化形成的關(guān)鍵。PKC的激活可通過(guò)磷酸化并松弛細(xì)胞骨架，引起蛋白粘附，上調(diào)NOS，增強(qiáng)血管對(duì)白蛋白等大分子的通透性。

3 PKC誘導(dǎo)NF-κB活化

在高糖培養(yǎng)的鼠系膜細(xì)胞中，Kumar 等[12]研究發(fā)現(xiàn)激活的PKC從細(xì)胞內(nèi)可溶性部分向細(xì)胞膜轉(zhuǎn)位，與此同時(shí)，NF-κB p65蛋白也從胞質(zhì)進(jìn)入胞核而被活化，說(shuō)明PKC的激活能誘導(dǎo)NF-κB p65蛋白的優(yōu)先活化；Ha 等[13]也證實(shí)高糖能快速激活PKC，而用PKC 阻滯劑能有效抑制高糖誘導(dǎo)的細(xì)胞內(nèi)活性氧簇(ROS)產(chǎn)生及NF-κB活化，并進(jìn)一步使活化后的NF-κB誘導(dǎo)的相關(guān)轉(zhuǎn)錄基因表達(dá)減少。這也說(shuō)明PKC在高糖誘導(dǎo)的ROS產(chǎn)生并導(dǎo)致NF-κB 活化中發(fā)揮了重要作用。Han等[14]研究發(fā)現(xiàn)高糖狀態(tài)下活性氧的產(chǎn)生和PKC活化可誘導(dǎo)腎小球系膜細(xì)胞上NF-κB的激活。還有研究表明，PKC抑制劑CGP53353能夠阻斷高濃度葡萄糖誘導(dǎo)的人大動(dòng)脈內(nèi)皮細(xì)胞NF-κB激活和VCAM-1表達(dá)[15]。由此可見(jiàn)，PKC 能單獨(dú)或與其他物質(zhì)共同促進(jìn)NF-κB及其下游基因表達(dá)，參與糖尿病及其并發(fā)癥的發(fā)生、發(fā)展。

4 胰島素的抗炎作用

4.1抑制炎癥因子的產(chǎn)生，增加抗炎因子的合成Dandona等[16]在人體試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)輸注胰島素能在數(shù)小時(shí)內(nèi)產(chǎn)生快速抗炎作用，包括誘導(dǎo)NO釋放，增加內(nèi)皮細(xì)胞NO合酶表達(dá)，抑制NF-κB，降低單核細(xì)胞趨化蛋白-1(MCP-1)、C反應(yīng)蛋白(CRP)、細(xì)胞間黏附分子-1 (ICAM-1)、基質(zhì)金屬蛋白酶(MMPs)等炎癥相關(guān)因子和活性氧的濃度。NF-κB、激活蛋白(AP-1) 和早期生長(zhǎng)反應(yīng)因子(Egr-1)被稱為“第三信使”，是一類位于細(xì)胞漿或胞膜上的蛋白質(zhì)。NF-κB 參與調(diào)控免疫應(yīng)答、炎癥反應(yīng)、細(xì)胞分化、細(xì)胞粘附、細(xì)胞凋亡所必需的200多個(gè)基因轉(zhuǎn)錄，在機(jī)體的免疫反應(yīng)、炎癥效應(yīng)、細(xì)胞粘附以及細(xì)胞凋亡等過(guò)程中發(fā)揮重要作用。AP-1能夠誘導(dǎo)基質(zhì)金屬蛋白中MMP-2、MMP-9及MCP-1基因的轉(zhuǎn)錄與表達(dá)，而MMPs在體內(nèi)主要降解細(xì)胞外基質(zhì)，參與炎癥反應(yīng)、缺血缺氧損傷、結(jié)締組織的降解重建及腫瘤擴(kuò)散。Egr-1的活化，可使G0期細(xì)胞進(jìn)入G1期，導(dǎo)致細(xì)胞的增殖，對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)分化和損傷修復(fù)起重要作用。TF和PAI-1是重要的炎癥因子，在炎癥的發(fā)生與發(fā)展中起重要作用。而Egr-1可誘導(dǎo)組織因子(TF)和纖溶酶原激活物抑制物-1(PAI-1)基因的表達(dá)。胰島素通過(guò)抑制這3個(gè)轉(zhuǎn)錄因子，進(jìn)而抑制其所調(diào)控的炎癥相關(guān)基因轉(zhuǎn)錄。Magsino等[17]研究發(fā)現(xiàn)，胰島素抑制NF-κB的同時(shí)，還能增加I-κB的水平，從而加強(qiáng)對(duì)NF-κB的抑制，并可明顯升高具有抗炎作用的IL-2、IL-4、IL-10的水平，降低可溶性ICAM-1和MCP-1血中的濃度；此外，胰島素還抑制另外兩種前炎癥轉(zhuǎn)錄因子，即AP-1與Egr-1，這些轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控基質(zhì)金屬蛋白酶、前血栓組織因子與PAI-1等基因的表達(dá)。

