間歇性缺氧誘導胰島β細胞損傷及其損傷機制

糖尿病是常見的全身性代謝紊亂疾病，主要癥狀表現(xiàn)為高血糖。目前全球有大約2.3億人罹患Ⅱ型糖尿病，影響患者正常生活，降低生活質(zhì)量，嚴重危及大眾健康。該病主要由胰島β細胞分泌的胰島素絕對或相對不足引起，研究表明凋亡引起胰島β細胞功能缺陷在糖尿病發(fā)生和發(fā)展中起著重要作用，而尸解證據(jù)表明，糖尿病患者β細胞數(shù)量的減少與細胞凋亡的增加有一定關(guān)聯(lián)。減少或逆轉(zhuǎn)胰島β細胞的凋亡可有效延緩糖尿病的發(fā)展。而引起胰島β細胞凋亡的原因至今尚不完全明確，因此深入探討胰島β細胞凋亡機制對糖尿病的治療是很有必要的。

本研究擬以胰島INS-1細胞株為模型，采用空白對照組、間歇正常氧組、輕度間歇性缺氧、中度間歇性缺氧和重度間歇性缺氧等5種濃度的缺氧模式。采用放免法、MTT、Western blot方法進行培養(yǎng)研究，最后對比各組細胞株胰島素水平、細胞增殖程度、Bax與Bcl-2信號調(diào)控的生物分子表達情況，研究CIH對胰島細胞的可能損害機制[1]。

目前，認為胰島β細胞損傷的主要原因可從以下兩方面分析，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征（Obstructive sleep apnea-hypopnea syidrone，OSAHS）和慢性間歇性缺氧（Chronic intermittent hypoxia，CIH）。

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征是一種嚴重的睡眠呼吸疾病，該病是由于夜間咽部氣道的不完全或完全塌陷導致的低氧及睡眠片段化而影響多個系統(tǒng)的綜合征，主要表現(xiàn)為反復的短暫低氧和復氧。

OSAHS可以通過多種方式和機制作用于內(nèi)分泌系統(tǒng)，引起血糖升高，是糖尿病發(fā)病的重要誘因。有關(guān)研究發(fā)現(xiàn)OSAHS與Ⅱ型糖尿病患者均易出現(xiàn)諸如高血壓、心律失常、冠心病、肥胖以及某些腦血管疾病等。例如，肥胖可以促使胰島素敏感性降低，相應受體數(shù)量減少且受體親和力降低，進而引發(fā)胰島素抵抗（IR），誘導Ⅱ型糖尿病的發(fā)?。涣硪环矫?，由于肥胖患者胸腹部脂肪的擠壓使肺活量下降，同時下頜脂肪的堆積使氣道管腔變窄，使肥胖患者并發(fā)CIH的幾率大大升高。OSAHS患者和糖尿病患者中，兩病并發(fā)的幾率達到37%；而某些類型的睡眠呼吸紊亂（SDB）患者與糖尿病患者中，并發(fā)的概率高達62%。因此可以看出，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征和糖尿病有著十分密切的關(guān)系。因此探討OSAHS引起的CIH對胰島的損傷機制對胰島功能的保護和糖尿病的防治是大有裨益的，并有助于我們在臨床工作中預防兩病并發(fā)。

糖尿病患者中，SDB主要表現(xiàn)為OSAHS，且與血糖變化和胰島素抵抗有關(guān)，患者往往伴有內(nèi)分泌激素水平的波動，因此二者在病理生理機制上存在某種聯(lián)系。由上述資料可知，在OSAHS患者中，糖耐量異?，F(xiàn)象和Ⅱ型糖尿病患病率較非OSAHS患者顯著升高。可推測其原因是胰島素抵抗。

OSAHS誘發(fā)的胰島素抵抗導致胰島β細胞的損傷和凋亡主要機制研究如下。首先，人體處于缺氧狀態(tài)且睡眠片段化時，機體糖皮質(zhì)激素水平會顯著升高，通過促進脂肪分解、促進糖異生過程，進而升高血糖，使血糖代謝紊亂，同時激發(fā)應激反應，提高皮質(zhì)醇水平，進而抑制胰島素的分泌導致IR、造成胰島β細胞的損害最終誘導糖尿病發(fā)生。其次，夜間缺氧會加重健康人的胰島素抵抗，降低對胰島素的敏感性，且形成時間依賴；而OSAHS患者發(fā)病時會因缺氧抑制血糖的有氧氧化、增強無氧分解，易引發(fā)血糖代謝障礙。再次，夜間缺氧如CIH能夠提升交感神經(jīng)系統(tǒng)的活性，可促進肌糖原分解代謝、增加游離脂肪酸釋放而擾亂糖代謝，并導致IR。以上因素均可導致胰島β細胞的損害。