4.2影響一氧化氮合酶的表達(dá)內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)主要分布在神經(jīng)元和內(nèi)皮細(xì)胞，其活性穩(wěn)定，能持續(xù)小量催化NO生成，具有神經(jīng)介質(zhì)和調(diào)節(jié)局部血流作用；誘導(dǎo)型一氧化氮合酶靜息時(shí)缺乏或濃度很低，只在病理情況下才大量表達(dá)，能催化生成大量NO，從而導(dǎo)致內(nèi)皮細(xì)胞功能紊亂、血管過(guò)度擴(kuò)張、滲出增加和組織損傷。目前研究認(rèn)為，iNOS增加是眾多疾病發(fā)病的關(guān)鍵。Magsino等[18]發(fā)現(xiàn),人血管內(nèi)皮細(xì)胞與不同濃度的胰島素(0、25、100、1000mU/L)共同孵育, eNOS的合成呈劑量依賴性增加。給ICU的危重病人輸注胰島素強(qiáng)化控制血糖的一組對(duì)比研究結(jié)果表明，胰島素的輸注能明顯抑制iNOS過(guò)度表達(dá)而顯著改善預(yù)后，并可如預(yù)期降低ICAM-1、e-選擇素，而eNOS表達(dá)不變[19]。Dandona等進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),特異的一氧化氮合酶(NOS)抑制劑能夠阻斷胰島素對(duì)ICAM-1的抑制作用,故認(rèn)為NF-κB水平的降低可能與INS增加NO釋放和增強(qiáng)NOS的表達(dá)有關(guān)[20]。

4.3通過(guò)降低高血糖間接抗炎多項(xiàng)研究證明，葡萄糖具有促炎、促血栓形成、增加氧化應(yīng)激和促炎癥因子生成的作用。同時(shí)實(shí)驗(yàn)表明[21]，正常人口服75g葡萄糖行糖耐量試驗(yàn)(OGTT) 即可在細(xì)胞及分子水平表現(xiàn)氧化應(yīng)激和炎癥效應(yīng)。還有實(shí)驗(yàn)表明[22-23]，在糖尿病患者中與氧化應(yīng)激密切相關(guān)的NADPH氧化酶的亞組分p67及主要通過(guò)NADPH氧化酶途徑產(chǎn)生過(guò)多的ROS，均可被胰島素抑制。由于高糖通過(guò)PKC和ROS激活NF-κB的上調(diào)黏附分子表達(dá)是糖尿病血管內(nèi)皮功能受損的一個(gè)重要機(jī)制[24]。因此，胰島素通過(guò)對(duì)PKC和ROS激活NF-κB表達(dá)的抑制在降血糖的同時(shí)間接發(fā)揮抗炎作用。

綜上所述，大量的流行病學(xué)資料、臨床試驗(yàn)及基礎(chǔ)研究均證實(shí)糖尿病及其并發(fā)癥是一種慢性低度炎癥性疾病。NF-κB及PKC信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的異常激活可能是炎癥發(fā)生發(fā)展的中心環(huán)節(jié)。胰島素因具有既能有效降低血糖，又能通過(guò)抑制NF-κB及PKC的異常激活而干預(yù)炎癥過(guò)程的特性，早期強(qiáng)化應(yīng)用胰島素將成為糖尿病及其并發(fā)癥治療領(lǐng)域中的新趨向。

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[編輯] 一 凡

10.3969/j.issn.1673-1409(R).2010.01.031

２０１０-０３-０７

湖北省衛(wèi)生廳糖尿病相關(guān)基金項(xiàng)目（２００７Ｚ１８０１）

肖醉萱（１９８０-），女，湖北荊州人，碩士生，從事糖尿病研究工作。

R587 1

A

16731409(2010)01R07304