OSAHS臨床表現(xiàn)為低氧和復氧過程的交替，該過程即為睡眠中的慢性間歇性缺氧（CIH），是導致一系列生理病理病變的重要原因。

鑒于CIH對其他多種細胞均有不同程度的損傷作用，我們可推斷CIH對胰島β細胞極可能具有相似的損傷。研究表明，CIH可通過氧化應激和活化前炎性轉(zhuǎn)錄因子核因子-κB的表達，激活SAPK通路介導細胞凋亡或?qū)е翫NA損傷造成細胞凋亡，且出現(xiàn)氧化和抗氧化平衡的失調(diào)。若在CIH過程中暴露人臍動脈內(nèi)皮細胞，可觀察到細胞抗氧化能力降低，氧化應激反應有所加強，且其降低和加強對低氧程度有依賴性。若以不同頻率間歇性低氧試驗，則可觀察到細胞抗氧化能力降低，氧化應激反應增強，且隨頻率減低二者有逐漸減低和增強的趨勢。因此，CIH與氧化應激和細胞凋亡有密切聯(lián)系。

此外，CIH可誘導大鼠神經(jīng)組織、心肌及肺組織凋亡。實驗證明，較嚴重的間歇性低氧可引起大鼠海馬神經(jīng)細胞中c-fos蛋白過度表達，進而導致神經(jīng)細胞凋亡，這樣的間歇性低氧可能導致早期腦損害。大鼠海馬組織在間歇重度低氧時存在氧化應激損傷，此時海馬組織通過改變神經(jīng)元及突觸結(jié)構(gòu)及數(shù)量，引起學習及記憶功能障礙，且缺氧時間越長，傷害程度越重[2]。

Bax與Bcl-2這一對凋亡促進和抑制基因在CIH該組織細胞凋亡過程起到了調(diào)控作用。有報道表明β細胞的凋亡可能在糖尿病發(fā)生、發(fā)展過程中起著重要的作用。尤其Bcl-2基因家族可能參與胰島β細胞凋亡的基因調(diào)控[3]。胰島β細胞內(nèi)抗凋亡基因Bcl-2表達在有害刺激干預下顯著下降，而促凋亡基因Bax的表達則明顯增加，這表明Bax/Bcl-2基因表達的增減在β細胞凋亡的調(diào)控中發(fā)揮著重大作用。多項體內(nèi)外研究表明[4]，下調(diào)促凋亡蛋白Bax表達并促進抗凋亡蛋白Bcl-2表達能抑制凋亡。另研究表明間歇性缺氧可導致大鼠肺組織凋亡細胞增多，Bcl-2、Bax相關(guān)基因參與CIH引起大鼠肺組織凋亡。因此，我們有理由推測CIH可促進β細胞凋亡的增加，并可能通過Bcl-2/Bax通路使胰島β細胞數(shù)量減少，進而使胰島功能產(chǎn)生障礙。

通過以上分析，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征引發(fā)的缺氧狀態(tài)通過多種途徑擾亂正常血糖代謝，使血糖升高，加重胰島素抵抗，損害胰島β細胞，誘發(fā)糖尿??；慢性間歇性缺氧通過氧化應激誘導胰島β細胞凋亡，或通過Bax/Bcl-2這對凋亡促進和抑制基因調(diào)控胰島β細胞的凋亡過程，引發(fā)胰島功能障礙，最終誘發(fā)糖尿病。本研究通過這兩方面深入研究CIH損害胰島細胞的可能機制，為揭示OSAHS對糖尿病機制提供理論及實驗室依據(jù)[5]。

參考文獻：

[1]劉振寬，陳寶元，馮靖，等.間歇低氧程度與頻率對血管內(nèi)皮細胞超氧化物歧化酶和丙二醛分泌水平的影響.中華結(jié)核和呼吸雜志，2011，34（5）：371-374.

[2]李琳，王紅陽，陳寶元，等.不同程度慢性間歇低氧對大鼠海馬C-fos蛋白及凋亡的影響.中華耳鼻咽喉頭頸外科雜志，2012， 47（2）：117-121.

[3]王紅陽，韓曉慶，趙雅寧，等.重度間歇低氧大鼠學習記憶功能與氧化應激的關(guān)系.中華結(jié)核和呼吸雜志，2012，35（1）：24-28.

[4]王璋，司良毅，廖友斌.大鼠睡眠呼吸暫停綜合征動物模型的建立[J]中國實驗動物學報，2006，14（1）：40-43.

[5]王寧，范潔.老年人阻塞性睡眠呼吸暫停與血糖及胰島素抵抗[J]北京醫(yī)學，2004，26：179-182.編輯/蘇小梅